【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，屬于污水處理。
技術介紹
1、以二氧化碳為代表的溫室氣體對全球氣候產生了重大影響。污水處理廠盡管緩解了水污染，但是，污水處理過程中也由于微生物降解代謝而直接排放了二氧化碳(co2)、氧化亞氮(n2o)、甲烷(ch4)等溫室氣體(ghg)。其中，污水處理廠進水有機物多為生物源，因此，二氧化碳作為生源性排放，通常不納入污水處理廠的溫室氣體排放清單。然而，針對ch4與n2o等強溫室氣體，據統計，污水廠為全球ch4第五大排放源，是全球n2o第六大排放源。因此，需借助可靠的溫室氣體監測與核算方法厘清污水處理廠中實際的溫室氣體排放量。
2、污水處理過程中的溫室氣體直接排放屬于典型的水—氣界面溫室氣體擴散，其濃度測量普遍采用兩種方法，分別是在線監測和離線監測。其中，具有操作簡單、穩定性好、靈敏度高及成熟度高等優點的光腔衰蕩法為原理的氣體濃度在線分析設備已廣泛應用于我國大氣站溫室氣體的長期在線監測中，但其投資成本較高。離線采樣監測有梯度法，靜態箱法和倒置漏斗法等，在實際運用中，主要采用靜態箱法。該方法通過在水面放置一個頂部密封，底部中通的浮箱箱體來收集氣體，隨后結合氣相色譜法對樣品中的溫室氣體進行檢測。靜態箱法操作簡單，且易于攜帶。但是離線檢測的準確度容易受到采樣條件、環境等因素的干擾，并且無法實現長時間的連續監測，同時，不適合污水處理廠氣體通量波動大的水面。
3、目前污水處理廠溫室氣體排放量的獲取主要通過聯合國政府間氣候變化專門委員會(ipcc)指南提供的
4、為了實現對污水處理廠中復雜環境條件下的溫室氣體準確監測與直接排放通量核算，本方法設計了一種離線監測方法與在線監測相結合的溫室氣體監測系統，該系統便于攜帶，準確度高，適用于污水處理廠特定環境中的連續監測。在此監測系統的基礎上提供一種更高時間分辨率、高準確度的溫室氣體直接排放通量核算方法，以獲取準確的溫室氣體排放量。
技術實現思路
1、專利技術目的：為推進污水處理過程中的減污降碳，首先需要明確污水處理的碳排放量，因此本專利技術提出了一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算的方法。
2、本專利技術采用的技術方案：一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，將基于漂浮氣體收集箱、便攜式溫室氣體濃度分析儀或氣相色譜為主體的溫室氣監測系統對污水處理廠的溫室氣體濃度進行測量，并結合污水處理廠參數，依據本專利技術提出的公式核算溫室氣體的直接排放通量，具體包括如下步驟：
3、步驟1：在對污水處理廠中溫室氣體進行監測之前，需對污水處理廠的背景信息進行調研，需全面掌握與污水處理廠的工藝流程、污水類型、污水管網走向這些情況，在此基礎上，依據污水處理廠的實際情況對污水處理從進水到出水沿程進行監測布點。
4、步驟2，利用漂浮氣體收集箱裝置上配置的溫度計實時讀取收集箱內部溫度；利用風速儀，氣壓表實時測定現場風速與氣壓；利用氣管上配置的流量計與壓力表實時對氣體流量與管道壓力進行監測；采用無壓力氣袋獲取曝氣沉砂池、好氧池這些含有曝氣設施單元水面氣體流量。
5、步驟3，將漂浮氣體收集箱與便攜式溫室氣體濃度分析儀相連接，漂浮氣體收集箱中的溫室氣體通過便攜式溫室氣體濃度分析儀后得到濃度變化，通過溫室氣體濃度隨時間的變化計算氣體濃度釋放速率，實現對污水處理廠溫室氣體的在線監測；另外，將空氣采樣器連接漂浮氣體收集箱以收集池體上面的氣體利用氣相色譜法實現對污水處理廠溫室氣體的離線監測，待漂浮氣體收集箱穩定1min后，每間隔10～20min利用氣體采樣器和氣袋取樣，然后通過氣相色譜法測定氣袋樣品中溫室氣體濃度，通過采樣時間與溫室氣體濃度的變化關系計算氣體濃度變化速率獲得工藝單元中溫室氣體釋放速率。
6、步驟4，綜合不同監測點位溫室氣體濃度、天氣條件、溫度這些參數變化，建立以下基于監測系統的溫室氣體直接排放通量核算公式：
7、對于非曝氣單元，利用公式(1)計算各點位溫室氣體排放通量；對于曝氣單元，利用公式(2)計算各點位溫室氣體排放通量：
8、
9、
10、flux：各點位溫室氣體擴散通量，mg·(m2·d)-1；
11、slop：溫室氣體釋放速率，ppm·s-1；
12、f1：空氣中氣體的標準溫度和壓力從ppm到mg·m-3的換算系數；
13、α：壓力校正系數；
14、β：溫度校正系數；
15、c：溫室氣體濃度，vol％；
16、ρ：溫室氣體在監測溫度時的密度，kg/m3；
17、q：溫室氣體氣體流量；m3/d；
18、f2：時間換算系數，取86400；
19、v：靜態箱內的空氣體積，m3；
20、s：箱體所覆蓋的水面面積，m2；
21、t：現場監測時的大氣溫度，k；
22、p：采集氣體樣品時的大氣壓，kpa；
23、t0：標準狀況下的氣溫，273k；
24、p0：標準狀況下的氣壓，101.325kpa；
25、m：氣體摩爾質量，g·mole-1；
26、r：氣體常數，取8.3144，j/(k·mol)；
27、對各工藝單元溫室氣體排放量計算如下：
28、eu＝flux×su??(6)
29、eu：各工藝單元溫室氣體排放量，mg/d；
30、su：各工藝單元總表面積，m2；
31、對污水處理廠溫室氣體直接排放通量計算如下：
32、
33、e：污水處理廠溫室氣體直接排放通量，kg/d；
34、n：該污水處理廠監測的工藝單元個數，個；
35、euk：第k個工藝單元的溫室氣體排放量，mg/d。
36、進一步地，所述步驟1中監測布點的原則包括：①對污水處理過程中溫室氣體排放進行整體監測，覆蓋污水流經的各個工藝單元；②對各個工藝單元中最重要的節點進行水質監測，需包含單元內部的前、中、后端，以考察污水流經各單元時溫室氣體的產生與轉化，掌握區域溫室氣體排放規律；③兼顧考慮便利性與滿足需求的雙重約束下，點位應便于漂浮氣體收集箱的安裝與布置；④對于存在曝氣與厭氧消化過程的工藝單元應增加該部分監測點的數量；⑤在多個數量的點位設置下，將有限的監測設備布置在重要的監測要素上，以獲取關鍵信息，實現最佳監測效能；⑥在經濟成本投入的約束下，盡所能布設的監測點數量能夠確定該條件下能實現的最優監測效果；⑦根據監測方案的初步實施與實驗，監測方案也需要進行優化與調整，根據已有監測數據，持續補充所需剩余監測點監測數據。
37、進一步地，所述步驟2中漂浮氣體收集箱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：所述步驟1中監測布點的原則包括：①對污水處理過程中溫室氣體排放進行整體監測，覆蓋污水流經的各個工藝單元；②對各個工藝單元中最重要的節點進行水質監測，需包含單元內部的前、中、后端，以考察污水流經各單元時溫室氣體的產生與轉化，掌握區域溫室氣體排放規律；③兼顧考慮便利性與滿足需求的雙重約束下，點位應便于漂浮氣體收集箱的安裝與布置；④對于存在曝氣與厭氧消化過程的工藝單元應增加該部分監測點的數量；⑤在多個數量的點位設置下，將有限的監測設備布置在重要的監測要素上，以獲取關鍵信息，實現最佳監測效能；⑥在經濟成本投入的約束下，盡所能布設的監測點數量能夠確定該條件下能實現的最優監測效果；⑦根據監測方案的初步實施與實驗，監測方案也需要進行優化與調整，根據已有監測數據，持續補充所需剩余監測點監測數據。
3.根據權利要求2所述的一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：所述步驟2中漂浮氣體收集箱
4.根據權利要求3所述的一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：所述步驟2中漂浮氣體收集箱與無壓力氣袋應完全浸沒水面。
5.根據權利要求4所述的一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：所述步驟3中便攜式溫室氣體濃度分析儀前加裝一段干燥管。
6.根據權利要求5所述的一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：所述步驟3中將在線測量與離線測量模式耦合，切換不同監測模式，兩種模式下溫室氣體濃度誤差應小于10％。
...【技術特征摘要】
1.一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種污水處理廠溫室氣體監測與直接排放通量核算方法，其特征在于：所述步驟1中監測布點的原則包括：①對污水處理過程中溫室氣體排放進行整體監測，覆蓋污水流經的各個工藝單元；②對各個工藝單元中最重要的節點進行水質監測，需包含單元內部的前、中、后端，以考察污水流經各單元時溫室氣體的產生與轉化，掌握區域溫室氣體排放規律；③兼顧考慮便利性與滿足需求的雙重約束下，點位應便于漂浮氣體收集箱的安裝與布置；④對于存在曝氣與厭氧消化過程的工藝單元應增加該部分監測點的數量；⑤在多個數量的點位設置下，將有限的監測設備布置在重要的監測要素上，以獲取關鍵信息，實現最佳監測效能；⑥在經濟成本投入的約束下，盡所能布設的監測點數量能夠確定該條件下能實現的最優監測效果；⑦...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李激，徐祥雨，李懷波，邵彥鋆，陶翔，陳燦，陳思思，王燕，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：
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