5. Экстракция

Применительно к очистке СВ, экстракция это процесс извлечения одного или нескольких растворённых компонентов из сточной воды с помощью вторичного растворителя – экстрагента, который хорошо растворяет содержащиеся в воде растворённые загрязнения и не растворяет или плохо растворяет воду. При экстракции сточную воду смешивают с экстрагентом, полученную смесь разделяют отстаиванием в результате чего получается экстракт (смесь экстрагента и извлечённого компонента, с небольшим содержанием воды) и рафинат (очищенная вода). Извлекаемый компонент выделяется из экстракта простой перегонкой, ректификацией или другими способами. Растворившийся в воде экстрагент отгоняют отработанным водяным паром или дымовыми газами. Допустимы потери растворителя со сточной водой лишь при условии его растворимости в воде не выше ПДК и низкой стоимости.

Экстракцию применяют для очистки СВ содержащих фенолы, органические кислоты, масла и др. экономически целесообразно применять экстракцию при высоком содержании органических примесей или при их высокой стоимости. Для большинства веществ применение экстракции рационально при концентрации извлекаемого вещества 2 г/л и более. Степень очистки экстракцией составляет 90 – 95%.

При выборе экстрагента следует учитывать его селективность, физико-химические свойства, стоимость и возможные способы регенерации. Т.е. экстрагент должен обладать следующими свойствами: растворять извлекаемые компоненты, значительно лучше чем вода, не растворять воду; значительно отличаться по плотности от воды; иметь температуру кипения значительно отличающуюся от экстрагируемого компонента; иметь небольшую удельную теплоту испарения и малую теплоёмкость (это позволит сократить затраты пара и воды при разделении экстракта); по возможности не быть вредным, взрыво- и огнеопасным; не вызывать коррозию металла и иметь небольшую стоимость. Наибольшее применение при очистки СВ нашли бензол, толуол, хлороформ, бутилацетат, диэтиловый эфир.

Важнейшей характеристикой экстрагентов является коэффициент распределения: отношение равновесной концентрации извлекаемого вещества в экстракте и очищенной воде: К = у/х. Чем выше К, тем лучше экстрагент. Для наиболее распространённых экстрагентов он колеблется от 1 до 150.

Очистку сточных вод осуществляют по перекрёстной или противоточной схеме при ступенчатом контакте фаз и противотоком при непрерывном контакте фаз. Соответственно аппараты (экстракторы) делятся на ступенчатые и дифференциально-контактные. По принципу организации процесса экстракторы делятся на периодически действующие и непрерывно действующие. При очистке сточных вод применяют непрерывно действующие экстракторы, к которым приближаются дифференциально-контактные.

Дифференциально-контактные экстракторы делятся на две группы: гравитационные (без подвода внешней энергии) и механические (с подводом энергии). В гравитационных экстракторах движение фаз происходит за счёт разности их плотностей. К ним относятся распылительные, насадочные и тарельчатые колонны. В гравитационных экстракторах трудно обеспечить диспергирование одной жидкости в другой, что необходимо для создания значительной поверхности контакта фаз. Они мало пригодны для работы с большими соотношениями расхода фаз, что наблюдается при очистке СВ. Более эффективны экстракторы с подводом внешней энергии, например роторно-дисковый экстрактор. В этом экстракторе внутри корпуса неподвижно укреплены кольцевые перегородки, делящие колонну на ряд секций одинакового объёма. По оси колонны на валу расположены вращающиеся плоские диски. Чередующиеся кольца и диски препятствуют продольному перемешиванию. В верхней и нижней части колонны расположены отстойные зоны. СВ поступает в верхнюю часть колонны, экстрагент в нижнюю. Экстракт отводится из верхней отстойной зоны, очищенная вода из нижней. Роторно-дисковые экстракторы отличаются малой чувствительностью к твёрдым взвешенным примесям, что особенно важно при очистке СВ.

В пульсационных экстракторах подвод внешней энергии обеспечивается путём сообщения жидкости возвратно-поступательных движений (пульсаций) которые производятся с помощью насосов (мембранных и пневматических).