6.Екстракція

Рідинну екстракцію використовують для очистки стічних вод, які містять феноли, масла, органічні кислоти, іони металів тощо. Ви­гідність використання екстракції для очистки стічних вод визначається концентрацією органічних домішок у них. Екстракція може бути еко­номічно вигідним процесом, якщо вартість добувних речовин ком­пенсує всі витрати на його проведення. Для кожної речовини існує концентрована межа рентабельності добування її із стічних вод. В загальному випадку для більшості речовин можна вважати, що при концентрації більше 3-4 г/л їх доцільніше виводити екстракцією, ніж адсорбцією. При концентрації менше 1 г/л екстракцію слід засто­совувати тільки в особливих випадках [27].

Очистка стічних вод екстракцією складається із трьох стадій. Перша стадія - інтенсивне змішування стічних вод з екстрагентом (органічним розчинником). В умовах розвиненої поверхні контакту між рідинами утворюються дві рідинні фази.

Перша фаза - екстракт містить речовину, яку видобувають, і екстра­гент, друга - рафінад - стічну воду і екстрагент.

Друга стадія - розділення екстракту і рафінаду.

Третя стадія - регенерація екстрагенту із екстракту і рафінаду.

Щоб звести вміст розчинених добавок до концентрації, нижчої за гранично допустимі норми, необхідно правильно вибрати екстрагент і швидкість його подачі в стічну воду. При виборі розчинника слід враховувати його селективність, фізико-хімічні якості, вартість і мож­ливість способу регенерації.

Екстрагент повинен відповідати наступним вимогам:

• розчиняти речовину, яку добувають, значно краще, ніж воду, тобто мати високий коефіцієнт розчинності;

• володіти великою селективністю розчинення. Чим менше він буде розчиняти компонентів, які повинні залишитися в стічній воді, тим повніше будуть видобуватися речовини, які необхідно видалити;

• мати по можливості найбільшу розчинну здатність по відношен­ню до видобувного компонента. Чим вона вища, тим менше по­трібно екстрагенту, тобто тим нижчі будуть витрати на очистку;

• мати низьку розчинність у стічній воді та не утворювати стійких емульсій, оскільки в протилежному випадку знижується про­дуктивність установки, важко відбувається розділення екстракту і рафінаду, збільшується час цього процесу, а також зростають витрати розчинника;

• значно відрізнятися за щільністю від стічної води (зазвичай вона менша), оскільки тільки достатня різниця щільності забезпечує швидке та повне розділення фаз;

• мати великий коефіцієнт дифузії. Чим він більший, тим більша швидкість масообміну, тобто швидкість процесу екстракції;

• проводити регенерацію простим і дешевим способом;

• мати температуру кипіння, значно вищу за температуру речовини, яка екстрагує (для забезпечення легкості поділу);

• мати невелику питому теплоту випаровування та невелику тепло­ємність;

• не взаємодіяти з речовиною, яка видобувається, позаяк це може зашкодити регенерації екстрагенту та збільшити його витрати;

• по можливості не бути шкідливим, вибухо- та вогненебезпечним і не викликати корозії матеріалу апаратів, мати невелику вартість.

Екстрагент повинен рівномірно розподілятися в об’ємі стічної води. Швидкість подачі екстрагенту в стічну воду повинна бути мінімаль­ною. Вона залежить від ступеня очистки і коефіцієнта розподілу, який виражається відношенням розчинної речовини в екстрагенті і воді. Цей вираз є законом рівномірного розподілу та характеризує динамічну рівновагу між концентраціями речовини, яка екстрагує, у екстрагенті і температурі. Це співвідношення справедливе, якщо екстрагент зовсім нерозчинений в стічній воді. Однак екстрагент частково розчинений в стічній воді, тому коефіцієнт розподілу буде залежати не тільки від температури, але і від концентрації речовини, яку видобувають у рафінаді, тобто буде величиною змінною.

При вмісті в стічній воді декількох домішок вигідно видобувати екстракцією спочатку один із компонентів - найбільш цінний або токсичний, а потім, якщо це необхідно, інший. При цьому для кожного компонента може застосовуватися інший екстрагент. При необхідності одночасної екстракції декількох речовин із стічної води екстрагент не повинен володіти селективністю видобування, а мати близькі та до­статньо високі коефіцієнти розподілу для всіх речовин, які видобуваються. Проведення такого процесу очистки ускладнює вибір екстра­генту та його регенерацію.

Видобування екстрагенту із екстракту пов’язане з тим, що його необхідно знову повернути в процес екстракції. Регенерація може бути проведена з використанням повторної екстракції - з іншим розчин­ником, а також випаровуванням, дистиляцією, хімічною взаємодією або осадженням. Не проводити регенерацію екстрагенту можна тоді, коли немає необхідності повертати його в цикл. Наприклад, після видобутку якої-небудь речовини можна використати екстракт для технологічних цілей або як паливо. В останньому випадку екстрагуючі речовини при спалюванні руйнуються. Це доцільно робити, коли вони не становлять великої цінності.

Оскільки зовсім нерозчинних у воді рідин немає, то в процесі екст­ракції частина екстрагенту розчиняється в стічній воді, стає новим забруднювачем її, тому необхідно видаляти екстрагент із рафінаду. Це також необхідно проводити з метою скорочення витрат розчинника.

Втрата розчинника з рафінадом допустима лише за умови його розчинності у воді не більше ГДК, але тільки при його дуже низькій вартості. Найбільш розповсюдженим способом видобування розчин­ника з рафінаду є адсорбція, або підгонка парою (газом).

З цією метою вигідно використовувати відпрацьовану пару або відпрацьовані димові гази.

Для очистки стічних вод найчастіше застосовують процеси про- типлинної багатоступеневої екстракції та безперервної протиплинної екстракції.

Видобування металів із водяної в органічну фазу проводять трьома способами:

1. катіонообмінною екстракцією, тобто обміном екстрагуючого катіону металу на катіон екстрагенту;

2. аніонообмінною екстракцією, тобто обміном металовмісного у воді аніону на аніон екстрагенту;

3. координаційною екстракцією, при якій екстрагуюче з’єднання утворюється в результаті координації молекули або іона екстрагенту безпосередньо з атомом (іоном) металу, який екстрагує.