6.8. Экстракция
Экстракция
Экстракционный метод очистки сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей. Эффективность этого метода определяется разностью растворимостей
извлекаемого вещества в воде и жидком органическом реагенте, называемом экстрагентом. Отношение взаимно
уравновешиващихся концентраций в этих жидкостях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения
kp Cэ Const,
Сст
где, Сэ, Сст - концентрации экстрагируемого вещества соответственно в экстрагенте и сточной воде при установившемся равновесии, кг/м3.
Величина коэффициента распределения зависит от температуры, при которой осуществляется экстракция, а также от наличия различных примесей в сточной воде и экстрагенте.
При достижении равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в очищаемой воде. Это сконцентрированное вещество отделяется от экстрагента и может быть утилизировано. Восстановленный (регенерированный) экстрагент снова используется в процессе очистки воды.
Экстракцию экономически целесообразно использовать для обработки высококонцентрированных стоков (концентрация загрязняющего вещества 2 г/л и более); при высокой стоимости извлекаемых веществ, или если эти вещества представляют техническую ценность.
Вещество, используемое в качестве экстрагента, должно обладать следующими свойствами:
•хорошей экстрагирующей способностью по отношению к извлекаемому веществу, т.е. высоким коэффициентом распределения;
•селективностью, т.е. способностью извлекать из воды одно вещество или определенную группу веществ;
•малой растворимостью в воде;
•плотностью, существенно отличающейся от плотности воды;
•температурой кипения, значительно отличающейся от температуры кипения экстрагируемого вещества;
•небольшой удельной теплотой испарения и малой теплоемкостью (с целью обеспечения малых расходов пара и охлаждающей воды);
•возможно меньшими огне- и взрывоопасностью, а также низкой токсичностью;
•низкой стоимостью;
•малой способностью к гидролизу;
•низкой способностью к химическому взаимодействию с экстрагируемым веществом;
•низкой коррозионной активностью.
При экстракционной обработке сточной воды используют перекрестноточные, ступенчато-противоточные и непрерывно- противоточные технологические схемы (прямоточные схемы не применяются).
При перекрестноточной схеме сточная вода на каждой ступени обработки контактирует со свежим экстрагентом, что требует значительных расходов реагента. Поэтому наибольшее практическое применение нашли ступенчато- противоточная и непрерывно-противоточная схемы.
Перекрестноточная схема экстракции
1 - трубопровод подачи сточной воды; 2 – экстракционные установки; 3 - трубопровод подачи чистого экстрагента; 4 - трубопровод отвода обработанной сточной воды; 5 - трубопровод отвода отработанного экстрагента (экстракта)
При ступенчато-противоточной экстракции каждая ступень включает в себя перемешивающее устройство для смешения фаз и гравитационные (отстойники) или центробежные (гидроциклоны, сепараторы) разделители для выделения из смеси экстрагента. Вода и экстрагент движутся навстречу друг другу. При этом использованный на последующей ступени экстрагент (экстракт) смешивается со сточной водой предыдущей ступени. Смесители, применяемые в экстракционных установках, должны обеспечивать максимальную степень диспергирования экстрагента в воде, но при этом, исключающую возможность образования стойких эмульсий.
Ступенчато-противоточная схема экстракции
1 - трубопровод подачи сточной воды; 2 - экстракционные установки; 3 - трубопровод подачи чистого экстрагента; 4 - трубопровод отвода обработанной сточной воды; 5 - разделители; 6 - трубопровод отвода отработанного экстрагента (экстракта)
Конечная концентрация экстрагируемого
вещества
Cк |
Сн |
, |
1 bkp n |
Ск и Сн - конечная и начальная концентрации экстрагируемого
вещества в сточной воде, кг/м3; n - число экстракций (ступеней экстракции); b - удельный расход экстрагента для одной экстракции, м3/м3: V
b nQ ,
V - общий объем экстрагента, затрачиваемого на экстракцию, м3; Q - количество сточных вод, подвергающихся экстракции, м3.
Ступенчато-противоточная экстракция может быть непрерывной и периодической (при малых расходах сточных вод).
При непрерывно-противоточной экстракции вода и экстрагент движутся навстречу друг другу в одном аппарате, обеспечивающем диспергирование реагента в воде. При этом непрерывно осуществляется процесс экстракции.
Если плотность обрабатываемой виды больше плотности экстрагента, то вода вводится в экстракционную колонну сверху, а реагент - снизу. При плотности экстрагента большей плотности воды экстрагент вводится в верхнюю часть колонны, а сточная вода - в нижнюю.