CN102583649A

CN102583649A - 一种连续提取水体中有机氮的方法和装置

Info

Publication number: CN102583649A
Application number: CN2012100438820A
Authority: CN
Inventors: 霍守亮; 席北斗; 张靖天; 苏婧
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种连续提取水体中有机氮的方法和装置，主要步骤包括：1)采用孔径为0.45μm的混合纤维滤膜对采集的水样进行预处理，以去除水样中悬浮物和胶体颗粒等物质；2)步骤1预处理后的水样经截留分子量为1000Da的平板超滤膜，在压力为0.2～1.0MPa范围内进行错流过滤，使分子量大于1000Da的DON被浓缩；3)步骤2的滤液经截留分子量为100～300Da范围内的平板纳滤膜，在压力为0.1～0.5MPa范围内进行错流过滤，分子量在300～1000Da的DON被浓缩。本说明还公开了一种实现上述方法的装置。本发明具有工艺简单集约、分离效率高、易于连续运行的特点，有效避免了传统差减法测定有机氮含量时出现负值的现象。

Description

一种连续提取水体中有机氮的方法和装置

技术领域

本发明属于环境样品前处理领域，具体地涉及一种连续提取水体中溶解性有机氮的方法。

本发明还涉及用于实现上述方法的装置。

背景技术

溶解性有机氮(DON)是水体中最主要的氮形态，约占溶解性总氮(TDN)的60％～69％。传统观点认为：DON不能直接被浮游植物和固氮细菌利用，且很难被生物降解，因此，大多数研究都集中在氨氮、硝氮等形态无机氮对水体富营养化的影响，而关于河流、湖泊中DON的报道却很少。直到1980年，Antia首次提出DON对水体初级生产力的贡献，人们才逐渐开始关注海洋、河流、湖泊等水体中DON对水体富营养化作用的影响。

由于水体中DON的形态复杂，目前还没有直接测定水体中DON的方法，往往利用TDN和溶解性无机氮的差值来得到。而当水体中无机氮含量相对较高时，计算出的有机氮结果常为负值。根据DON的性质和研究需要，也可采用透析法、凝胶过滤法和超滤膜分离法对水体中DON进行分离。透析法速度较慢、操作繁杂，凝胶过滤法样品前处理复杂，耗时长，受洗脱液的影响大。超滤膜分离法操作简单、分离迅速，已开始逐渐应用于水体中DON的浓缩预处理，但当水体中低分子量的DON含量较高时，超滤膜法产生的误差较大。纳滤膜是近20年来发展起来的一种新型膜分离技术，基于筛分原理可分离分子量在100～1000Da的有机分子。目前，主要应用于制药领域脱盐浓缩、食品中植物提取及淀粉糖分离纯化以及水处理、酸碱回收等行业。

因此，本发明将超滤膜法与纳滤膜法联合分离河流、湖泊等自然水体中DON，为不同类型有机氮的后续定性和定量分析提供支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够连续提取河流、湖泊、水库等水体中溶解性有机氮(DON)的方法。

本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的装置。

为实现上述目的，本发明提供的连续提取水体中有机氮的方法，主要步骤包括：

1)采用孔径为0.45μm混合纤维滤膜对采集的水样进行预处理，以去除水样中悬浮物和胶体颗粒等物质；

2)步骤1预处理后的水样经截留分子量为1000Da的平板超滤膜，在压力为0.2～1.0MPa范围内进行错流过滤，使分子量大于1000Da的DON被浓缩于第一样品收集器；

3)步骤2的滤液经截留分子量为100～300Da范围内的平板纳滤膜，在压力为0.1～0.5MPa范围内进行错流过滤，分子量在300～1000Da的DON被浓缩于第二样品收集器。

所述的方法，其中，平板超滤膜错流过滤后的浓缩液继续回流由平板超滤膜再进行错流过滤，直至满足后续测定要求为止。

所述的方法，其中，平板纳滤膜错流过滤后的浓缩液继续回流由平板纳滤膜再进行错流过滤，直至满足后续测定要求为止。

本发明提供的实现上述方法的装置，其主要包括：

一混合纤维滤膜，以去除水体中的悬浮物和胶体物质，该混合纤维滤膜过滤后的水样进入第一样品收集器与平板超滤膜组件进口相连接，平板超滤膜组件的浓缩液出口连接至第一样品收集器；混合纤维滤膜孔径为0.45μm；

该平板超滤膜组件的出水口通过第二样品收集器连接平板纳滤膜组件进口，平板纳滤膜组件的浓缩液出口连接至第二样品收集器；

平板纳滤膜组件的出水口连接第三样品收集器。

所述的装置，其中，第一样品收集器与平板超滤膜组件进水口之间、平板超滤膜组件出水口与第二样品收集器之间，以及第二样品收集器与平板纳滤膜组件进水口之间均采用硅胶管连接。

所述的装置，其中，平板超滤膜组件的浓缩液出口与第一样品收集器之间，以及平板纳滤膜组件的浓缩液出口与第二样品收集器之间均通过硅胶管连接有蠕动泵相连接。

所述的装置，其中，平板超滤膜组件中，平板超滤膜为聚砜类含氟化合物或聚酰胺类材料，平板超滤膜压在两块平板之间，上层平板带有格道，在平板超滤膜表面形成通路，液体在平板超滤膜表面沿通道流动。

所述的装置，其中，平板纳滤膜组件中，平板纳滤膜为聚酰胺类材料，平板纳滤膜压在两块平板之间，上层平板带有格道，在平板纳滤膜表面形成通路，液体在平板纳滤膜表面沿通道流动。

本发明能同时实现高分子DON和低分子DON的富集浓缩，具有操作简便、分离效率高、易于连续运行的特点。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是本发明的装置示意图。

具体实施方式

本发明所指的水体是河流、湖泊、水库等淡水水体，由于大部分DON的分子量较低，通过纳滤处理能有效分离。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

水样预处理：采用0.45μm混合纤维滤膜对采集的水样进行预处理，以去除水样中悬浮物和胶体颗粒等物质。

超滤：使用截留分子量为1000Da的平板超滤膜，在压力为0.2～1.0MPa范围内进行错流过滤，分子量大于1000Da的DON(如：酶、氨基糖、多肽和腐殖酸等)被浓缩于第一样品收集器中。

纳滤：使用截留分子量为100～300Da范围内的平板纳滤膜，在压力为0.1～0.5MPa范围内进行错流过滤，分子量在300～1000Da的DON(如：有机酸、糖类、蛋白质等)被浓缩于第二样品收集器中。

超滤膜滤液进入第二样品收集器，再泵入纳滤膜组件，由于纳滤膜孔径比超滤膜较小，过滤速度较慢，同时在处理过程中可调节流速，因此，可实现连续提取水体中溶解性有机氮的目的。

以下结合附图对本发明作详细描述。

请参阅图1和图2，本发明提供的连续提取水体中溶解性有机氮(DON)的装置涉及到一个串联运行的超滤和纳滤装置，经0.45μm滤膜过滤后的水样首先通过平板超滤膜组件，分子量相对较大的有机氮被截留在浓缩液中，滤液进入纳滤膜组件再截留分子量相对较小的溶解性有机氮，以适合下一步对不同类型有机氮的定性、定量分析。

本发明依次包括样品准备工序、超滤工序和纳滤工序，分别说明如下：

样品准备工序：将采集的水样用溶剂过滤器过0.45μm混合纤维滤膜，以去除水体中的悬浮物和胶体物质，收集后的滤液进入第一样品收集器待用。

超滤工序：超滤膜组件和第一样品收集器之间用内径为8mm的硅胶管连接，平板超滤膜压在两块平板之间，上层平板带有格道，可在平板膜表面形成通路，液体在膜表面沿通道流动，膜组件连接压力表，通过控制流速调节压力。浓缩液出口通过硅胶管与蠕动泵连接回流至第一样品收集器，直到满足后续测定要求为止。第一样品收集器中的最终样品为分子量在1000Da以上的DON溶液，第二样品收集器中的滤液主要含分子量在1000Da以下的物质。

纳滤工序：第二样品收集器通过内径为8mm的硅胶管与纳滤膜组件连接，纳滤膜组件的结构与超滤膜组件一样，浓缩液出口通过硅胶管与蠕动泵连接回流至第二样品收集器，直到满足后续测定要求为止，纳滤膜组件的滤液流至第三样品收集器。

第二样品收集器中的最终样品为分子量在300～1000Da之间的DON，第三样品收集器中的滤液主要为分子量在300Da以下的少量DON和无机氮。

Claims

1.一种连续提取水体中有机氮的方法，主要步骤包括：

1)采用混合纤维滤膜对采集的水样进行预处理，以去除水样中悬浮物和胶体颗粒等物质；

2)步骤1预处理后的水样经截留分子量为1000Da的平板超滤膜，在压力为0.2～1.0MPa范围内进行错流过滤，使分子量大于1000Da的DON被浓缩；

3)步骤2的滤液经截留分子量为100～300Da范围内的平板纳滤膜，在压力为0.1～0.5MPa范围内进行错流过滤，分子量在300～1000Da的DON被浓缩。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，平板超滤膜错流过滤后的浓缩液继续回流由平板超滤膜再进行错流过滤，直至满足后续测定要求为止。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，平板纳滤膜错流过滤后的浓缩液继续回流由平板纳滤膜再进行错流过滤，直至满足后续测定要求为止。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中的混合纤维滤膜孔径为0.45μm。

5.一种实现权利要求1所述方法的装置，其主要包括：

一混合纤维滤膜，以去除水体中的悬浮物和胶体物质，经该混合纤维滤膜过滤后的水样进入第一样品收集器，后面连接平板超滤膜组件，平板超滤膜组件的浓缩液出口连接至第一样品收集器；

该平板超滤膜组件的出水口通过第二样品收集器连接平板纳滤膜组件，平板纳滤膜组件的浓缩液出口连接至第二样品收集器；

平板纳滤膜组件的出水口连接至第三样品收集器。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，第一样品收集器与平板超滤膜组件进水口之间、平板超滤膜组件出水口与第二样品收集器之间，第二样品收集器与平板纳滤膜组件进水口之间，以及平板纳滤膜组件出水口与第三样品收集器之间均采用硅胶管连接。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，平板超滤膜组件的浓缩液出口与第一样品收集器之间，以及平板纳滤膜组件的浓缩液出口与第二样品收集器之间均通过硅胶管连接有蠕动泵相连接。

8.根据权利要求5、6或7所述的装置，其中，平板超滤膜组件中，平板超滤膜为聚砜类含氟化合物或聚酰胺类材料，平板超滤膜压在两块平板之间，上层平板带有格道，在平板超滤膜表面形成通路，液体在平板超滤膜表面沿通道流动。

9.根据权利要求5、6或7所述的装置，其中，平板纳滤膜组件中，平板纳滤膜为聚酰胺类材料，平板纳滤膜压在两块平板之间，上层平板带有格道，在平板纳滤膜表面形成通路，液体在平板纳滤膜表面沿通道流动。

10.根据权利要求5所述的装置，其中，混合纤维滤膜孔径为0.45μm。