Розділ 3. Очищення природних та стічних вод способом екстракції
Екстракція — це процес вилучення зі стічних вод корисних речовин за допомогою екстрагентів з такими властивостям: високою екстрагувальною, селективною здатністю; незначною розчинністю у воді; густиною, відмінною від густини води; незначним питомим теплом випаровування; невеликою теплоємністю; вибухобезпечністю та нетоксичністю; невеликою вартістю.
Екстрагування речовин зі стічних вод може здійснюватися за такими методами: перехреснопотоковим, ступінчасто-протитічним і безперервно-протитічним. Кількість екстрагента, необхідного для екстракції, визначають за формулою :
де me — питома витрата екстрагента для однієї екстракції, кг/м8;
n — число екстракцій;
Vст — об'єм стічних вод, що підлягає екстракції, м3.
Рідинна екстракція застосовується при виробництві деревостружкових, деревоволокнистих плит і клеєної фанери, для очищення стічних вод від фенолів, масел, органічних кислот, іонів металів та ін. Доцільність використання екстракції для очищення стічних вод визначається концентрацією у них органічних домішок. Екстракція може бути економічно вигідною, якщо вартість вилучених речовин компенсує всі затрати на її проведення. Для кожної речовини існує концентраційна межа рентабельності її вилучення із стічних вод. Загалом можна вважати, що більшість речовин при концентрації вище 3—4 г/л доцільніше вилучати екстракцією, ніж адсорбцією. При концентрації менше 1 г/л екстракцію слід застосовувати в особливих випадках.
Очищення стічних вод екстракцією складається із трьох етапів:
Перший етап — інтенсивне змішування стічної води з екстрагентом (органічним розчинником). В умовах розвинутої поверхні контакту між рідинами утворюються дві рідкі фази. Одна фаза — екстракт — містить вилучену речовину та екстрагент, друга — рафінат — стічну воду та екстрагент.
Другий етап — розділення екстракту та рафінату;
Третій — регенерація екстрагента із екстракту і рафінату.
Щоб знизити вміст розчинених домішок до концентрацій, нижче від гранично допустимих, необхідно правильно вибрати екстрагент і швидкість його подавання у стічну воду.
На рис. 5.15 наведена схема багатоступеневої протитічної екстракційної установки. Ця установка має вигляд батареї змішувачів і відстійників. На кожному ступені застосовується змішувач води з екстрагентом і відстійник.
Рис. 5.15. Схема багатоступеневої екстракційної установки: 1—3 змішувачі; Г—3' — відстійники
Установка працює таким чином. Свіжий екстрагент і стічна вода надходять з протилежних сторін. На першому ступені стічна вода з незначним вмістом домішок перемішується із свіжим екстрагентом, а на останньому ступені стічна вода, що виходить, змішується з екстрагентом, який уже містить значну кількість вилученої речовини. Такий рух потоків сприяє значній рушійній силі процесу екстракції та ефективному очищенню стічних вод.
При очищенні стічних вод як екстрагенти застосовують: хлороформ, чотирихлористий вуглець, диізопропіловий і дибутиловий ефіри, бутилацетат, бензол, толуол та ін. Технологія очищення стічних вод складається з таких послідовних стадій: змішування стічної води з екстрагентом, максимально можливого виділення екстрагенту після розчинення органічних сполук, видалення екстрагенту та його регенерації.
Для змішування екстрагенту з водою у промислових умовах використовують метод протитечійної екстракції, при якому екстрагент і вода рухаються назустріч один одному. При цьому стічні води, як більш легка фаза, рухаються знизу вгору, а екстрагент - зверху вниз. Екстрагент розподіляється по об’єму екстракційної колони (рис. 1) за допомогою насадок, тарілок або механічним перемішуванням.
Для рівномірного розподілення екстрагенту по об’єму екстракційної колони її внутрішній простір заповнюють насадками. Екстрагент подають у верхню частину колони. З метою інтенсифікації очищення, екстрагент подають у декількох точках через інжектори, які розпилюють його на дрібні краплі. Швидкість руху стічних вод у колоні має бути на 15 - 20 % менше критичної, при якій екстрагент виноситься стічними водами з колони.
Для екстракції можна застосовувати колони з перфорованими сітчастими насадками, колони з рухомими сітчастими насадками, відцентрові екстрактори і екстрактори змішувально-відстійного типу. Найчастіше екстракцію застосовують для очищення стічних вод від фенолів (екстрагент - бензол).
Рис.1