5 Экстракционные методы очистки сточных вод

Жидкостная экстракция – один из методов извлечения из сточных вод органических примесей. Экстракционные методы используют при извлечении фенолов, жирных кислот из отработанных растворов и сточных вод, содержащих значительные количества примесей, обычно кг/м³. В качестве экстрагентов применяют органические растворители, имеющие очень малую растворимость в воде.

Вещества, извлекаемые из сточной воды при экстракции, распределяются между экстрагентом и водой до достижения равновесных концентраций. Состояние равновесия характеризуется коэффициентом распределения:

, (5.1)

где С_э и С_в – концентрации распределяемого компонента в фазах экстрагента и воды соответственно.

Коэффициент распределения характеризует экстрагирующую способность экстрагента (растворителя) и определяет его относительный расход, необходимый для достижения поставленных целей очистки. Равновесное распределение органических примесей между фазами зависит от температуры, степени ионизации веществ, рН растворов, от типа распределяемого вещества и органического растворителя. Зависимость между равновесными концентрациями распределяемого вещества в органической и водной фазах называют изотермой экстракции. В общем виде эмпирические зависимости описываются уравнением распределения Шилова:

, (5.2)

где а и n – эмпирические коэффициенты; n – показатель, определяющий кривизну изотермы.

Величина а равна коэффициенту распределения при С_в = 1 кг/м³ или при n = 1. Эмпирические коэффициенты уравнения (5.2) для некоторых экстракционных систем приведены ниже:

Вода	Распределяемый компонент	Растворитель (экстрагент)	Значения
			а	n
	Фенол	Этилацетат	55	0,93
	Фенол	Бензол	2,34	1,02
	Масляная кислота	Бензол	0,442	1,45
	Уксусная кислота	Гексан	0,009	1,45

Приведенные данные показывают, что фенол лучше экстрагируется этилацетатом, чем бензолом. С повышением концентрации фенола в водной фазе коэффициент распределения понижается в случае применения этилацетата и повышается в случае использования бензола. Низкомолекулярные жирные кислоты извлекаются из водных фаз бензолом значительно хуже, чем фенолы, на что указывает сравнение величин коэффициента а.

Д

Рис. 5.1. Изотермы экстракции фенола в системе вода– фенол–н-бутилацетат (1) и экстракции смеси веществ (2)

ля определения разделительной способности при экстракции чистых веществ используют изотермы экстракции индивидуальных веществ (рис. 5.1). При извлечении смеси веществ вследствие различных значений коэффициентов распределения их, разной зависимости от концентрации компонента вид изотерм может существенно отличаться от изотерм экстракции одного компонента. На рис. 5.1 приведены изотермы экстракции фенола н-бутилацетатом (кривая 1) и смеси веществ (кривая 2). Сильно вогнутый участок изотермы (2) соответствует извлечению трудно экстрагируемых веществ с низкими коэффициентами распределения. В дальнейшем изотерма близка к прямой линии, что соответствует преимущественному извлечению веществ, обладающих высокими коэффициентами распределения.

Изменение температуры экстракции оказывает существенное влияние на распределение веществ. Форма изотерм экстракции, в основном, сохраняется, но величины коэффициентов разделения уменьшаются. Коэффициент распределения (K_t), соответствующий более высокой температуре (t) по сравнению с начальной температурой (t_н) можно оценить, используя температурный градиент:

, (5.3)

где – температурный градиент (изменение коэффициента распределения при изменении температуры на один градус), который вычисляется по формуле , где а – константа; – равновесная концентрация компонента в водной фазе.