Очистка сточных вод методом экстракции
В производстве образуются различные категории сточных вод. Сточная вода - это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию. В зависимости от условий образования сточные воды делятся на бытовые, или хозяйственно-фекальные (БСВ), атмосферные (АСВ) и промышленные (ПСВ).
Жидкостную экстракцию применяют при относительно высоком содержании в сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (фенолы, органические кислоты, масла).
Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на растворении находящегося в сточной воде загрязнителя органическими растворителями - экстрагентами, т. е. на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или слабо смешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения:
(1)
Где Сэ, Сст - концентрация экстрагируемого вещества соответственно в экстрагенте и сточной воде при установившемся равновесии, кг/м 3.
Это выражение является законом равновесного распределения и характеризует динамическое равновесие между концентрациями экстрагируемого вещества в экстрагенте и воде при данной температуре.
Коэффициент распределения KР зависит от температуры, при которой проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и экстрагенте. сточный вода экстракционный
После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем веточной воде. Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе очистки.
Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий: смешение сточной воды с экстрагентом. При этом образуются две жидкие фазы: экстракт, содержащий извлекаемое вещество и экстрагент, и рафинат, содержащий сточную воду и экстрагент; разделение экстракта и рафината; регенерация экстрагента из экстракта и рафината.
При выборе растворителя следует учитывать его селективность, физико-химические свойства, стоимость и возможные способы регенерации.
Эктрагент должен:
- - растворять извлекаемое вещество значительно лучше, чем вода, т. е. обладать высоким коэффициентом распределения; - обладать большой селективностью растворения, т. е. чем меньше экстрагент будет растворять компоненты, которые должны остаться в сточной воде, тем более полно будут извлекаться вещества, которые необходимо удалить; - иметь по возможности наибольшую растворяющую способность по отношению к извлекаемому компоненту, так как чем она выше, тем меньше потребуется экстрагента; - иметь низкую растворимость в сточной воде и не образовывать устойчивых эмульсий, так как затрудняется разделение экстракта и рафината; - значительно отличаться по плотности от сточной воды для обеспечения быстрого и полного разделения фаз; - обладать большим коэффициентом диффузии; чем он больше, тем выше скорость массообмена; - регенерироваться простым и дешевым способом; иметь температуру кипения, отличающуюся от температуры экстрагируемого вещества; - иметь небольшую удельную теплоту испарения и небольшую теплоемкость; - не взаимодействовать с извлекаемым веществом, так как это может затруднить регенерацию экстрагента; - не быть вредным, взрыво - и огнеопасным и не вызывать коррозию материала аппаратов; - иметь невысокую стоимость.
Коэффициент распределения, установленный опытным путем, зависит от природы компонентов системы, содержания примесей в воде и экстрагенте и температуры. Это соотношение справедливо, если экстрагент совершенно нерастворим в сточной воде. Однако экстрагент частично растворяется веточной воде, поэтому коэффициент распределения будет зависеть не только от температуры, но и от концентрации извлекаемого вещества в рафинате, т. е. будет величиной переменной.
При частичной взаимной растворимости фаз С и А каждая из них при экстракции будет представлять собой трехкомпонентный раствор, состав которого невозможно отложить на диаграмме с координатами х и у. Составы таких трехкомпонентных фаз удобно представить в треугольной диаграмме (рис. 1).
Вершины равностороннего треугольника А, В и С обозначают чистые компоненты: растворитель исходного раствора А, экстрагент С и распределяемое вещество В. Каждая точка на сторонах АВ, ВС и СА соответствует составу двухкомпонентных растворов.
Каждая точка на площади внутри диаграммы соответствует составу трех компонентного раствора (или тройной смеси). Для отсчета содержания каждого компонента в растворе на сторонах диаграммы нанесены шкалы, причем длина каждой стороны принята за 100% (массовых, объемных или мольных) или за единицу. Состав раствора или смеси определяется длиной отрезков, проведенных параллельно каждой из сторон треугольника до пересечения с двумя другими. Так, точка M характеризует тройную смесь, состоящую из 20% растворителя A 40% растворителя С и 40% распределяемого вещества В.
Рис. 1 Треугольная диаграмма растворимости компонента
Если участвующие в процессе экстракции фазы практически не растворимы, то материальный баланс процесса описывается общим уравнением
(2)
При однократном взаимодействии фаз (периодическая экстракция) материальный баланс процесса по потокам принимает вид
(3)
Или в принятых обозначениях
(4)
Где F, S - количества исходного раствора и экстрагента соответственно, кг; E, R - количество экстракта и рафината соответственно, кг.
Уравнение может быть использовано и для непрерывного процесса при условии, что все входящие в него величины выражаются в единицах расхода, например в кг/с. Для рассматриваемого случая уравнение рабочей линии процесса экстракции описывается общим для массообменных процессов уравнением
(5)
Однако часто участвующие в исходной экстракции фазы обладают частичной взаимной растворимостью, поэтому количества потоков по высоте экстрактора будут изменяться, а значит отношение А/С в уравнении не будет постоянным.
(6)
Тогда на диаграмме Y - X (см. рис. 2) рабочая линия будет криволинейной. Поскольку в этом случае система является как минимум трехкомпонентной, то для анализа таких систем целесообразно воспользоваться треугольной диаграммой для построения не только равновесных, но и рабочих концентрационных зависимостей.
Рис. 2. Кривая равновесия и рабочая линия процесса абсорбции
Для этого перепишем уравнение (4) следующим образом:
(7)
Выражение позволяет представить материальный баланс на треугольной диаграмме (см. рис. 1), например, как процесс смешения потоков
F + S = М
И затем разделения этой тройной смеси состава М на потоки R + Е.
Материальный баланс компонентов А и В в потоках, например экстракта Е и рафината R, выразится следующим образом:
(8)
(9)
Способы экстрагирования органических веществ по схемам контакта экстрагента и сточной воды можно разделить на перекрестноточные, ступенчато-противоточные и непрерывно-противоточные. Прямоток в процессах экстракции не применяется.
При многоступенчатой перекрестноточной схеме сточная вода на каждой ступени конктактирует со свежим экстрагентом, что требует значительных его расходов.
Практическое применение получили методы ступенчато-противоточной и непрерывно-противоточной экстракции. В противоточ-ных схемах вода и экстрагент движутся навстречу друг другу, экстракт последующей ступени смешивается в смесителе с водной фазой экстракта предыдущей ступени.
При непрерывно-противоточной экстракции вода и экстрагент движутся навстречу друг другу в одном аппарате, обеспечивающем диспергирование экстрагента в воде; при этом примеси сточной воды непрерывно переходят в экстрагент.
Регенерация экстрагента. В общем случае регенерация может быть проведена с применением вторичной экстракции - с другим растворителем, а также выпариванием. Так как совершенно нерастворимых в воде жидкостей нет, то в процессе экстракции часть экстрагента растворяется в сточной воде, т. е. он становится новым ее загрязнителем, поэтому необходимо удалять экстрагент из рафината. Регенерация экстрагента из сточной воды в зависимости от свойств экстрагента может осуществляться отдувкой воздухом или другими газами, а также реэкстракцией. Наиболее распространенным способом извлечения растворителя из рафината является адсорбция или отгонка паром (газом). Потери растворителя с рафинатом (сточной водой) допустимы лишь при условии его растворимости в воде не выше ПДК.
Регенерация экстрагента из экстракта производится путем ректификации.
Список использованных источников
- 1. Краткий курс лекций по дисциплине "Теоретические основы защиты окружающей среды" (http://studme. org/12521228/ekologiya/teoreticheskie_osnovy_zaschity_okruzhayuschey_sredy) 2. Ляпков А. А. Техника защиты окружающей среды: учебное пособие / А. А. Ляпков, Е. И. Ионова. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009. - 317 с.
Похожие статьи
-
Сорбционные методы - Методы очистки сточных вод
Сорбционные методы являются наиболее распространенными для выделения хрома из сточных вод гальванопроизводства. Их можно условно поделить на три...
-
Обзор способов и разработок очистки сточных вод, Реагентный метод - Методы очистки сточных вод
Реагентный метод Наиболее распространенный метод, заключающийся в переводе растворимых веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с...
-
Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистка промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в...
-
Перед началом расчета тонкослойных отстойников, которые работают по противоточной схеме (рис. 4.1), принимают: высоту яруса по вертикали hв, угол наклона...
-
Методы очистки газов - Техника защиты водных ресурсов и атмосферного воздуха
Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми...
-
Так как в красильном цеху наблюдается превышение норматива сброса загрязняющих веществ (Прямой черный З, Розовый О, Активный черный С, Хромовый черный О,...
-
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек....
-
Аэротенки - Очистка сточных вод
Для полной биологической очистке сточных вод малых населенных пунктов применяются: аэрационные установки, работающие по методу полного окисления...
-
Методы очистки воды - Способы очистки питьевой воды
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были...
-
Основные методы очистки сточных вод - Мероприятия по очищению воды на предприятии
Основными методами очистки сточных вод, при помощи которых идет удаление загрязнений и вредных веществ, считаются: механические, химические,...
-
Механическая очистка сточных вод применяется в основном как предварительная очистка. Механический метод заключен в их фильтрации и отстаивании. Основана...
-
20-е столетие характеризовалось интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн....
-
Основные методы очистки сточных вод - Проблемы загрязнения водоснабжения
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод...
-
Переработка содопоташных растворов - Очистка сточных вод производства кальцинированной соды
Основными компонентами содопоташного раствора является Na2CO3, К2CO3 , K2SO4 и КСl. Раствор, полученный методом двустадийной бикарбонатной карбонизации,...
-
Обезвреживание и очистка сточных вод. Рациональное использование водных ресурсов - Основы экологии
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики,...
-
В связи с тем, что обувная фабрика № 1 потребляет большое количество воды на технологические нужды и является источником загрязнения водоемов, проблема...
-
Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с...
-
Процесс полной трехстадийной биологической очистки - Биологическая очистка сточных вод
Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности...
-
Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и...
-
Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде...
-
Низкотемпературная термическая регенерация - это обработка сорбента паром или газом при 100-4000С. Процедура эта достаточно проста и во многих случаях ее...
-
ВВЕДЕНИЕ - Адсорбенты и ионные обменники в процессах очистки природных и сточных вод
Объем потребляемой в мире воды достигает 4 трлн. м3 в год, а преобразованию со стороны человека подвергается практически вся гидросфера. Так при...
-
Биосорбция - это способ, совмещающий процессы адсорбции и биохимического окисления, который широко используют для интенсификации процесса биологической...
-
ПРОЦЕССЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ - Биологическая очистка сточных вод
Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе сооружений канализационной очистной станции. В результате процессов...
-
Мембранные методы - Методы очистки сточных вод
Методы мембранного разделения, используемые в технологии выделения цветных металлов из сточных вод гальванопроизводства, условно делятся на...
-
Смешанная сточная вода от рассматриваемых объектов канализования предварительно очищается то крупных примесей, способных нарушить работу очистных...
-
Охрана и очистка морей и океанов, Методы устранения последствий загрязнения - Охрана водных ресурсов
Охрана морей и океанов должна проводиться не только физически, проводя различные исследования по очищению воды и внедрения новых методов и способов...
-
Электрохимические методы - Методы очистки сточных вод
В настоящее время электрохимические методы выделения тяжелых цветных металлов из сточных вод гальванопроизводства находят все более широкое применение. К...
-
Выпуск сточных вод в водоемы - Сточные воды и основные методы их очистки
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод...
-
Состав сточных вод и основные методы их очистки - Сточные воды и основные методы их очистки
Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и...
-
Сточные воды подвергают очистке различными способами: механической, химической, механохимической, физико-химической и биохимической (или биологической)....
-
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ - Методы очистки воды
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно - бытовые сбросы были...
-
Биохимический метод - Методы очистки сточных вод
В последнее время у нас в стране и за рубежом увеличились масштабы проводимых исследований по разработке технологии выделения тяжелых цветных металлов из...
-
Очистка сточных вод - Экология промышленного машиностроения
Для очистки стоков машиностроительных предприятий в настоящее время применяются: - механические методы очистки (процеживание, отстаивание, фильтрование);...
-
Введение - Методы очистки сточных вод
Водная оболочка земного шара - океаны, моря, реки, озера - называется гидросферой. Она покрывает 70,8% земной поверхности. Ученые подсчитали, что 97.5%...
-
Кальцинация гидрокарбоната натрия - Очистка сточных вод производства кальцинированной соды
Кальцинация - термическое разложение гидрокарбоната натрия - является заключительной стадией в производстве кальцинированной соды. Основным назначением...
-
Воды и стоки, которые загрязнены различными отбросами и отходами, называют сточными. По происхождению и составу классифицируют и различают бытовые,...
-
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод...
-
Очистка сточных вод методами флотации - Техника защиты водных ресурсов и атмосферного воздуха
Очистка сточных вод методами флотации: флотация пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха (механическими турбинами-импеллерами,...
-
Методы очистки подземных вод от нитратов и нитритов
Введение Анализ эффективности работы водоочистных станций населенных пунктов Казахстана показал невозможность получения ими нормативного качества...
Очистка сточных вод методом экстракции