兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備及其使用方法技術

本發明專利技術提供了一種兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，包括原水供給單元、預處理單元、納濾濃縮單元、酸堿度調節單元、成品液提取單元、水箱和總控制系統；其中，成品液提取單元包括淋洗裝置、有機藥劑箱、堿液藥劑箱、一級吸附富集裝置、第一離子交換裝置、二級吸附富集裝置和第二離子交換裝置；成品液提取單元對濃水中溶解有機質進行吸附、純化，得高濃度提取液，冷凍干燥后即為水體溶解有機質高純固態粉末。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及有機質提取領域，尤其涉及兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備。
技術介紹
水體溶解有機質是水體中能通過孔徑為0.45μm濾膜的一類天然大分子可溶有機物混合物。研究表明，淡水水體中溶解有機質主要包括腐殖酸、富里酸等酸性物質以及多肽、多糖、氨基酸等小分子物質。其中，多肽、多糖、氨基酸等小分子物質，所占比例小，易于被水生生物利用而發生分解。溶解有機質，主要包括腐殖酸、富里酸等酸性物質分子量大，難于降解，是溶解有機質中的主要成分和重點關注對象。溶解有機質在淡水水體中含量極低，一般濃度介于0.1-10mg/L，其分離和富集是溶解有機質研究的難點。納濾是一種近似機械篩分的低壓力驅動膜分離過程。納濾過程主要應用于染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程產物的分級和濃縮，及部分脫色和去異味等。本專利技術裝置利用納濾過程，實現對水體中溶解有機質的截流，在納濾濃縮的同時去除去單價離子(如：鈉離子和氯離子)和分子量低于200的有機物。本專利技術裝置即可以用于淡水水體溶解有機質的納濾濃縮提純，也能用于海水水體溶解有機質的納濾濃縮提純。中國技術專利(申請號：201020694245.6，名稱：一種水中溶解態有機物富集分離系統)公開了一種水中溶解態有機物富集分離系統，包括預過濾裝置(1)、大孔樹脂填充柱(2)、陽離子樹脂填充柱(3)、陰離子樹脂填充柱(4)、有機碳在線分析儀(5)、蠕動泵(6)、pH計(7)、計量泵(8-13)、電磁閥(14-17)、玻璃容器(18-25)、儲液瓶(26-29)；本技術通過控制電磁閥(14-17)和計量泵(8-13)的開關，實現水中溶解態有機物在樹脂填充柱上的富集和分離，電磁閥和劑量泵的開關分別通過pH計(7)和有機碳在線分析儀(5)進行控制。上述技術可以自動實現水中溶解態有機物的富集和分離；上述專利采用XAD-7HP大孔樹脂進行分離，可以避免反滲透濃水中高鹽度對有機物分離效果的影響，經樹脂分離后，可對反滲透濃水中的各組分有機物進行多種特性表征；但只限于對有機物的分離，且自動化程度不高，步驟繁瑣，操作不方便且不能獲取高濃度的有機質；另外，首先上述技術專利只適用于污水及廢水中有機物的分離，對于淡水或海水是完全不適用的；其次，上述技術專利公開的系統中不存在納濾滲透過程，導致有機物的分離效率較低；再次，國際腐殖酸協會(IHSS)通用的有機質分為腐殖酸和富里酸，不存在本技術中公開的親水酸性、親水中性、親水堿性、疏水堿性、疏水酸性、疏水中性等組分，且上述幾種組分與本專利技術保護的有機質的組分不同。
技術實現思路
為了獲取一定濃度的淡水水體有機質提取液，并獲取高純度有機質固體，本專利技術提供了兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，可以有效方便地提取原水中的溶解有機質。為了解決上述技術問題，本專利技術的兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，包括原水供給單元、預處理單元、納濾濃縮單元、酸堿度調節單元、成品液提取單元、水箱和總控制系統；所述成品液提取單元包括一級吸附富集裝置、第一離子交換裝置、二級吸附富集裝置、第二離子交換裝置、淋洗裝置、堿液藥劑箱和有機液藥劑箱，所述一級吸附富集裝置的入口與水箱出口、淋洗裝置的出口、堿液藥劑箱的出口、有機液藥劑箱的出口連接，一級吸附富集裝置的出口與第一離子交換裝置的入口、二級吸附富集裝置的入口連接，一級吸附富集裝置的底部設有廢液排出開關；所述二級吸附富集裝置的入口與淋洗裝置的出口、堿液藥劑箱的出口、有機液藥劑箱的出口連接，二級吸附富集裝置的出口與第二離子交換裝置的入口連接，二級吸附富集裝置的底部設有廢液排出開關；所述淋洗裝置的出口與所述第一離子交換裝置的入口、第二離子交換裝置的入口連接。優選地，所述一級吸附富集裝置包括吸附柱和填料，所述填料設于所述吸附柱內，所述填料為XAD-8樹脂、DAX-8樹脂和XAD-7樹脂中的一種或多種；所述第一離子交換裝置包括吸附柱和填料，所述填料設于所述吸附柱內，所述填料為氫型陽離子交換樹脂；所述二級吸附富集裝置包括吸附柱和填料，所述填料設于所述吸附柱內，所述填料為XAD-4樹脂；所述第二離子交換裝置包括吸附柱和填料，所述填料設于所述吸附柱內，所述填料為氫型陽離子交換樹脂。優選地，所述原水供給單元采用自吸泵供水，原水為海水或淡水，原水水質的濁度在100NTU之內，TOC的取值在1000mg/l之內，電導率取值在40000μS/cm之內；自吸泵的前端設有過濾袋，所述過濾袋的孔徑為10μm。優選地，所述水箱采用耐酸材料，其上面設有密封蓋，其內設有攪拌器、液位傳感器和pH傳感器；所述密封蓋的端面設有至少5個通孔；所述水箱與所述一級吸附富集裝置之間的管道深入水箱中，管道頂部為密封結構，管道壁設有多個孔徑為50μm的孔，孔的最低高度控制在水箱高度的1/100-1/10處，所述伸入水箱管道外設有過濾罩，所述過濾罩的孔徑為100μm。優選地，所述酸堿度調節單元中包括pH傳感器、攪拌器、計量加藥泵、酸液藥劑箱；所述pH傳感器、攪拌器設于水箱中，計量加藥泵的入口與酸液藥劑箱的出口連接，計量加藥泵的出口與水箱連接。優選地，所述納濾濃縮單元包括納濾單元、高壓泵、第一TOC在線監測探頭和第二TOC在線監測探頭；其中納濾單元包括納濾膜和不銹鋼膜殼，所述納濾膜的孔徑取值為1-2nm；所述第一TOC在線監測探頭設于所述納濾單元濃水出口與水箱之間，所述第二TOC在線檢測探頭設于納濾單元廢液出口處；通過對比兩個TOC在線監測探頭檢測數值，可以判斷納濾膜工作狀態是否良好。優選地，所述納濾單元設有液體進口，濃水出口和廢液出口；所述液體進口通過高壓泵與水箱連接，所述濃水出口與水箱連接，所述納濾單元濃水和廢液出口均設有安保閥。優選地，所述預處理單元包括一級精密微濾過濾器、二級精密微濾過濾器和三級精密微濾過濾器，一級精密微濾過濾器中精密濾芯的孔徑為1μm，二級精密微濾過濾器中精密濾芯的孔徑為0.45μm，三級精密微濾過濾器的孔徑為0.22μm；所述一級精密微濾過濾器的入口與自吸泵的出口連接，一級精密微濾過濾器的出口與二級精密微濾過濾器的入口連接，二級精密微濾過濾器的出口與三級精密微濾過濾器的入口連接，三級精密微濾過濾器的出口與水箱連接。優選地，一級、二級、三級精密濾芯均采用聚丙烯濾芯，精密濾芯需要及時更換，可以避免堵塞和過多污染物聚集滋生微生物。優選地，所述總控制系統包括控制單元和觸屏器，所述可控制單元與觸屏器連接，所述可控制單元與自吸泵、液位傳感器、pH傳感器、計量加藥泵和高壓泵連接；所述pH傳感器設有升降臺，必要時可將pH傳感器升至水箱外。兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備的使用方法，其特征在于，其包括如下步驟：(1)開啟總控制開關啟動總控制系統的總電源啟動按鈕；(2)原水預處理啟動自吸泵啟動按鈕，自吸泵通過管道吸取原水，自吸泵前端的過濾袋對原水進行初步過濾，過濾后的原水通過自吸泵的增壓進入預處理單元中的一級精密微濾過濾器對原水進行一次過濾，經一次過濾后的原水進入二級精密微濾過濾器進行二次過濾，經二次過濾后的原水進入三級精密微濾過濾器進行三次過濾；過濾后的原水通過管道進入水箱；當水箱中的水位達到4/5水箱體積時，自吸泵停止工作；(3)納濾濃縮水箱中的原水經高壓泵本文檔來自技高網...

【技術保護點】
兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，包括原水供給單元、預處理單元、納濾濃縮單元、酸堿度調節單元、成品液提取單元、水箱和總控制系統；所述成品液提取單元包括一級吸附富集裝置、第一離子交換裝置、二級吸附富集裝置、第二離子交換裝置、淋洗裝置、堿液藥劑箱和有機液藥劑箱，所述一級吸附富集裝置的入口與水箱出口、淋洗裝置的出口、堿液藥劑箱的出口、有機液藥劑箱的出口連接，一級吸附富集裝置的出口與第一離子交換裝置的入口、二級吸附富集裝置的入口連接，一級吸附富集裝置的底部設有廢液排出開關；所述二級吸附富集裝置的入口與淋洗裝置的出口、堿液藥劑箱的出口、有機液藥劑箱的出口連接，二級吸附富集裝置的出口與第二離子交換裝置的入口連接，二級吸附富集裝置的底部設有廢液排出開關；所述淋洗裝置的出口與所述第一離子交換裝置的入口、第二離子交換裝置的入口連接。

【技術特征摘要】
1.兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，包括原水供給單元、預處理單元、納濾濃縮單元、酸堿度調節單元、成品液提取單元、水箱和總控制系統；所述成品液提取單元包括一級吸附富集裝置、第一離子交換裝置、二級吸附富集裝置、第二離子交換裝置、淋洗裝置、堿液藥劑箱和有機液藥劑箱，所述一級吸附富集裝置的入口與水箱出口、淋洗裝置的出口、堿液藥劑箱的出口、有機液藥劑箱的出口連接，一級吸附富集裝置的出口與第一離子交換裝置的入口、二級吸附富集裝置的入口連接，一級吸附富集裝置的底部設有廢液排出開關；所述二級吸附富集裝置的入口與淋洗裝置的出口、堿液藥劑箱的出口、有機液藥劑箱的出口連接，二級吸附富集裝置的出口與第二離子交換裝置的入口連接，二級吸附富集裝置的底部設有廢液排出開關；所述淋洗裝置的出口與所述第一離子交換裝置的入口、第二離子交換裝置的入口連接。2.如權利要求1所述的兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，其特征在于，所述水箱采用耐酸材料，其上面設有密封蓋，其內設有攪拌器、液位傳感器和pH傳感器；所述密封蓋的端面設有至少5個通孔；所述水箱與所述一級吸附富集裝置之間的管道深入水箱中，管道頂部為密封結構，管道壁設有多個孔徑為50μm的孔，孔的最低高度控制在水箱高度的1/100-1/10處，所述伸入水箱管道外設有過濾罩，所述過濾罩的孔徑為100μm。3.如權利要求1所述的兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，其特征在于，所述酸堿度調節單元中包括pH傳感器、攪拌器、計量加藥泵、酸液藥劑箱；所述pH傳感器、攪拌器設于水箱中，計量加藥泵的入口與酸液藥劑箱的出口連接，計量加藥泵的出口與水箱連接。4.如權利要求1所述兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，其特征在于，所述納濾濃縮單元包括納濾單元、高壓泵、第一TOC在線監測探頭和第二TOC在線監測探頭；其中納濾單元包括納濾膜和不銹鋼膜殼，所述納濾膜的孔徑取值為1-2nm；所述第一TOC在線監測探頭設于所述納濾單元濃水出口與水箱之間，所述第二TOC在線檢測探頭設于納濾單元廢液出口處。5.如權利要求4所述兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，其特征在于，所述納濾單元設有液體進口，濃水出口和廢液出口；所述液體進口通過高壓泵與水箱連接，所述濃水出口與水箱連接，所述納濾單元濃水和廢液出口均設有安保閥。6.如權利要求1所述的兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，其特征在于，所述預處理單元包括一級精密微濾過濾器、二級精密微濾過濾器和三級精密微濾過濾器，一級精密微濾過濾器中精密濾芯的孔徑為1μm，二級精密微濾過濾器中精密濾芯的孔徑為0.45μm，三級精密微濾過濾器的孔徑為0.22μm；所述一級精密微濾過濾器的入口與自吸泵的出口連接，一級精密微濾過濾器的出口與二級精密微濾過濾器的入口連接，二級精密微濾過濾器的出口與三級精密微濾過濾器的入口連接，三級精密微濾過濾器的出口與水箱連接。7.如權利要求1所述兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備，其特征在于，所述總控制系統包括控制單元和觸屏器，所述可控制單元與觸屏器連接，所述控制單元與自吸泵、液位傳感器、pH傳感器、計量加藥泵和高壓泵連接；所述pH傳感器設有升降臺。8.利用權利要求1-7任一所述的兩級堿洗式水體溶解有機質的提取設備的使用方法，其特征在于，其包括如下步驟：(1)開啟總控制開關啟動總控制系統的總電源啟動按鈕；(2)原水預處理啟動自吸泵啟動按鈕，自吸泵通過管道吸取原水，自吸泵前端的過濾袋對原水進行初步過濾，初步過濾后的原水通過自吸泵的增壓進入預處理單元中的一級精密微濾過濾器對原水進行一次過濾，經一次過濾后的原水進入二級精密微濾過濾器進行二次過濾，經二次過濾后的原水進入三級精密微濾過濾器進行三次過濾；三次過濾后的原水通過管道進入水箱；當水箱中的水位達到4/5水箱體積時，自吸泵停止工作；(3)納濾濃縮水箱中的原水經高壓泵增壓通過管道進入到納濾濃縮單元，納濾膜可對原水中的天然溶解有機質進行濃縮，得到廢水和濃水；經過納濾膜的廢水直接排放掉，濃水循環進入水箱，當位于水箱中的TOC在線監測探頭測定的有機碳的含量達到預設值時，停止濃縮；(4)酸堿度調節啟動酸堿度調節單元，計量加藥泵接收信號啟動酸液加入程序，從酸液藥劑箱抽取酸液通過耐酸管道向水箱中注入非氧化性酸液，同時水箱中攪拌馬達啟動，使得酸液和濃水均勻混合，直到達到預設的pH值，計量加藥泵和攪拌馬達停止工作；(5)吸附富集完成酸堿度調節后，關閉一級吸附富集裝置與第一離子交換裝置之間的連通閥門，關閉二級吸附富集裝置與第二離子交換裝置之間的連通閥門，打開水箱與一級吸附富集裝置之間的連通閥，濃水通過管道依次流入流過一級吸附富集裝置和二級吸附富集裝置，溶解有機...

【專利技術屬性】
技術研發人員：白英臣，吳豐昌，譚偉強，湯智，李晨，李輝，宋凡浩，
申請(專利權)人：中國環境科學研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11