CN107543903A - 一种在线监测污泥脱水工艺氨气和硫化氢的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线监测污泥脱水过程中氨气(NH3)和硫化氢(H2S)的方法和装置，该装置包括通风***、脱水***、在线监测***和尾气吸收***。本发明可针对污泥脱水工艺产生的NH3和H2S气体的浓度进行在线监测，能准确测定污泥在脱水工艺NH3和H2S的排放量。该方法可为测定污泥脱水工艺NH3和H2S气体的排放特征和控制上述过程中的恶臭气体提供技术支持。

Description

一种在线监测污泥脱水工艺氨气和硫化氢的方法和装置
技术领域
本发明涉及在线监测污泥脱水工艺NH3和H2S的方法和装置，属于环境监测技术领域。
背景技术
截止2016年9月底，全国累计建成污水处理厂3976座，污水处理能力达1.7亿立方米/日。污泥作为污水的副产品产生量达到4000万吨/年(含水率80％)，并以每年平均13％的速度迅速增长。脱水污泥一般分为混合污泥(初沉池污泥和剩余污泥的混合物)和厌氧消化污泥。这些污泥在脱水工艺会产生大量的恶臭气体，可能会造成污水处理厂的工作人员以及周边居民感官的不快甚至影响身体健康，引发严重的环境问题。
污泥脱水工艺产生的恶臭气体主要是NH3和H2S，是我国《恶臭污染物排放标准》(GB14554-1993)中确定的八种恶臭污染物中最重要的两项。由于城市污水处理厂污泥脱水装置通常是处于开放空间，无法准确测定污泥脱水工艺NH3和H2S的排放特征。我国对于环境空气中NH3的监测多根据《环境空气氨的测定次氯酸钠水杨酸分光光度法》(HJ 534-2009)进行，此方法采样所需时间长，实验室分析繁琐，不能反映污泥脱水工艺恶臭产生的实时变化。环境空气中H2S的监测多采用溶液吸收联合分光光度计的方法进行，或者采用合适的采样装置(如采样袋和苏玛罐)采集辅以气相色谱分析。这两种方法除了具有上述提到的NH3采样分析共同的缺点外，H2S溶液吸收法的检出限还高于其嗅阈值，达不到恶臭研究的要求。
目前，我国还没有关于密闭空间内污泥脱水工艺恶臭气体排放特征的在线测定方法。现有相关的研究工作主要集中于开放空间气体的浓度监测和密闭式环境中的气体采集，对于开放空间气体浓度的监测无法实现气体的排放量的确定。
专利CN106501492A报道了一种降低静态箱式法测定农田氨挥发空间变异与环境扰动误差的方法，此方法主要用于农田氨挥发的监测，不能实时在线给出氨气的变化情况。
专利CN206095725U和专利CN105699134A报道了用于收集农田作物温室气体的采集装置，此方法主要用于农田作物温室气体的收集，不能实时在线给出温室气体的浓度及变化情况。
专利CN104007184A报道了一种测定湿地生态***中含硫气体的排放量的方法，测定方法主要用于湿地生态***中含硫气体排放量，不能实时在线给出含硫气体的浓度及变化情况。
专利CN106405055A报道了一种连续在线测定土壤CO2通量的***及方法，此方法主要用于土壤CO2通量的在线监测，不能用于在线测定污泥脱水工艺恶臭气体的排放特征。
专利CN106290207A报道了一种开放光程式的恶臭气体监测溯源装置和方法，此方法无法确定恶臭气体的排放量。
专利CN106254089A报道了一种基于RDP加密技术的恶臭在线监控平台，包括数据传输管理模块、远程设备管理模块和数据库管理模块，可实现远程开放式环境空气中恶臭气体的监控，此方法无法确定恶臭气体的排放量及在污泥脱水工艺应用。
专利CN103076374A和专利CN102539508A报道了用于猪舍***恶臭浓度分布的监测装置和方法，可实现在同一时间对猪舍***恶臭浓度的多点监测，可用于监测开放式环境空气中恶臭气体的浓度分布，此方法无法确定恶臭气体的排放量及在污泥脱水工艺应用。
专利CN103175781A报道了一种在线区域布点式恶臭监测***及方法，该***包括控制中心和分别设置在多个监测站点的在线恶臭监测仪，可以有效对污染区域的恶臭污染状况实时监控，实现区域综合分析，该装置可用于监测开放式环境空气中恶臭气体的浓度分布，此方法无法确定恶臭气体的排放量及在污泥脱水工艺应用。
总体来看，根据已经报道的恶臭气体的收集装置与监测方法，尚缺少针对污泥脱水工艺恶臭排放量的在线监测方法和装置，污泥脱水工艺恶臭气体的浓度变化不能实时反映以及排放量无法确定。因此，亟需建立一种适用于在线监测污泥脱水工艺恶臭的方法和装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种能在线准确测定污泥脱水工艺NH3和H2S的方法和装置。
本方法涉及的污泥脱水工艺在密闭的惰性气体(氮气)环境中进行，通过在线监测NH3和H2S气体浓度的变化，确定NH3和H2S气体的排放特征。
具体步骤如下：
(1)将污泥脱水装置实现密闭，装置内充入氮气；
(2)污泥脱水过程中所排放出的NH3和H2S气体的浓度通过传感器实时在线监测；
(3)污泥脱水结束后所排出的NH3和H2S气体通过吸收液去除。
本发明还提供了一种采用上述方法在线监测污泥脱水工艺NH3和H2S的装置。污泥脱水装置包括通风***、脱水***、在线监测***和尾气吸收***；通风及在线监测***位于外室，脱水***位于外室与内室相连，尾气吸收***位于装置外与外室相连。
通风***包括氮气源、气体流量计、氮气进气口、曝气盘和气体排放口。氮气通过与气体流量计相连的氮气进气口(位于装置底部)进入装置内；氮气进入装置内的流量可通过气体流量计监控；曝气盘位于装置底部与进气口相连，是用于将进入装置内的空气通过气体排放口排出。
脱水***由布氏漏斗、抽滤的橡胶塞、内室、真空表以及1个微型真空泵组成；内室底部设有聚四氟乙烯阀门，侧面设有1个接口通往外室与微型真空泵相连，顶部设有1个接口与真空表相连；微型真空泵，能达到的最大负压为-85Kpa，流量为25L/min，装置预留电源线孔采用橡胶塞密闭。
在线监测***包括电脑、O2、NH3和H2S气体传感器；上述传感器与电脑相连，可实时监测污泥脱水装置内在污泥脱水过程中O2、NH3和H2S气体浓度的变化。
尾气吸收***包括H2S吸收液和NH3吸收液；H2S吸收液是浓度为5mol/L的NaOH溶液；NH3吸收液是浓度为2mol/L的H2SO4溶液；两种吸收液分别置于气泡吸收管，两气泡吸收管位于污泥脱水装置外与外室串联。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
(1)通过测定在密闭环境中污泥脱水工艺NH3和H2S的排放特征，确定了污泥在脱水工艺NH3和H2S的排放量；
(2)采用的NH3和H2S传感器的精度和检出限均优于传统的溶液吸收法。此外，其在线监测功能将直观地反映出污泥脱水工艺NH3和H2S气体浓度的实时变化情况；
(3)采用的尾气吸收装置消除了污泥脱水所产生的NH3和H2S气体污染环境的隐患，及样品间的交叉污染。
附图说明
图1是在线监测污泥脱水工艺NH3和H2S的装置结构示意图：1-电脑；2-氮气源；3-O2、NH3和H2S传感器测定仪；4-布氏漏斗；5-减压阀；6-流量计；7-微型真空泵；8-内室；9-聚四氟乙烯阀门；10-真空表；11-NaOH溶液；12-H2SO4溶液；13-曝气盘；14-密封盖；15-外室。其中，11和12是用于所排NH3和H2S尾气的吸收装置；脱水装置的内壁(包括内室、外室和密封盖的内侧)均需惰性化处理，防止污泥脱水工艺产生的NH3和H2S被内壁附着。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的描述：
(1)量取50mL新鲜的污泥样品(厌氧消化污泥、剩余污泥或初沉池污泥)，倒入垫有滤纸的布氏漏斗，布氏漏斗和内室采用橡胶塞密封的连接方式。
(2)开启与电脑相连的O2、NH3和H2S气体传感器后，盖上带有密封圈的密封盖。打开气体排放口并打开氮气源，氮气通过底部的曝气盘进入外室，排出空气。当O2传感器的显示降至0.1％，关闭气体排放口和氮气源。
(3)开启微型真空泵进行脱水，电脑通过NH3和H2S气体传感器的监测，实时记录污泥在密闭的空间脱水工艺NH3和H2S气体的浓度变化。同时，观察污泥在脱水过程的形态，当发现污泥开裂，布氏漏斗的滤液基本停止滴入内室，关闭泵，污泥脱水工艺对NH3和H2S的在线监测阶段结束。
(4)将尾气吸收装置与脱水装置相连的阀门打开后，再次开启氮气源，控制流量约为2L/min，当NH3传感器的浓度的显示低于1mg/m3，H2S的浓度低于0.01mg/m3，关闭氮气源，尾气吸收阶段结束。对厌氧消化污泥脱水工艺NH3和H2S浓度的变化情况进行分析。

Claims (7)

1.一种在线监测污泥脱水工艺NH3和H2S的方法，其特征在于污泥脱水工艺是在密闭的惰性气体(氮气)环境中进行，通过在线监测NH3和H2S气体浓度的变化，确定NH3和H2S气体的排放特征。
2.根据权利要求1所述的在线监测方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将污泥脱水装置实现密闭并充入氮气；
(2)污泥脱水过程中所排放出的NH3和H2S气体的浓度通过传感器实时在线监测；
(3)污泥脱水结束后所排出的NH3和H2S气体通过吸收液去除。
3.一种在线监测污泥脱水工艺NH3和H2S的装置，其特征在于：所述污泥脱水装置包括通风***、脱水***、在线监测***和尾气吸收***，具体组成见说明书附图。
4.根据权利要求3所述的污泥脱水装置，其特征在于：所述通风***包括氮气源、气体流量计、氮气进气口、曝气盘和气体排放口。氮气通过与气体流量计相连的氮气进气口(位于装置底部)进入装置内；氮气进入装置内的流量可通过气体流量计监控；所述曝气盘位于装置底部与进气口相连，是用于将进入装置内的空气通过气体排放口排出。
5.根据权利要求3所述的污泥脱水装置，其特征在于：所述脱水***由布氏漏斗、抽滤的橡胶塞、内室、真空表以及1个微型真空泵组成；所述内室底部设有聚四氟乙烯阀门，侧面设有1个接口通往外室与微型真空泵相连，顶部设有1个接口与真空表相连；所述微型真空泵，能达到的最大负压为-85Kpa，流量为25L/min，装置预留电源线孔采用橡胶塞密闭。
6.根据权利要求3所述的污泥脱水装置，其特征在于：所述在线监测***包括电脑、O2、NH3和H2S气体传感器；上述传感器与电脑相连，可实时监测污泥脱水装置内在污泥脱水过程中O2、NH3和H2S气体浓度的变化。
7.根据权利要求3所述的污泥脱水装置，其特征在于：所述尾气吸收***包括H2S吸收液和NH3吸收液；所述H2S吸收液是浓度为5mol/L的NaOH溶液；所述NH3吸收液是浓度为2mol/L的H2SO4溶液；所述两种吸收液分别置于2个气泡吸收管中，2个气泡吸收管位于污泥脱水装置外与外室串联。
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