20. Экстракционная очистка сточных вод

При относительно высоком содержании в производственных сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным методом очистки является экстракция органическими растворителями – экстрагентами. Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей, соответственно его растворимости в них. Метод экстракционной очистки экономически целесообразен при значительной концентрации органических примесей или при высокой стоимости извлекаемого вещества. Для большинства продуктов применение экстракции рационально при концентрации их 2 г/л и более. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или слабосмешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения.

k_р = С_э /С_ст  const , (4.31)

где C_э , С_ст – концентрация экстрагируемого вещества соответственно в экстрагенте и сточной воде при установившемся равновесии, кг/м³.

В качестве экстрагента применяют: бутилацетат, толуол, бензол, хлороформ, ацетон, амиловый спирт, трибутилфтолат.

Экстракцию проводят:

• в смесителях трубчатых (инжекторных, диафрагменных и трубчатых);

• в динамических насосах;

• в аппаратах с турбинной мешалкой.

Эмульсия, получаемая в аппаратах экстракции, поступает на разделение в гравитационные отстойники. Она может быть успешно разделена на отстойных центрифугах; в массообменных колоннах (распылительных, налодочных, с сетчатыми тарелками, пульсационных и вибрационных, дисково-роторных аппаратах, в отстойных частях которых происходит разделение эмульсии на экстракт и рафинат); в центробежных экстракторах; в ящичных и смесительно-отстойных экстракторах.

Проводят их в одноступенчатых и многоступенчатых установках смесительно-отстойных экстракторов.

Рис. 4.17. Инжекторный (а), диафрагменный (б) и трубчатый (в) смесители.

Если плотность обрабатываемой сточной воды в колонных аппаратах больше плотности экстрагента _ст  _э, то вода вводится в экстракционную колонну сверху, а экстрагент – снизу (рис. 4.21, а). При _ст  _э экстрагент вводится в верхнюю часть колонны, а обрабатываемая сточная вода в нижнюю (рис. 4.21, б).

Рис. 4.21. Схемы процесса непрерывной экстракции: 1, 2 – подача соответственно экстрагента и сточной воды; 3, 4 – отвод соответственно отработанного экстрагента и обработанной сточной воды.

21. Адсорбционная очистка сточных вод

Адсорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом. Поглощающее тело называется адсорбентом, а поглощаемое – адсорбатом.

Адсорбционная очистка может применяться как метод предварительной очистки, так и доочистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции многокомпонентных смесей. Адсорбционный метод очистки сточных вод является эффективным методом.

Адсорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов, как правило, этот метод не применим.

В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф и др. Наиболее эффективным адсорбентом являются активированные угли.

Процесс адсорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы адсорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно адсорбента (фильтры с неподвижной загрузкой, аппараты с псевдожиженным слоем).

В зависимости от дисперсного состава адсорбента принципиальные конструкции адсорберов можно подразделить на следующие типы:

I – адсорбер с неподвижной или движущейся загрузкой, через которую водный поток фильтруется или нисходящим потоком со скоростью до 20 м/ч, или восходящим – со скоростью до 12 м/ч, применяется для фракции 0,8-5 мм;

II – адсорбер с псевдожиженной загрузкой при восходящем потоке воды со скоростью 10-40 м/ч, применяется для фракций 0,25-2,5 мм;

III – адсорберы-смесители применяются для фракций 0,05-0,5 мм;

Адсорберы I типа (марки ФСУ) могут применяться для очистки любых объемов сточных вод самого широкого спектра концентраций и химического строения извлекаемых примесей (рис. 4.23). Однако концентрация взвешенных веществ должна быть не более 5 мг/л.

Рис. 4.23. Схема насыпного сорбционного фильтра (типа ФСУ): 1 – вход обрабатываемой воды (конденсата); 2 – выход обрабатываемой воды (конденсата); 3 – подача промывочной-взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 5 – спуск первого фильтрата и опорожнение фильтрата; 6, 7 – штуцера для гидрозагрузки и гидровыгрузки активированного угля; 8 – воздушник; А – корпус; Б – активированный уголь; В – нижнее днище; Г – нижний дренаж (копирующий); Е – лаз; ВРП – верхнее распределительное устройство.

Адсорберы II типа (рис. 4.24) наиболее целесообразно применять для очистки небольших объемов сточных вод с хорошо сорбируемыми загрязнениями. В них содержание взвешенных частиц должно быть не более 1,0 г/л, гидравлическая крупность не более 0,3 мм/с.

Рис. 4.24. Адсорберы с псевдоожиженным слоем: а – цилиндрический одноярусный: 1 – колонна; 2 – воронка; 3 – труба; 4 – решетка; 5 – сборник; б – одноярусный с выносным смесителем: 1 – смеситель; 2 – насос; 3 – колонна; 4 – сборник.

1. В настоящее время в основном применяются цилиндрические одноярусные адсорберы (рис. 4.24, а). Одноярусный цилиндрический аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 1,5-2 раза больший диаметра основной колонны.