一种互花米草的脱盐优化方法及设备与流程

本发明涉及互花米草资源化利用领域，具体涉及一种互花米草的脱盐优化方法及设备。

背景技术：

互花米草(spartinaalterniflora)隶属于禾本科，多年生草本植物，多生长于河口与潮间带，原产于美国大西洋和墨西哥湾海岸。因其具有降淤造陆，保滩护堤等生态功能，被多国引入栽种。但由于其繁殖力强，缺少天敌，引入后往往形成单优势种群落，破坏引入地区的生态系统平衡，威胁当地生物多样性，甚至引发本地物种灭绝，现已被多国列为入侵植物严加控制。我国于上世纪70年代引入互花米草。近年来，其愈发严重威胁我国滨海湿地土著物种，破坏我国滨海生态系统，已被列入首批入侵我国的外来物种名单。

但是互花米草作为一种滨海植物资源，营养成分十分丰富，含有大量粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、钙、磷以及18种氨基酸。此外，互花米草含有的黄酮类物质,具有抗炎、免疫、降血糖、抗癌等作用。这些使互花米草具有较好的饲用与药用价值。另有研究发现，互花米草干物质产量大，是沼气生产的良好原料，且利用互花米草作为基肥，可增加土壤有机质，达到增产的作用。因此，互花米草具有极大的开发利用价值。对互花米草进行合理的资源化利用，不仅可以遏制其对生态的负面影响，还可使其资源优势得以充分开发。但互花米草作为生长于潮间带地区的盐沼植物，含盐量较高，这是互花米草难以彻底进行资源化利用的重要限制因素之一。

目前，关于互花米草资源利用的研究，都极少考虑其高盐含量可能带来的二次环境影响。仅随机采取表层清水冲洗的方式处理，这只能去除其表面盐分，脱盐效果差；也有研究提出采用蒸汽发酵进行脱盐处理，虽然脱盐效果较好，但成本高，操作较复杂。因此，目前在互花米草的资源利用中，缺乏一种成本低且高效便捷的脱盐方法和脱盐设备。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种克服现有技术缺陷的、解决互花米草资源利用脱盐耗水巨大、缩短脱盐时间、对脱盐水进行循环利用、降低脱盐成本的一种互花米草的脱盐优化方法及设备。

本发明提供一种互花米草的脱盐设备，包括脱盐仓、二通阀、自动控制器、盐度检测系统、反渗透系统、蠕动泵以及连接水管；

所述脱盐仓包括脱盐仓壁、进料口、循环水入口、纯水入口、螺旋搅拌器、动力系统、循环水出口和液位传感器，所述脱盐仓壁内设置有电加热丝，内壁为不锈钢材质，所述电加热丝与电源相连；所述液位传感器通过电缆与所述自动控制器相连，所述进料口位于脱盐仓顶端，所述循环水入口和纯水入口分别位于脱盐仓上端，所述纯水入口通过水管连接纯水供应装置，之间设有二通阀，通过自动控制器控制二通阀开关；所述循环水入口通过水管连接蠕动泵，所述蠕动泵通过水管与合流器连接；所述循环水出口通过水管与分流器连接，中间设置有盐度检测系统；所述分离器与若干水管连接，每根水管与一个反渗透膜一端相连，反渗透膜的尾部设置有导水管，另一端与水管的一端相连，水管的另一端与合流器相连；所述螺旋搅拌器与动力系统连接，由动力系统提供动力。

作为本发明进一步的改进，所述液位传感器包括液位变送器、导气电缆、防波管和电缆固定架，所述液位变送器通过导气电缆与电缆相连，所述液位变送器和导气电缆置于防波管内，所述导气电缆通过电缆固定架固定。

作为本发明进一步的改进，所述反渗透膜设置有3个以上，所述盐度检测系统是检测水中氯离子的百分含量。

作为本发明进一步的改进，所述螺旋搅拌器为纵向螺旋搅拌器，所述螺旋搅拌器的高度与循环水入口的下端齐平。

本发明进一步保护一种互花米草的脱盐优化方法，包括以下步骤：

s1.互花米草样品预处理；

s2.设置清水脱盐方法、料液比和脱盐时间为实验因素，为每一个实验因素设置不同水平；

s3.结合每一实验因素的水平，设计多组水平组合的实验条件进行脱盐实验；

s4.开启上述互花米草的脱盐设备，将经过s1预处理后的互花米草投入脱盐仓，根据步骤s3设置的多组水平组合实验条件进行实验，实验结束后监测水中的含盐量；

s5.分析步骤s4的实验结果，选择最佳水平组合，确定互花米草资源化利用脱盐的最佳工艺参数

作为本发明进一步的改进，所述步骤s1具体包括：用清水清洗植物样品，去除石砾和土壤等杂质，置于通风阴凉处自然风干后，将风干的植物样品用枝剪剪成长度小于0.5cm的小段。

作为本发明进一步的改进，所述步骤s2具体包括：所述清水脱盐方法包括振荡和不振荡2个水平，所述料液比设置为4个水平，分别是1g:15ml、1g:20ml、1g:25ml和1g:30ml；所述脱盐时间设置为6个水平，分别是1、2、3、4、5和6h。

作为本发明进一步的改进，所述步骤s5具体包括：筛选使水中氯离子百分含量降至正常值范围的实验条件，并选择成本低、效率高的水平组合为最优互花米草的脱盐方法；所述正常值范围是0.32-1.84％。

作为本发明进一步的改进，互花米草枯草的脱盐工艺中料液比为1g:15ml或1g:20ml、脱盐方式为清水浸泡脱盐和脱盐时间为1h-6h；互花米草鲜草的脱盐工艺中料液比为1g:25ml或1g:30ml、脱盐方式为清水浸泡脱盐和脱盐时间为2h-4h。

作为本发明进一步的改进，所述互花米草枯草的脱盐工艺中料液比为1g:20ml、脱盐方式为清水浸泡脱盐和脱盐时间为1h；所述互花米草鲜草的脱盐工艺中料液比为1g:25ml、脱盐方式为清水浸泡脱盐和脱盐时间为3h。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的脱盐设备及其脱盐优化方法不仅操作简单、成本低、脱盐率高并且脱盐处理后的盐水回收率高；

本发明提供的脱盐设备，在动力系统提供的动力下，螺旋搅拌装置将互花米草碎在脱盐设备中搅拌均匀，充分与纯水接触，脱盐仓壁内设电加热丝，以加热仓内物料，提高脱盐效率；高浓度盐水在蠕动泵提供的压力下，经过多个反渗透系统，渗透过孔径只有0.0001微米的反渗透膜，大部分无机盐被渗透，通过导水管汇合并排出装置，而纯化水经循环回到脱盐设备中，提高水的循环利用率，降低成本；另一方面，通过液位传感器随时测定脱盐设备中的水位，自动控制器控制二通阀开关，及时补充纯水，以保证脱盐所需的水量，整个过程人员的参与度低、操作简单，设备本身结构简单使成本、维护保养费用较低，同时，脱盐设备中水的含盐率较低，便于提高脱盐效率，脱盐率高，最终得到的脱盐的生产利用，而且对高盐水的再次进入设备回收也提供了便利，能耗降低、回收率高；

本发明的互花米草资源化利用的脱盐优化方法，合理设置实验条件，完成了对盐生植物脱盐工艺参数的综合考量，揭示了脱盐方法、脱盐时间和料液比三个实验因素对互花米草含盐量的影响，有效实现了脱盐工艺参数的优化，降低了互花米草脱盐的成本，提升了脱盐效率，同时对降低资源化利用过程中互花米草资源化利用过程中体内多余盐分造成的二次污染具有重要意义。

附图说明

图1为本发明不同脱盐方法、脱盐时间和料液比条件下互花米草枯样的含盐量变化；

图2为本发明不同脱盐方法、脱盐时间和料液比条件下互花米草鲜样的含盐量变化；

图3为本发明不同脱盐方法对互花米草鲜样脱盐效率的比较；

图4为本发明不同料液比对互花米草鲜样脱盐效率的比较；

图5为本发明脱盐设备的结构示意图；

图6为本发明脱盐仓的结构示意图；

图7为本发明液位传感器的结构示意图；

其中，1.进料口；2.循环水入口；3.螺旋搅拌器；4.动力系统；5.纯水入口；6.液位传感器；61.液位变送器；62.导气电缆；63.防波管；64.电缆固定架；7.二通阀；8.自动控制器；9.盐度检测系统；10.反渗透膜；11.分流器；12.合流器；13.导水管；14.蠕动泵；15.电缆；16.出水口；17.出料口；18.脱盐仓壁；19.循环水出口；20.脱盐仓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。

参见附图1，一种互花米草的脱盐设备，包括脱盐仓20、二通阀7、自动控制器8、盐度检测系统9、反渗透系统、蠕动泵14以及连接水管；

参见附图1和附图2所述脱盐仓20包括脱盐仓壁18、进料口1、循环水入口2、纯水入口5、螺旋搅拌器3、动力系统4、循环水出口19和液位传感器6，所述脱盐仓壁18内设置有电加热丝，内壁为不锈钢材质，所述电加热丝与电源相连；所述液位传感器6通过电缆15与所述自动控制器8相连，所述进料口1位于脱盐仓20顶端，所述循环水入口2和纯水入口5分别位于脱盐仓20上端，所述纯水入口5通过水管连接纯水供应装置，之间设有二通阀7，通过自动控制器8控制二通阀7开关；所述循环水入口2通过水管连接蠕动泵14，所述蠕动泵14通过水管与合流器12连接；所述循环水出口19通过水管与分流器11连接，中间设置有盐度检测系统9；所述分离器11与若干水管连接，每根水管与一个反渗透膜10一端相连，反渗透膜10的尾部设置有导水管13，所述导水管为高分子软管，另一端与水管的一端相连，水管的另一端与合流器12相连；所述螺旋搅拌器3与动力系统4连接，由动力系统4提供动力。

本发明提供的脱盐设备，在动力系统4提供的动力下，螺旋搅拌装置3将互花米草碎在脱盐设备中搅拌均匀，充分与纯水接触，脱盐仓壁18内设电加热丝，以加热仓内物料，提高脱盐效率；高浓度盐水在蠕动泵14提供的压力下，经过多个反渗透膜10，渗透过孔径只有0.0001微米的反渗透膜10，大部分无机盐被渗透，通过导水管13汇合并排出装置，而纯化水经循环回到脱盐设备中，提高水的循环利用率，降低成本；整个过程人员的参与度低、操作简单，设备本身结构简单使成本、维护保养费用较低，同时，脱盐设备中水的含盐率较低，便于提高脱盐效率，脱盐率高，最终得到的脱盐的生产利用，而且对高盐水的再次进入设备回收也提供了便利，能耗降低、回收率高。

参见附图3，所述液位传感器6包括液位变送器61、导气电缆62、防波管63和电缆固定架64，所述液位变送器61通过导气电缆62与电缆15相连，所述液位变送器61和导气电缆62置于防波管63内，所述导气电缆62通过电缆固定架64固定。通过液位传感器6随时测定脱盐设备中的水位，自动控制器8控制二通阀7开关，及时补充纯水，以保证脱盐所需的水量。

作为较佳的实施例，所述反渗透膜10设置有3个以上。设置3个以上的反渗透膜10便于高效地将脱盐仓20流出的盐水中的盐离子脱除，既满足水中低盐离子的需求，又可以保证返回脱盐仓20的循环水的水量，降低纯水补给量，节约成本，提高生产效率。

作为较佳的实施例，所述螺旋搅拌器3为纵向螺旋搅拌器，所述螺旋搅拌器3的高度与循环水入口2的下端齐平。动力系统4开启后，螺旋搅拌器3随之转动，搅动脱盐仓20内物料转动。所述纵向的螺旋搅拌器3可以使得全部的物流充分搅拌，互花米草碎段可以充分与水接触脱盐，提高脱盐效率。

所述盐度检测系统9是含有盐度检测仪，检测水中氯离子的百分含量。所述盐度检测仪的量程为0.01-70％，分辨率为0.001，精度为±0.001％。该盐度检测系统检9测氯离子的百分含量检测准确，精度高，且能够实现实时监控，便于随时得出最优化的实验方案。

实施例1

原料来源：黄河口的互花米草立枯样品。

s1.植物样品预处理：

用清水清洗3遍互花米草枯枝，去除石砾和土壤等杂质,置于通风阴凉处自然风干；将风干的互花米草立枯样品用枝剪剪成长度小于0.5cm的小段备用。

s2.设置清水脱盐方法、料液比、脱盐温度和脱盐时间为实验因素，为每一个实验因素设置不同水平：所述清水脱盐方法包括振荡和不振荡2个水平，所述料液比设置为4个水平，分别是1g:15ml、1g:20ml、1g:25ml和1g:30ml；所述脱盐温度设置为5个水平，分别是20℃、30℃、40℃、50℃和60℃；所述脱盐时间设置为6个水平，分别是1、2、3、4、5和6h。

s3.脱盐实验方案设计：

选取清水脱盐方法、料液比和脱盐时间作为影响互花米草立枯含盐量的因素，为每一个实验因素设置不同水平，见表1。结合每一实验因素的水平，设计多组水平组合的实验条件进行脱盐实验，见表1，共设计三因素实验，共48个处理组合，具体见表1。

表1实验处理设置

注：清水浸泡脱盐即用去离子水浸泡植物样品，静置；振荡脱盐即用去离子水浸泡植物样品，同时振荡。

s4.脱盐实验：

(1)清水浸泡不振荡脱盐

称取1kg经过预处理的互花米草枯枝样品从投料口投入脱盐设备中，按设定的料液比加入去离子水，不开启动力系统，浸泡一定时间后，测定其盐度。

(2)清水浸泡振荡脱盐

称取1kg经过预处理的互花米草枯枝样品从投料口投入脱盐设备中，按设定的料液比加入去离子水，启动力系统，螺旋搅拌器搅拌，转速设置在300-500r/min，脱盐一定时间后，测定其盐度。

s5.最佳工艺参数筛选：

(1)根据含盐量的测定结果(图1)，不同料液比和不同脱盐方法在脱盐1h后均可使互花米草枯枝的含盐量降低至正常值范围(图1虚线所示)。因此，首先确定互花米草枯枝的脱盐时间为1h。

(2)对于清水浸泡脱盐方法，料液比为1g:15ml时，互花米草枯枝在脱盐1h后的含盐量接近正常值范围的上限，存在不能达到脱盐目标的风险；其他3个料液比水平下互花米草枯枝在脱盐1h后的含盐量均低于正常值上限；为降低成本，选用1g:20ml作为清水浸泡脱盐方法的最优料液比。

对于振荡脱盐，4个料液比水平下，互花米草枯枝在脱盐1h后的含盐量均低于正常值上限，因此1g:15ml被筛选为振荡脱盐方法的最优料液比。

(3)根据市场价格，去离子水的单价为1.5元/l，电费是0.4883元/度，料液比1g:20ml、清水浸泡脱盐1h(0.45元)和1g:15ml、振荡脱盐1h(0.78元)两种方案的成本差异在于：前者比后者多消耗(20ml-15ml)×10×6＝300ml去离子水，价格为0.45元；后者比前者多用电1h，数显恒温振荡器功率为1600w，消耗电费为0.78元。可见，第一种方案成本更低，因此料液比1g:20ml、清水浸泡脱盐1h是互花米草枯枝的最佳脱盐工艺。

实施例2

原料来源：黄河口的互花米草鲜样。

s1.植物样品预处理：

用清水清洗3遍互花米草鲜样，去除石砾和土壤等杂质，置于通风阴凉处自然风干；将风干的互花米草鲜枝用枝剪剪成长度小于0.5cm的小段备用。

s2.设置清水脱盐方法、料液比、脱盐温度和脱盐时间为实验因素，为每一个实验因素设置不同水平：所述清水脱盐方法包括振荡和不振荡2个水平，所述料液比设置为4个水平，分别是1g:15ml、1g:20ml、1g:25ml和1g:30ml；所述脱盐温度设置为5个水平，分别是20℃、30℃、40℃、50℃和60℃；所述脱盐时间设置为6个水平，分别是1、2、3、4、5和6h。

s3.脱盐实验方案设计：

选取脱盐方法、料液比和脱盐时间作为影响互花米草鲜枝含盐量的因素，为每一个实验因素设置不同水平，同见表1。结合每一实验因素的水平，设计多组水平组合的实验条件进行脱盐实验。

s4.脱盐实验

(1)清水浸泡不振荡脱盐

称取1kg经过预处理的互花米草鲜样从投料口投入脱盐设备中，按设定的料液比加入去离子水，不开启动力系统，浸泡一定时间后，测定其盐度。

(2)清水浸泡振荡脱盐

称取1kg经过预处理的互花米草鲜样从投料口投入脱盐设备中，按设定的料液比加入去离子水，启动力系统，螺旋搅拌器搅拌，转速设置在300-500r/min，脱盐一定时间后，测定其盐度。

s5.最佳工艺参数筛选：

(1)根据含盐量的测定结果(图2)，料液比为1g:15ml和1g:20ml时，互花米草鲜样的含盐量不能降至正常值范围或接近正常值范围上限，因此不适用于互花米草鲜样脱盐。料液比为1g:25ml和1g:30ml时，脱盐3h之后，互花米草鲜枝的含盐量可降至正常值范围，是互花米草鲜枝脱盐的备选料液比参数。

(2)对比料液比为1g:25ml和1g:30ml时不同脱盐方法的脱盐效率(图3)，发现清水浸泡的脱盐效率高于振荡脱盐的效率，因此清水浸泡脱盐被筛选为最优脱盐方法。

(3)对比清水浸泡脱盐时不同料液比的脱盐效率(图4)，发现料液比1g:25ml的脱盐效率最高，因此1g:25ml被筛选为最优料液比参数。

(4)料液比为1g:25ml、清水浸泡脱盐3h之后，互花米草鲜枝的含盐量均降至正常值范围，为降低时间成本，3h被筛选为最优脱盐时间。

因此，互花米草鲜枝的最佳脱盐工艺是料液比1g:25ml、清水浸泡脱盐3h。

与现有技术相比，本发明提供的脱盐设备及其脱盐优化方法不仅操作简单、成本低、脱盐率高并且脱盐处理后的盐水回收率高。

本发明的互花米草资源化利用的脱盐优化方法，合理设置实验条件，完成了对盐生植物脱盐工艺参数的综合考量，揭示了脱盐方法、脱盐时间和料液比三个实验因素对互花米草含盐量的影响，有效实现了脱盐工艺参数的优化，降低了互花米草脱盐的成本，提升了脱盐效率，同时对降低资源化利用过程中互花米草资源化利用过程中体内多余盐分造成的二次污染具有重要意义。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

相关知识

一种互花米草生物发酵制备草食家畜饲料的方法与流程
一种互花米草除控剂和治理互花米草的方法及应用与流程
互花米草的治理方法及应用与流程
一种运用生境修复生态演替措施治理互花米草的方法与流程
一种评估互花米草适生区域的方法
一种基于互花米草治理河道污染的生态方法与流程
一种互花米草防控剂及其使用方法与流程
一种生物替代控制外来种互花米草的方法
关于上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区互花米草生态控制与鸟类栖息地优化工程竣工验收的批复
一种防治互花米草的化学方法.pdf

网址: 一种互花米草的脱盐优化方法及设备与流程 https://www.huajiangbk.com/newsview1055056.html