本发明涉及浓缩技术领域，尤其涉及一种淡水水体中溶解富里酸提取装置。
背景技术：
溶解有机质是能通过孔径为0.45μm滤膜的一类天然大分子有机物混合物，它来源于动植物分泌物及其残体分解产物，组成和结构随时空和来源而变化。在淡水水体中，溶解有机质具有重要生态和环境作用。溶解有机质主要包括富里酸、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。富里酸等酸性物质分子量大，难于降解，是淡水溶解有机质中的主要成分，被广泛关注。富里酸广泛存在于各种天然水体，可在任何pH调节下可溶，迁移性强，对水体中金属离子、有机污染物迁移转化及水处理过程中消毒副产物的形成有重要影响。因此对富里酸进行研究有助于了解其对重金属及有毒有害污染物环境行为，对水处理工艺的进一步改善也有非常重要的理论价值和现实意义。淡水水体中富里酸的浓度低，一般为1-10mg/L，难以分离和富集。建立淡水水体中富里酸提取方法和装置是富里酸研究的瓶颈之一。反渗透技术是在高于溶液渗透压的作用下，依据大分子物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。反渗透具有脱盐率高，机械强度大和使用寿命长，化学或生化耐受性强等优点。本发明利用反渗透技术初步浓缩淡水水体中富里酸。中国发明专利(201510586450.8：一种水体中富里酸亚组分的分级提取方法)公开了一种水体中富里酸亚组分份分级提取方法，所述分级提取方法包括如下步骤：步骤a：水样酸化及过滤：用碱和酸调节水体样品pH＝0.5-1.5，用滤膜过滤，所得滤液标记为已滤水体样品；步骤b：水体富里酸的树脂吸附：将已滤水体样品以10-15倍柱体积/h的流速通过树脂柱，弃去流出液；步骤c：富里酸亚组分分级淋洗：以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝2的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝2的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分1；以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝3的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝3的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分2；以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝4的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝4的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分3；以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝5的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝5的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分4；以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝6的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝6的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分5；以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝7的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝7的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分6；氮气保护下，以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝8的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝8的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分7；氮气保护下，以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝9的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝9的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分8；氮气保护下，以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝10的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝10的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分9；氮气保护下，以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝11的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝11的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分10；氮气保护下，以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝12的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝12的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分11；氮气保护下，以5-10倍柱体积/h的流速，用pH＝13的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗树脂柱，每收集2-50ml流出液，用特定波长紫外/可见光进行测定，流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小，当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5％时，停止pH＝13的焦磷酸钠缓冲溶液淋洗过程，合并流出液，立即酸化至pH＝1，搅拌4h后，静置24h，离心得到上清液，标记为富里酸亚组分12；步骤d：富里酸亚组分纯化：向富里酸亚组分1至富里酸亚组分12，共计12份溶液中，分别加入氢氟酸，使溶液中氢氟酸浓度为0.3mol/L，持续搅拌4h，并静置24h后，离心得到12份上清液，分别标记为纯化富里酸亚组分1至纯化富里酸亚组分12；步骤e：水体富里酸亚组分除盐及固化：将纯化富里酸亚组分1至纯化富里酸亚组分12，共计12份溶液分别以3-5倍柱体积/h的流速通过树脂柱，弃去流出液；每份纯化富里酸亚组分在树脂柱上吸附完成后，则分别用0.65倍柱体积去离子水以10-15倍柱体积/h的流速，冲洗树脂柱，弃去流出液；然后用1倍柱体积0.1mol/L氢氧化钠溶液和2倍柱体积去离子水以3-5倍柱体积/h的流速依次淋洗树脂柱，收集流出液；再将收集的流出液通过氢离子饱和的氢型阳离子交换树脂进行交换，最终得到的流出液即为无盐富里酸亚组分；依次操作，将每份纯化富里酸亚组分得到的无盐富里酸亚组分分别标记为无盐富里酸亚组分1至无盐富里酸亚组分12；然后再将无盐富里酸亚组分1至无盐富里酸亚组分12分别冷冻干燥，最终得到12份固态富里酸亚组分分级样品，分别标记为固态富里酸亚组分1至固态富里酸亚组分12。上述发明通过分级提取可以获得纯度较高的分级富里酸亚组分，便于对水体天然有机质的研究，但是此发明对富里酸的研究主要是依赖于手工操作，还没有一套完整的装置实现天然水中分离富里酸，并对富里酸进行萃取和纯化，且可实施性不佳。
技术实现要素：
为了实现从水中分离高纯度富里酸，本发明提供了一种淡水水体中溶解富里酸提取装置，可以有效方便地提取所需的富里酸溶液。为了解决上述技术问题，本发明的一种淡水水体中溶解富里酸提取装置，包括原水供给单元、预处理单元、反渗透浓缩单元、酸碱度调节单元、水箱、总控制系统、过滤净化单元和富里酸提取单元；所述富里酸提取单元包括碱液药剂箱、淋洗装置、吸附富集装置和离子交换装置；所述吸附富集装置的入口与所述碱液药剂箱的出口、所述淋洗装置的出口连接，吸附富集装置的出口与所述离子交换装置的入口连接，且底部设有废液排出开关；所述淋洗装置的出口与所述离子交换装置的入口连接；所述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树脂的一种或多种；所述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，过滤净化单元包括过滤器、液体储存器和真空泵，所述过滤器的入口与所述水箱的出口连接，所述过滤器的出口与所述液体储存器的入口连接；所述真空泵与所述液体储存器连接，所述液体储存器的出口与所述吸附富集装置的入口连接；所述过滤器包括杂质室、滤膜和砂芯，所述滤膜设于杂质室内，并由砂芯作支撑；所述滤膜的孔径取值范围是0.1-0.7μm。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、第一酸液药剂箱和第二酸液药剂箱；所述pH传感器设于水箱中，所述第一酸液药剂箱和第二酸液药剂箱并列布置；所述计量加药泵设于第一酸液药剂箱、第二酸液药剂箱与水箱之间，计量加药泵的入口分别与第一酸液药剂箱的出口、第二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，所述反渗透浓缩单元包括反渗透单元、高压泵、第一电导率探头和第二电导率探头；其中反渗透单元包括反渗透膜和不锈钢膜壳，所述反渗透膜的孔径取值为0.1nm；所述第一电导率探头设于所述反渗透单元浓水出口处，第二电导率探头设于反渗透浓缩单元的纯水出口与淋洗装置之间；通过对比两个电导率探头检测数值，可以判断反渗透膜工作状态是否良好。优选地，所述反渗透单元设有液体进口，浓水出口和纯水出口；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，所述纯水出口与淋洗装置连接；所述反渗透单元浓水和纯水出口都设有安保阀；原水浓缩过程中，反渗透单元纯水和浓水电导率差异小于预设值时，所述安保阀开启，说明此时系统无法进行反渗透浓缩。优选地，所述水箱采用耐酸材料，其上面设有密封盖，下端为漏斗形状，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；所述水箱与所述过滤器之间的管道伸入水箱中，管道顶部为密封结构，伸入水箱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，原水供给单元采用自吸泵供水，原水主要为江河湖泊及地下水等淡水水体，原水水质的浊度在1000NTU之内，溶解有机碳的取值在1000mg/l之内，电导率取值在30000μS/cm之内；所述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，一级精密微过滤器中精密滤芯的孔径为5μm，二级精密微滤过滤器中精密滤芯的孔径为1μm，三级精密微滤滤过滤器中精密滤芯的孔径为0.45μm；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、二级和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、高压泵和酸碱度调节单元连接；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。优选地，所述水箱中设有液位传感器，其水位高度控制在水箱高度的1/5-4/5。本发明提供一种利用淡水水体溶解富里酸提取装置进行富里酸提取的方法，其包括如下步骤：(1)启动总控制系统的总电源启动按钮；(2)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，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水箱高度时，自吸泵停止工作；(3)水箱中的原水经高压泵增压通过管道进入到反渗透浓缩单元，反渗透膜可对原水中的溶解盐和天然溶解有机物进行浓缩，得到纯水和浓水；经过反渗透膜的纯水直接排放到淋洗装置进行存储，浓水循环进入水箱，当位于水箱中的溶解有机碳在线测定装置测定的溶解有机碳的含量达到预设值时，停止浓缩；反渗透膜将江河湖泊及地下水等淡水水体分离为纯水和浓水，纯水比越高，浓水含盐率和有机质浓度越高，但过高的纯水比例对反渗透膜造成伤害，因此，反渗透膜排出的纯水量与排出的浓水量的比值为1:9-9:1，优选为1:2-2:1；(4)启动酸碱度调节单元，计量加药泵接收pH传感器信号启动酸液加入程序，从第一酸液药剂箱抽取酸液通过第一耐酸管道向水箱中注入非氧化性酸液，同时水箱中搅拌...