两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，包括原水供给单元、预处理单元、纳滤浓缩单元、酸碱度调节单元、成品液提取单元、水箱和总控制系统；其中，成品液提取单元包括淋洗装置、有机药剂箱、碱液药剂箱、一级吸附富集装置、第一离子交换装置、二级吸附富集装置和第二离子交换装置；成品液提取单元对浓水中溶解有机质进行吸附、纯化，得高浓度提取液，冷冻干燥后即为水体溶解有机质高纯固态粉末。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机质提取领域，尤其涉及两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备。
技术介绍
水体溶解有机质是水体中能通过孔径为0.45μm滤膜的一类天然大分子可溶有机物混合物。研究表明，淡水水体中溶解有机质主要包括腐殖酸、富里酸等酸性物质以及多肽、多糖、氨基酸等小分子物质。其中，多肽、多糖、氨基酸等小分子物质，所占比例小，易于被水生生物利用而发生分解。溶解有机质，主要包括腐殖酸、富里酸等酸性物质分子量大，难于降解，是溶解有机质中的主要成分和重点关注对象。溶解有机质在淡水水体中含量极低，一般浓度介于0.1-10mg/L，其分离和富集是溶解有机质研究的难点。纳滤是一种近似机械筛分的低压力驱动膜分离过程。纳滤过程主要应用于染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩，及部分脱色和去异味等。本专利技术装置利用纳滤过程，实现对水体中溶解有机质的截流，在纳滤浓缩的同时去除去单价离子(如：钠离子和氯离子)和分子量低于200的有机物。本专利技术装置即可以用于淡水水体溶解有机质的纳滤浓缩提纯，也能用于海水水体溶解有机质的纳滤浓缩提纯。中国技术专利(申请号：201020694245.6，名称：一种水中溶解态有机物富集分离系统)公开了一种水中溶解态有机物富集分离系统，包括预过滤装置(1)、大孔树脂填充柱(2)、阳离子树脂填充柱(3)、阴离子树脂填充柱(4)、有机碳在线分析仪(5)、蠕动泵(6)、pH计(7)、计量泵(8-13)、电磁阀(14-17)、玻璃容器(18-25)、储液瓶(26-29)；本技术通过控制电磁阀(14-17)和计量泵(8-13)的开关，实现水中溶解态有机物在树脂填充柱上的富集和分离，电磁阀和剂量泵的开关分别通过pH计(7)和有机碳在线分析仪(5)进行控制。上述技术可以自动实现水中溶解态有机物的富集和分离；上述专利采用XAD-7HP大孔树脂进行分离，可以避免反渗透浓水中高盐度对有机物分离效果的影响，经树脂分离后，可对反渗透浓水中的各组分有机物进行多种特性表征；但只限于对有机物的分离，且自动化程度不高，步骤繁琐，操作不方便且不能获取高浓度的有机质；另外，首先上述技术专利只适用于污水及废水中有机物的分离，对于淡水或海水是完全不适用的；其次，上述技术专利公开的系统中不存在纳滤渗透过程，导致有机物的分离效率较低；再次，国际腐殖酸协会(IHSS)通用的有机质分为腐殖酸和富里酸，不存在本技术中公开的亲水酸性、亲水中性、亲水碱性、疏水碱性、疏水酸性、疏水中性等组分，且上述几种组分与本专利技术保护的有机质的组分不同。
技术实现思路
为了获取一定浓度的淡水水体有机质提取液，并获取高纯度有机质固体，本专利技术提供了两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，可以有效方便地提取原水中的溶解有机质。为了解决上述技术问题，本专利技术的两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，包括原水供给单元、预处理单元、纳滤浓缩单元、酸碱度调节单元、成品液提取单元、水箱和总控制系统；所述成品液提取单元包括一级吸附富集装置、第一离子交换装置、二级吸附富集装置、第二离子交换装置、淋洗装置、碱液药剂箱和有机液药剂箱，所述一级吸附富集装置的入口与水箱出口、淋洗装置的出口、碱液药剂箱的出口、有机液药剂箱的出口连接，一级吸附富集装置的出口与第一离子交换装置的入口、二级吸附富集装置的入口连接，一级吸附富集装置的底部设有废液排出开关；所述二级吸附富集装置的入口与淋洗装置的出口、碱液药剂箱的出口、有机液药剂箱的出口连接，二级吸附富集装置的出口与第二离子交换装置的入口连接，二级吸附富集装置的底部设有废液排出开关；所述淋洗装置的出口与所述第一离子交换装置的入口、第二离子交换装置的入口连接。优选地，所述一级吸附富集装置包括吸附柱和填料，所述填料设于所述吸附柱内，所述填料为XAD-8树脂、DAX-8树脂和XAD-7树脂中的一种或多种；所述第一离子交换装置包括吸附柱和填料，所述填料设于所述吸附柱内，所述填料为氢型阳离子交换树脂；所述二级吸附富集装置包括吸附柱和填料，所述填料设于所述吸附柱内，所述填料为XAD-4树脂；所述第二离子交换装置包括吸附柱和填料，所述填料设于所述吸附柱内，所述填料为氢型阳离子交换树脂。优选地，所述原水供给单元采用自吸泵供水，原水为海水或淡水，原水水质的浊度在100NTU之内，TOC的取值在1000mg/l之内，电导率取值在40000μS/cm之内；自吸泵的前端设有过滤袋，所述过滤袋的孔径为10μm。优选地，所述水箱采用耐酸材料，其上面设有密封盖，其内设有搅拌器、液位传感器和pH传感器；所述密封盖的端面设有至少5个通孔；所述水箱与所述一级吸附富集装置之间的管道深入水箱中，管道顶部为密封结构，管道壁设有多个孔径为50μm的孔，孔的最低高度控制在水箱高度的1/100-1/10处，所述伸入水箱管道外设有过滤罩，所述过滤罩的孔径为100μm。优选地，所述酸碱度调节单元中包括pH传感器、搅拌器、计量加药泵、酸液药剂箱；所述pH传感器、搅拌器设于水箱中，计量加药泵的入口与酸液药剂箱的出口连接，计量加药泵的出口与水箱连接。优选地，所述纳滤浓缩单元包括纳滤单元、高压泵、第一TOC在线监测探头和第二TOC在线监测探头；其中纳滤单元包括纳滤膜和不锈钢膜壳，所述纳滤膜的孔径取值为1-2nm；所述第一TOC在线监测探头设于所述纳滤单元浓水出口与水箱之间，所述第二TOC在线检测探头设于纳滤单元废液出口处；通过对比两个TOC在线监测探头检测数值，可以判断纳滤膜工作状态是否良好。优选地，所述纳滤单元设有液体进口，浓水出口和废液出口；所述液体进口通过高压泵与水箱连接，所述浓水出口与水箱连接，所述纳滤单元浓水和废液出口均设有安保阀。优选地，所述预处理单元包括一级精密微滤过滤器、二级精密微滤过滤器和三级精密微滤过滤器，一级精密微滤过滤器中精密滤芯的孔径为1μm，二级精密微滤过滤器中精密滤芯的孔径为0.45μm，三级精密微滤过滤器的孔径为0.22μm；所述一级精密微滤过滤器的入口与自吸泵的出口连接，一级精密微滤过滤器的出口与二级精密微滤过滤器的入口连接，二级精密微滤过滤器的出口与三级精密微滤过滤器的入口连接，三级精密微滤过滤器的出口与水箱连接。优选地，一级、二级、三级精密滤芯均采用聚丙烯滤芯，精密滤芯需要及时更换，可以避免堵塞和过多污染物聚集滋生微生物。优选地，所述总控制系统包括控制单元和触屏器，所述可控制单元与触屏器连接，所述可控制单元与自吸泵、液位传感器、pH传感器、计量加药泵和高压泵连接；所述pH传感器设有升降台，必要时可将pH传感器升至水箱外。两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备的使用方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)开启总控制开关启动总控制系统的总电源启动按钮；(2)原水预处理启动自吸泵启动按钮，自吸泵通过管道吸取原水，自吸泵前端的过滤袋对原水进行初步过滤，过滤后的原水通过自吸泵的增压进入预处理单元中的一级精密微滤过滤器对原水进行一次过滤，经一次过滤后的原水进入二级精密微滤过滤器进行二次过滤，经二次过滤后的原水进入三级精密微滤过滤器进行三次过滤；过滤后的原水通过管道进入水箱；当水箱中的水位达到4/5水箱体积时，自吸泵停止工作；(3)纳滤浓缩水箱中的原水经高压泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，包括原水供给单元、预处理单元、纳滤浓缩单元、酸碱度调节单元、成品液提取单元、水箱和总控制系统；所述成品液提取单元包括一级吸附富集装置、第一离子交换装置、二级吸附富集装置、第二离子交换装置、淋洗装置、碱液药剂箱和有机液药剂箱，所述一级吸附富集装置的入口与水箱出口、淋洗装置的出口、碱液药剂箱的出口、有机液药剂箱的出口连接，一级吸附富集装置的出口与第一离子交换装置的入口、二级吸附富集装置的入口连接，一级吸附富集装置的底部设有废液排出开关；所述二级吸附富集装置的入口与淋洗装置的出口、碱液药剂箱的出口、有机液药剂箱的出口连接，二级吸附富集装置的出口与第二离子交换装置的入口连接，二级吸附富集装置的底部设有废液排出开关；所述淋洗装置的出口与所述第一离子交换装置的入口、第二离子交换装置的入口连接。

【技术特征摘要】
1.两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，包括原水供给单元、预处理单元、纳滤浓缩单元、酸碱度调节单元、成品液提取单元、水箱和总控制系统；所述成品液提取单元包括一级吸附富集装置、第一离子交换装置、二级吸附富集装置、第二离子交换装置、淋洗装置、碱液药剂箱和有机液药剂箱，所述一级吸附富集装置的入口与水箱出口、淋洗装置的出口、碱液药剂箱的出口、有机液药剂箱的出口连接，一级吸附富集装置的出口与第一离子交换装置的入口、二级吸附富集装置的入口连接，一级吸附富集装置的底部设有废液排出开关；所述二级吸附富集装置的入口与淋洗装置的出口、碱液药剂箱的出口、有机液药剂箱的出口连接，二级吸附富集装置的出口与第二离子交换装置的入口连接，二级吸附富集装置的底部设有废液排出开关；所述淋洗装置的出口与所述第一离子交换装置的入口、第二离子交换装置的入口连接。2.如权利要求1所述的两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，其特征在于，所述水箱采用耐酸材料，其上面设有密封盖，其内设有搅拌器、液位传感器和pH传感器；所述密封盖的端面设有至少5个通孔；所述水箱与所述一级吸附富集装置之间的管道深入水箱中，管道顶部为密封结构，管道壁设有多个孔径为50μm的孔，孔的最低高度控制在水箱高度的1/100-1/10处，所述伸入水箱管道外设有过滤罩，所述过滤罩的孔径为100μm。3.如权利要求1所述的两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，其特征在于，所述酸碱度调节单元中包括pH传感器、搅拌器、计量加药泵、酸液药剂箱；所述pH传感器、搅拌器设于水箱中，计量加药泵的入口与酸液药剂箱的出口连接，计量加药泵的出口与水箱连接。4.如权利要求1所述两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，其特征在于，所述纳滤浓缩单元包括纳滤单元、高压泵、第一TOC在线监测探头和第二TOC在线监测探头；其中纳滤单元包括纳滤膜和不锈钢膜壳，所述纳滤膜的孔径取值为1-2nm；所述第一TOC在线监测探头设于所述纳滤单元浓水出口与水箱之间，所述第二TOC在线检测探头设于纳滤单元废液出口处。5.如权利要求4所述两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，其特征在于，所述纳滤单元设有液体进口，浓水出口和废液出口；所述液体进口通过高压泵与水箱连接，所述浓水出口与水箱连接，所述纳滤单元浓水和废液出口均设有安保阀。6.如权利要求1所述的两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，其特征在于，所述预处理单元包括一级精密微滤过滤器、二级精密微滤过滤器和三级精密微滤过滤器，一级精密微滤过滤器中精密滤芯的孔径为1μm，二级精密微滤过滤器中精密滤芯的孔径为0.45μm，三级精密微滤过滤器的孔径为0.22μm；所述一级精密微滤过滤器的入口与自吸泵的出口连接，一级精密微滤过滤器的出口与二级精密微滤过滤器的入口连接，二级精密微滤过滤器的出口与三级精密微滤过滤器的入口连接，三级精密微滤过滤器的出口与水箱连接。7.如权利要求1所述两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备，其特征在于，所述总控制系统包括控制单元和触屏器，所述可控制单元与触屏器连接，所述控制单元与自吸泵、液位传感器、pH传感器、计量加药泵和高压泵连接；所述pH传感器设有升降台。8.利用权利要求1-7任一所述的两级碱洗式水体溶解有机质的提取设备的使用方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)开启总控制开关启动总控制系统的总电源启动按钮；(2)原水预处理启动自吸泵启动按钮，自吸泵通过管道吸取原水，自吸泵前端的过滤袋对原水进行初步过滤，初步过滤后的原水通过自吸泵的增压进入预处理单元中的一级精密微滤过滤器对原水进行一次过滤，经一次过滤后的原水进入二级精密微滤过滤器进行二次过滤，经二次过滤后的原水进入三级精密微滤过滤器进行三次过滤；三次过滤后的原水通过管道进入水箱；当水箱中的水位达到4/5水箱体积时，自吸泵停止工作；(3)纳滤浓缩水箱中的原水经高压泵增压通过管道进入到纳滤浓缩单元，纳滤膜可对原水中的天然溶解有机质进行浓缩，得到废水和浓水；经过纳滤膜的废水直接排放掉，浓水循环进入水箱，当位于水箱中的TOC在线监测探头测定的有机碳的含量达到预设值时，停止浓缩；(4)酸碱度调节启动酸碱度调节单元，计量加药泵接收信号启动酸液加入程序，从酸液药剂箱抽取酸液通过耐酸管道向水箱中注入非氧化性酸液，同时水箱中搅拌马达启动，使得酸液和浓水均匀混合，直到达到预设的pH值，计量加药泵和搅拌马达停止工作；(5)吸附富集完成酸碱度调节后，关闭一级吸附富集装置与第一离子交换装置之间的连通阀门，关闭二级吸附富集装置与第二离子交换装置之间的连通阀门，打开水箱与一级吸附富集装置之间的连通阀，浓水通过管道依次流入流过一级吸附富集装置和二级吸附富集装置，溶解有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：白英臣，吴丰昌，谭伟强，汤智，李晨，李辉，宋凡浩，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11