表面源氨排放通量测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及大气环境监测技术领域，尤其涉及一种表面源氨排放通量测量装置。


背景技术：

2.十三五期间，我国大气污染治理取得明显成效，但全国pm
2.5
年均浓度距离世界卫生组织的标准还有一定差距。氨(nh3)是大气中唯一常见的气态碱，在气溶胶成核过程中扮演着重要的角色，对霾的形成有重要影响，且我国大气中铵根离子占二次颗粒物的比例呈逐年上升的趋势。为降低pm
2.5
的浓度，我国政府主要关注二氧化硫(so2) 和氮氧化物(no
x
)的排放，但是氨作为pm
2.5
形成的重要前体物，尚未得到足够重视，相关排放数据尚不十分明晰。
3.目前国内外针对氨的表面源排放测算，主要应用动态通量箱作为测量装置。大量测试研究表明，现有的用于氨浓度测量的动态通量箱系统，只适用于低流量面源，即与吹扫气流量5l/min相比，面源排气流量可忽略不计，如土壤表面、粪便表面等。但当通量箱放置于排气流量不可忽略甚至较高的排放表面时，如强制通风的堆肥表面、曝气处理的污水表面，由于通量箱内的压力大于未放置通量箱的表面，阻碍了被通量箱覆盖的表面气体的排放。由于压力的作用，这部分气体极易远离通量箱或在通量箱周围的表面排出，造成通量箱中气体分层流动、混合不良和分布不均的现象。吹扫气中添加定量示踪气体试验表明，示踪气体回收率不理想，通量测量结果存在偏差。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种表面源氨排放通量测量装置，用以解决现有技术中在表面源排气流量较高时，表面源排出气体无法在现有的通量箱正常排放或均匀分布的缺陷，实现在表面源排气流量较高时，表面源排出气体在通量箱内正常排放并均匀分布的效果。
5.本实用新型提供一种表面源氨排放通量测量装置，包括：通量箱，所述通量箱底部敞开，所述通量箱的顶部设置有排气口；排气筒，所述排气筒两端贯通，且所述排气筒的底部与所述排气口连通；温度检测装置，所述温度检测装置的检测端设置在所述通量箱内，且所述温度检测装置用于检测所述通量箱中心的温度；吹扫气装置，所述吹扫气装置用于向通量箱内吹入高纯空气和氦气的混合气，所述吹扫气装置包括供气组件和扩散排气组件，所述扩散排气组件设置在所述通量箱内，且所述扩散排气组件的进气端与所述供气组件连通；流量计，所述流量计连通在所述供气组件与所述扩散排气组件的所述进气端之间；样品采集组件，所述样品采集组件与所述排气筒的内部连通。
6.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述通量箱上还设置有气体搅拌装置，所述气体搅拌装置的搅拌端位于所述通量箱的内部。
7.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述气体搅拌装置包括供电组件、电机和风扇，所述供电组件与所述电机连接，所述风扇与所述电机传动连接，且
至少所述风扇位于所述通量箱内。
8.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述扩散排气组件包括：进气管，所述进气管的进气端与所述通量箱的外部连通；排气管组，所述排气管组设置在所述通量箱的内壁上，所述排气管组包括相互连通的多根排气管，多根所述排气管呈网状结构覆盖在所述通量箱的横截面上，每根所述排气管上均设置有多个扩散孔，所述进气管的出气端与其中一根所述排气管连通。
9.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述供气组件包括吹扫气瓶和压力调节阀，所述压力调节阀的一端与所述吹扫气瓶的出气口连通，所述压力调节阀的另一端与所述流量计的进气口连通。
10.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述通量箱包括：箱体，所述箱体上下贯通；顶盖，所述顶盖的底部可拆卸的扣合在所述箱体的顶部，且所述顶盖与所述箱体密封连接，所述排气口设置在所述顶盖的顶部。
11.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述箱体的底部的壁厚由上至下逐渐减小。
12.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述温度检测装置为温度检测探针，所述顶盖上设置有探测孔，所述温度检测探针的探测端通过所述探测孔伸入所述箱体内，且所述探测端位于所述箱体的中心。
13.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述排气筒靠近所述排气筒顶端的位置设置有至少一个采样孔，所述样品采集组件与其中一个所述采样孔连通。
14.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述样品采集组件包括大气采样器和吸收瓶，所述大气采样器通过采样管与所述采样孔连通，所述吸收瓶与所述大气采样器连通。
15.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述吹扫气装置内的混合气中氦气的体积比为10％。
16.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述箱体的顶部设置有第一法兰，所述顶盖的底部设置有第二法兰，所述第一法兰和所述第二法兰通过螺栓连接。
17.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述第二法兰的顶部设置有第三法兰，所述第一法兰和所述第三法兰夹紧在所述第二法兰的两侧。
18.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述第一法兰和所述第二法兰之间设置有密封垫圈。
19.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述第三法兰的顶部或所述顶盖的顶部设置有多个吊环。
20.根据本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置，所述箱体的外侧设置有提手。
21.本实用新型提供的表面源氨排放通量测量装置，包括通量箱、排气筒、温度检测装置、吹扫气装置、流量计和样品采集组件。通量箱的底部敞开，且顶部设置有排气口。排气筒两端贯通，排气筒的底部连通在通量箱的顶部，且排气筒的底部与排气口连通。温度检测装置的检测端位于通量箱内，用于检测通量箱中心的温度。吹扫气装置用于向通量箱内通入高纯空气和氦气的混合气，包括供气组件和扩散排气组件，扩散排气组件设置在通量箱内，
扩散排气组件的进气端与供气组件连通。流量计连通在供气组件与扩散排气组件的进气端之间。样品采集组件与排气筒的内部连通。使用时，将通量箱放置在监测点位的排放表面，供气组件通过扩散排气组件向通量箱内进行吹气，目的是排空通量箱内原有的环境气体的同时，使吹扫气在通量箱内扩散均匀。吹扫完毕后，检测排气筒内的氦气浓度。然后打开样品采集组件，采集氨气样品。流量计用于读取吹扫气的流量，温度检测装置用于读取通量箱内的温度。通过吹扫气中的氦气比例、排气筒内的氦气浓度和吹扫气的流量可以计算出表面源气体排放流量，根据表面源气体排放流量、吹扫气的流量、监测点位的氨气浓度、通量箱覆盖的排放表面的面积可计算出氨排放通量。本实用新型提供的表面源氨排放通量测量装置设置的排气筒可使表面源排放的高流量气体在通量箱内均匀分布，可使检测结果更加精准，可应用于表面源排气量高的场景。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型提供的表面源氨排放通量测量装置结构图；
24.图2是本实用新型提供的通量箱结构图；
25.图3是本实用新型提供的通量箱的俯视图；
26.图4是本实用新型提供的通量箱的分解图；
27.附图标记：
28.1：通量箱；2：顶盖；3：箱体；4：排气筒；5：温度检测装置； 6：风扇；7：电机；8：电池盒；9：排气管组；10：进气管；11：四通阀；12：三通阀；13：进气孔；14：采样孔；15：第一快接头；16：第一法兰；17：第二法兰；18：密封垫圈；19：吊环；20：提手；21：尖端；22：导气管；23：采样管；24：吹扫气瓶；25：压力调节阀； 26：第二快接头；27：流量计；28：大气采样器；29：吸收瓶；30：第三法兰；31：第三快接头。
具体实施方式
29.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.下面结合图1～图4描述本实用新型的表面源氨排放通量测量装置。
31.本实用新型提供的一种表面源氨排放通量测量装置包括通量箱1、排气筒4、温度检测装置5、吹扫气装置、流量计27和样品采集组件。
32.通量箱1内部中空，通量箱1的底部敞开且顶部设置有排气口。排气筒4的两端贯通，且排气筒4的底部与通量箱1的顶部的排气口连通，排气筒4的顶部向上延伸。温度检测装置5的检测端设置在通量箱1内，用于检测通量箱1内部中心的温度。吹扫气装置用于向通
量箱1内吹入高纯空气和氦气的混合气，吹扫气装置包括供气组件和扩散排气组件，扩散排气组件设置在通量箱1内，供气组件通过扩散排气组件向通量箱1内吹气，用于排空通量箱内原有的环境空气并使吹扫气在通量箱内扩散均匀。流量计27连通在供气组件与扩散排气组件之间，用于检测吹扫气的流量。样品采集组件用于采集通量箱内的气体样品，进而对监测点位的氨气浓度进行检测。
33.本实用新型提供的表面源氨排放通量测量装置，通量箱1放置在监测点位表面，排气筒4用于平衡压力，使该通量箱1可应用于高流量表面源的检测。温度检测装置5用于检测通量箱1内部的温度值。吹扫气装置的供气组件通过扩散排气组件向通量箱1内输送高纯空气和氦气的混合气，一方面吹扫气可以排空通量箱1内原有的环境空气，另一方面可通过氦气的比例、氦气的浓度以及吹扫气流量计算出表面源气体排放流量。流量计27用于测量吹扫气的流量。样品采集组件用于收集监测点位的气体样品，并进一步检测气体样品中的氨气浓度。最终可通过吹扫气的流量、表面源气体排放流量、监测点位的氨浓度和通量箱1覆盖的排放表面面积计算氨排放通量。
34.本实用新型提供的表面源氨排放通量测量装置，设置有吹扫气装置，吹扫气可排空通量箱中原有的环境气体。现有的不带排气筒的通量箱1，放置于高流量表面并密封时，相当于在该表面上存在一个阻力或者压力，排放源的气体很难排出，气体会扩散到没有放置通量箱 1的表面去排放，这样通量箱1内的气体就不能代表表面源的正常排放状态。当设置贯通的排气筒4时，会平衡压力，使高流量表面源排放的气体正常排放并在通量箱内均匀分布，解决了现有技术中的通量箱1只能应用于低流量表面源的问题。
35.在本实用新型的一个实施例中，上述的通量箱1可以包括箱体3 和顶盖2，箱体3和顶盖2可拆卸的扣合在一起。箱体3可以为圆柱体形结构，内部为圆柱体形空腔，且箱体3的上下两端贯通。顶盖2 为球面结构，顶盖2的底部敞开，排气口设置在顶盖2的顶部中心，顶盖2的底部的内径等于箱体3的顶部的内径，排气口的内径小于顶盖2的底部的内径。
36.排气筒4为圆筒形结构，排气筒4的内径等于排气口的内径，排气筒4的底部可以固定在顶盖2的顶部，且排气筒4的轴线与排气口的轴线重合。
37.在箱体3的顶部边缘设置有第一法兰16，在顶盖2的底部边缘设置有第二法兰17，第一法兰16和第二法兰17通过螺栓连接，如此实现箱体3和顶盖2的可拆卸连接。
38.上述的第二法兰17与顶盖2为一体结构，均为有机玻璃材质，因此在第二法兰17上开孔较多且直接使用螺栓穿过进行紧固连接，使第二法兰17容易损坏，因此，可以在第二法兰17的顶部设置第三法兰30，如此，第一法兰16、第二法兰17和第三法兰30层叠布置，使用螺栓进行紧固连接，第二法兰17被夹紧在第一法兰16和第三法兰30之间，对第二法兰17进行保护，防止其损坏。
39.为防止顶盖2和箱体3的结合处发生漏气，可以在第一法兰16 和第二法兰17之间设置密封垫圈18，密封垫圈18可以为特氟龙材质。
40.在本实用新型的一个实施例中，上述的通量箱1上还设置有气体搅拌装置。气体搅拌装置包括供电组件、电机7和风扇6，供电组件包括电池盒8和控制按键，电机7与电池盒8电连接，风扇6与电机 7传动连接。其中，电机7和供电组件可以设置在顶盖2的顶部，电机7的输出轴贯穿顶盖2伸入通量箱1内，风扇6在通量箱1的内部与电机7的输出轴连接。在进行氨排放通量测量时，启动电机7，带动风扇6旋转，风扇6带动表面源的排气在通量箱1内均匀
分布。
41.在本实用新型的一个实施例中，上述的表面源氨排放通量测量装置包括进气管10和排气管组9，排气管组9设置在通量箱1的内壁上，排气管组9包括相互连通的多根通气管，多根通气管呈网状结构覆盖在通量箱1的横截面上，每根通气管上均设置有多个扩散孔，进气管10与其中一个通气管连通。
42.在一个具体的实施例中，上述的排气管组9包括四根四分之一圆弧形通气管，每相邻两根通气管均通过一个三通阀12连接，连接后形成环形通气管，环形通气管的外径等于箱体3的内径。在环形通气管的中心可以设置四根直线通气管，每根直线通气管沿环形通气管所围环形的半径设置，每根直线通气管对应一个三通阀12与环形通气管连通，位于中心的四根直线通气管通过四通阀11进行连通。将其中一根圆弧形通气管切断，且连接三通阀12，三通阀12的第三端与进气管10的出气端连通，在顶盖2上设置有进气孔13，进气管10 的进气端连通在进气孔13处。在每根通气管的上下两侧均设置有多个扩散孔，吹扫气通过进气管10进入排气管组9，最终通过多个扩散孔均匀的进入通量箱1内。
43.当然，集气管组9的实施方式仅仅是示例性的，还可以为其他的网状结构。
44.在本实用新型的一个实施例中，上述的供气组件可以包括吹扫气瓶24和压力调节阀25，吹扫气瓶24内容纳的吹扫气可以为高纯空气和氦气的混合气，氦气的体积比可以为10％。压力调节阀25的进气口连通在吹扫气瓶24的出气口位置，用于调节出气压力。
45.在本实用新型的一个实施例中，上述的温度检测装置5可以为温度检测探针，在顶盖2的顶部设置有探测孔，温度检测探针可以通过探测孔伸入箱体3的中心位置，温度检测装置5的操作端位于顶盖2 的外侧，方便操作和读数。
46.在本实用新型的一个实施例中，在上述的排气筒4靠近排气筒4 顶部的位置可以设置至少一个采样孔14，优选的实施方式为设置两个，且采样孔14设置在距排气筒4的顶部十厘米的位置。一个采样孔14用于通过采样管23与样品采集组件连接，另一个采样孔14用于检测通量箱1中氦气的浓度。
47.上述的气体样品采集组件可以包括大气采样器28和吸收瓶29，大气采样器28的进气口通过采样管23与其中一个采样孔14连通，吸收瓶29连接在大气采样器28的出气口位置，当大气采样器28采集到由采样孔14排出的气体后，通过吸收瓶29进行收集，收集后妥善保存并送往实验室检测氨气浓度。
48.在本实用新型的一个实施例中，上述的箱体3的底部的壁厚由上至下逐渐减小，箱体3的侧壁的底部的纵切面的底端为尖端21，例如纵切面可以为三角形。当该表面源氨排放通量测量装置用于测量土壤或粪便的氨排放通量时，可便于箱体3插入土壤或粪便内。
49.进一步的，在箱体3的外侧还设置有提手20，方便对通量箱1 进行移动操作。
50.当本实用新型提供的表面源氨排放通量测量装置用于测量液体的氨排放通量时，可在第三法兰30的顶部或者顶盖2的顶部设置多个吊环19，可通过吊环19将通量箱1悬吊在液体表面。
51.本实用新型提供的表面源氨排放通量测量装置使用时测定步骤如下：
52.1、现场采样
53.(1)选定监测区域并布设监测点位。
54.(2)将通量箱1放置在固体监测点位排放表面，采用垂直按压的方式将箱体3插入
排放表面材料2～3cm，并将表面材料覆盖在箱体 3底部周围，保证密封。
55.或者使用绳子，通过吊环19将通量箱1悬吊在液体表面，箱体 3底部伸入液面以下2～3cm。
56.(3)将温度探测装置的探头通过顶盖2表面的探测孔放置于通量箱1内部，保证探头置于通量箱1内部中间位置。固定风扇6、电机7和电池盒8。
57.(4)将导气管22通过第一快接头15与顶盖2上的进气孔13连通，将采样管23通过第三快接头31连接到排气筒4上的采样孔14 上。
58.(5)连接管路。将导气管22通过第二快接头26依次与流量计 27的出口连接，用管路将流量计27的入口与压力调节阀25的出口连接，用管路将压力调节阀25的入口与吹扫气瓶24的出气口连接。将采样管23与大气采样器28的进气口连接。
59.(6)打开风扇6，保持转速为3r/min。开启吹扫气瓶24，控制压力调节阀25，使流量计27显示流量为5l/min左右。
60.(7)开始计时，每六分钟为一个吹扫停留时间，共吹扫四个停留时间，共计二十四分钟。每个停留时间开始时，记录时间、吹扫气流量(流量计27的数值)、通量箱1内的温度值(温度测量装置的数值)和环境温度。
61.(8)吹扫完成后，在排气筒4上未连接采样管23的采样孔14 处使用氦气检测仪检测氦气浓度。
62.(9)打开大气采样器28的开关，开始采集氨气样品。
63.(10)采集完毕后，关闭大气采样器28，关闭吹扫气瓶24，调节压力调节阀25，排空管路内的气体，确认流量计27的数值降为 0l/min。关闭风扇6。
64.(11)若更换监测区域导致排放表面材料变化，采样前需清洗通量箱1的箱体3内侧壁，避免附着表面材料，干扰测试结果。
65.(12)重复上述步骤，直至完成所有样品的采集。
66.2、数据处理与计算
67.氨排放通量计算方法如下：
[0068][0069]
式中，
[0070]
fluxi：监测点位i的氨排放通量，单位：mg min-1
m-2
；
[0071]
q0：吹扫气的流量，单位：l
·
min-1
；
[0072]
q1：表面源气体排放流量，单位：l
·
min-1
；
[0073]ci
：监测点位i的氨浓度，单位：mg
·
m-3
；
[0074]
a：通量室覆盖的排放表面面积，单位：m2。
[0075]
表面源气体排放流量计算方法如下：
[0076][0077]
式中，
[0078]
q1：表面源气体排放流量，单位：l
·
min-1
；
[0079]
ti：监测点位i的氦气浓度，单位：ppmv；
[0080]
t0：吹扫气中添加氦气比例，％；
[0081]
q0：吹扫气的流量，单位：l
·
min-1
。
[0082]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。