Экстракционный метод широко применяется для очистки сточных вод от органических примесей. Использование метода экстракции экономически целесообразно при значительных концентрациях извлекаемых веществ или их высокой товарной ценности, а также при обработке высокотоксичных сточных вод, когда не приемлемы либо не осуществимы другие известные методы.
При экстракции происходит извлечение из сточных вод растворенных в ней веществ с переходом их в другую несмешивающуюся с водой жидкость — экстрагент.
Исходные сточные воды и экстрагент приводят в тесный контакт. В результате взаимодействия фаз получают экстракт (раствор извлеченных веществ в экстрагенте) и рафинат (остаточный водный раствор), из которого в той или иной степени полноты удалены экстрагируемые компоненты. Полученную смесь экстракта с рафинатом отделяют друг от друга отстаиванием, иногда центрифугированием. После разделения извлекают целевые продукты из экстракта и регенерируют экстрагент из рафината.
Экстрагент должен обладать следующими свойствами: иметь хорошую экстрагирующую способность по отношению к извлекаемому веществу, т. е. высокий коэффициент распределения; обладать определенной селективностью — способностью экстрагировать из сложной водной системы одно вещество или группу; отличаться малой растворимостью в воде; заметно отличаться плотностью от плотности воды, что обеспечивает быстрое и полное разделение фаз; иметь температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества, что обеспечивает легкость их разделения; не взаимодействовать с экстрагируемым веществом, материалом аппаратуры и подвергаться заметному гидролизу; иметь небольшую теплоту испарения и малую теплоемкость, что позволяет снижать расходы пара и охлаждающей воды; иметь возможно меньшую огнеопасность, взрывоопасность и токсичность; иметь низкую стоимость.
При очистке сточных вод в качестве экстрагентов обычно применяют органические растворители (бензол, четыреххлористый углерод, бутилацетат и др.).
Извлекаемое при экстракции вещество распределяется между экстрагентом и водой таким образом, что устанавливается динамическое равновесие, характеризуемое коэффициентом распределения:
Эффективность процесса экстракции зависит от следующих факторов: величины поверхности взаимодействия между фазами, градиента концентрации извлекаемого вещества, скорости взаимного перемещения фаз, продолжительности контакта. Чем выше эти показатели, тем больше возрастают скорость процесса и полнота очистки.
Экстракция может осуществляться в одну или несколько ступеней. При одноступенчатой (однократной) экстракции исходный раствор и экстрагент перемешивают в смесителе, после чего смесь передают в сепаратор-отстойник, где происходит разделение с образованием двух слоев — экстракта и рафината. Затем экстракт направляют на регенерацию.
При таком однократном взаимодействии при длительном времени контактирования могут быть получены близкие к равновесным составы экстракта и рафината. Степень извлечения вещества при однократной экстракции является низкой.
В практике очистки сточных вод наиболее часто применяется многоступенчатая противоточная экстракция (рис. 18.1).
Исходные сточные воды и экстрагент поступают с противоположных сторон. Конечный экстракт удаляется из первой ступени установки, а очищенные сточные воды (рафинат) из последней ступени. При этом на последней ступени сточные воды, наиболее обедненные удаляемым компонентом, взаимодействуют со свежим экстрагентом, а на первой ступени исходные сточные воды — с близким к насыщению удаляемым компонентом (экстрактом). Благодаря этому достигается высокая средняя движущая сила процесса и более полная очистка сточных вод.
Число ступеней экстракции, необходимое для достижения заданной степени очистки, определяют обычно графически, построением рабочей линии экстракции и кривой равновесия; графики строят на основании опытных или литературных данных. ]методика построения графиков приводится в специальной литературе.
Лихачев Н.И., Ларин И.И., Самохин С.А. «Канализация населенных мест и промышленных предприятий», 1981
