2.7.4.3 Экстракция

Метод применяется для удаления из стоков примесей, представляю-щих техническую ценность (фенолы, жирные кислоты), основан на распре-делении примеси в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента) соответственно коэффициенту экстракции (распреде-ления) К_э = С_э/С_в, где С_э и С_в – концентрации примеси в экстрагенте и в воде при установившемся равновесии. Так, для бутилацетата, который ши-роко используется для удаления из стоков фенола, коэффициент экстрак-ции составляет 8...12. Экстрагент должен иметь следующие свойства: высокий К_э; селективность – способность экстрагировать из стоков одно вещество или определённую их группу; малую растворимость в воде; плотность, отличающуюся от плотности воды; нетоксичность; низкую стоимость и др.

Конечная концентрация С_в экстрагируемого вещества в стоках определяется из соотношения:

,

где С_о – начальная концентрация вещества в стоках, кг/м³; n – число экстракций, В – удельный расход экстрагента для одной экстракции, м³/м³, равный

,

где W – общий объём экстрагента, затрачиваемого на экстракцию, м³; Q – объём стоков, подвергающихся экстракции, м³.

Регенерация экстрагента из сточных вод и из экстракта (раствор примеси, удаляемой из стоков, в экстрагенте) осуществляется водяным паром.

2.7.4.4 Ионный обмен

Метод (гетерогенный ионный обмен или ионообменная сорбция) основан на процессе обмена между ионами, находящимися в растворе (в сточных водах), и ионами, присутствующими на поверхности твёрдой фазы – ионита. Молекулярная структура ионита содержит матрицу – молекулу нерастворимого органического вещества – и введенную в матрицу функциональную группу, способную обмениваться ионами с очи-щаемым раствором. Наиболее распространены синтетические орга-нические иониты – ионообменные смолы. Иониты разделяются на катиониты и аниониты.

Катиониты – материалы, способные обмениваться катионами, то есть положительными ионами. Их функциональные группы, например, SO₃H – сульфогруппа, СООН – карбоксильная группа. При контакте с водой функциональная группа диссоциирует с отщеплением иона водо-рода. Последний легко может быть вытеснен другим положительным ионом, который, положим, необходимо удалить из сточной воды. Реакция ионного обмена может быть записана в виде:

,

.

Здесь R обозначает комплекс катионитной матрицы и катионитной функциональной группы без обменного иона (одновалентного), R₁ – новый комплекс, образовавшийся в результате объединения двух комплексов R двухвалентным ионом кальция.

Значит, подобный ионообменный фильтр поглощает из раствора ионы Na⁺, Ca²⁺ и т.д., а раствору передаёт ионы водорода.

Аниониты – материалы, способные обмениваться с раствором анионами, то есть отрицательными ионами. По аналогии с катионитами, структура анионита может быть обозначена как ROH, где R – комплекс анионитной матрицы и анионитной функциональной группы.

Примеры реакций обмена:

,

.

Регенерация катионов производится слабыми растворами кислот, например, 1,0…1,5 %-ным раствором серной кислоты:

,

.

Регенерация анионитных фильтров производится обычно 4%-ным раствором NaOH.

Ионный обмен производится в ионообменных фильтрах, которые в общих конструктивных чертах подобны механическим зернистым насыпным фильтрам. При пропускании сточной воды (прошедшей предочистку) через ионообменный фильтр частицы (зёрна) ионитного фильтроматериала расходуют свой ионообменный ресурс, и фронт насыщения ионами, удаляемыми из сточной воды, постепенно перемещается от входа фильтра к его выходу. При «крутом» фронте насыщения имеет место наиболее полное использование ионитного фильтроматериала. При подходе фронта насыщения к выходу насыпного ионообменного фильтра подача сточной воды прекращается, чтобы не допустить проскока через насыщенный фильтр ионов, удаляемых из сточной воды. Насыщенный фильтр подлежит регенерации, а очищаемые сточные воды пропускаются через свежий ионообменный фильтр.