12.Экстракционная очистка сточных вод. Методы экстрагирования

Жидкостная экстракция применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, анилин, ионы металлов и др. при относительно высоком их содержании, что позволяет компенсировать затраты на извлечение. Экстракционный метод основан на распределении загрязняющего вещества между взаимонерастворимыми жидкостями соответственно его растворимости в них. Извлеченное вещество распределяется между водой и добавленным растворителем согласно закону равновесного распределения: К_р = С_э/С_в,

где С_э и С_в - концентрации извлекаемого вещества соответственно в экстрагенте и в воде при установившемся равновесии.

При достижении равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого возвращается в технологический процесс очистки. В качестве экстрагентов для извлечения примесей из воды используют различные органические растворители: простые и сложные эфиры (бутил- и изобутилацетаты, диизопропиловый и диэтиловый эфиры), спирты, четыреххлористый углерод, бензол, толуол, хлорбензол.

К экстрагенту для очистки сточных вод предъявляются следующие требования: высокий коэффициент распределения, селективность, он должен иметь наибольшую растворяющую способность по отношению к извлекаемому компоненту и низкую растворимость в воде, значительно отличаться по плотности от плотности воды, иметь большую разницу в температурах кипения с экстрагируемым веществом, не взаимодействовать с экстрагируемым веществом, быть безвредным, взрыво- и огнебезопасным, не вызывать коррозию материалов аппарата, иметь низкую стоимость.

Методы экстрагирования по способу контакта экстрагента и сточной воды подразделяются на перекрестноточные (одно- и многократная обработка воды свежими порциями экстрагента), ступенчато-противоточные (перемешивание воды и экстрагента в ряде аппаратов, работающих по принципу противотока) и непрерывно-противоточные (перемешивание воды и экстрагента в одном аппарате по принципу противотока с последующим разделением). При многоступенчатой перекрестноточной схеме процесс происходит в статических условиях, требует большого расхода экстрагента, поэтому неэкономичен и в практике водоочистки не применяется. При ступенчато-противоточной экстракции вода и экстрагент движутся навстречу друг другу, при этом достигается высокая эффективность очистки. Каждая ступень включает смеситель фаз и отстойник для их гравитационного разделения. 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.

13.Мембранные методы очистки воды: ультрафильтрация и обратный осмос.

К мембранным методам разделения, с помощью которых можно проводить очистку воды от различных видов загрязнений, относятся ультрафильтрация, обратный осмос, первапорация (диффузионное испарение через мембрану), электродиализ. В любом из этих процессов водный раствор приводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны.

Обратный осмос и ультрафильтрация заключаются в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы либо ионы растворенных веществ. При обратном осмосе и ультрафильтрации образуются два раствора, один из которых обогащен растворенным веществом. Движущей силой рассматриваемых процессов является разность рабочего (избыточного) давления Р над исходным раствором и осмотического давления раствора П₁: Р = Р - П₁. Достоинствами методов являются: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии, возможность проведения процесса при комнатной температуре, простота конструкции аппаратуры, возможность выделения ценных продуктов, одновременная очистка воды от органических, неорганических и бактериальных загрязнений. Недостатки методов: повышенное давление в системе, явление концентрационной поляризации (увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны вследствие преимущественного переноса растворителя через мембрану). Это приводит к уменьшению производительности, степени разделения и срока службы мембраны, а также вызывает необходимость специальных уплотнений аппаратуры.

По способу укладки мембран аппараты подразделяются на четыре основные типа:1) фильтр-пресс с плоскокамерными фильтрующими элементами, 2) с трубчатыми фильтрующими элементами, 3) с рулонными или спиральными фильтрующими элементами, 4) с мембранами в виде полых волокон.