2008年注冊環(huán)保工程師專業(yè)知識一講義(十二)

　　1.13 萃取、吹脫和汽提

　　大綱要求：了解萃取、吹脫和汽提的技術要點

　　1.13.1萃取法

　　1、基本原理

　　為了回收廢水中的溶解物質，向廢水中投加一種與水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶劑，使其與廢水充分混合接觸。由于污染物在該溶劑中的溶解度大于在水中的溶解度，因而大部分污染物轉移到溶劑相。然后分離廢水和溶劑，即可使廢水得到凈化。若再將溶劑與其中的污染物分離，即可使溶劑再生，而分離的污染物可回收利用。這種分離工藝稱為萃取。所用的溶劑稱為萃取劑，萃取后的溶劑稱為萃取液，廢水稱為萃余液。

　　2、萃取劑的選擇

　　萃取劑的性質直接影響萃取效果，也影響萃取費用。在選取萃取劑時，一般應考慮以下幾個方面的因素：

　　⑴萃取能力大，即分配系數(shù)要大;

　?、戚腿┪锢硇再|：

　?、倜芏?②界面張力適中;③粘度;

　?、腔瘜W穩(wěn)定性好，難燃難爆，毒性小，腐蝕性低，閃點高，凝固點低，蒸汽壓小，便于室溫下貯存和使用。

　?、葋碓摧^廣，價格便宜。

　?、扇菀自偕突厥杖軇?/P>

　　3、萃取劑的再生

　　萃取后的萃取相需經(jīng)再生，將萃取物分離后，萃取劑繼續(xù)使用。常用的再生方法有：蒸餾法和結晶法，蒸餾法屬于物理法，而結晶則屬于化學法。

　　⑴蒸餾法：當萃取相中各組分沸點相差較大時，最宜采用蒸餾法分離。例如，用乙酸丁酯萃取廢水中的單酚時，溶劑沸點為116℃，而單酚沸點為181～202.5℃，相差較大，可用蒸餾法分離。根據(jù)分離目的，可采用簡單蒸餾或精餾，設備以浮閥塔效果較好。

　　⑵結晶法：投加某種化學藥劑使其與溶質形成不溶于溶劑的鹽類。例如，用堿液反萃取萃取相中的酚，形成酚鈉鹽結晶析出，從而達到兩者分離的目的?；瘜W再生法使用的設備有離心萃取機和板式塔等。

　　4、溫度對萃取的影響

　　一般來說，溫度升高，溶質在廢水及萃取劑中的溶解度都要增大，而且其在萃取劑中的溶解度比在溶質中的溶解度大，這對萃取有利，另外溫度升高，液體粘度降低，也有利于萃取劑與水的分離。不過溫度升高時，也會導致萃取劑在廢水中的溶解度增大，萃取劑的損失增多，這對萃取是不利的，因此要根據(jù)廢水的性質和所選萃取劑，通過試驗確定萃取和再生時的溫度。

　　5、萃取工藝

　　萃取工藝包括混合、分離和回收三個主要工序，生產(chǎn)實際中應用的的萃取工藝有單級萃取、多級錯流萃取和連續(xù)逆流萃取。連續(xù)流萃取設備常用的有轉盤塔和離心萃取機等。

　　6、萃取法處理廢水的應用

　?、泡腿》ㄌ幚砗訌U水

　　焦化廠、煤氣廠、石油化工廠排出的廢水均含有較高的酚量(1000mg/L)，為避免高酚廢水污染環(huán)境，同時回收有用的酚質，常采用萃取法處理這類廢水。

　　廢水先經(jīng)除油、澄清和降溫預處理后進入脈沖篩板塔，由塔底供入萃取劑(二甲苯)，當萃取劑與廢水流量之比為1時，可將酚濃度由1400 mg/L降低到100～150mg/L,脫酚率為90%～96%，出水可作進一步處理。

　　⑵萃取法處理含重金屬廢水

　　多種重金屬廢水可以用萃取法處理。

　　1.13.2吹脫法

　　1、基本原理

　　將空氣通入廢水中，使廢水中溶解性氣體和易揮發(fā)性溶質由液相轉入氣相，使廢水得到處理的過程稱為吹脫。被吹脫物質在液相和氣相中的濃度差是其由液相轉入氣相的推動力。吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質速度理論。2、吹脫法處理廢水的工藝組成

　?、蓬A處理

　　應對廢水進行預處理，如調(diào)整廢水的水溫和pH值，去除懸浮物和油類等污染物。

　　⑵回收解吸氣體

　　吹脫過程中的解吸氣體的處置原則是：符合排放標準時，向大氣排放;對中等濃度的有害氣體，可以導入爐內(nèi)燃燒;對高濃度的有害氣體，應考慮回收利用，回收解吸氣體的方法是吸收和吸附。

　?、傥眨河脷溲趸c溶液吸收氰化氫或硫化氫，可生成氰化鈉和硫化鈉，然后再將飽和溶液蒸發(fā)結晶。

　　②吸附：可以采用固體吸附劑吸附有害氣體，吸附設備為固定床過濾裝置。當吸附達到飽和狀態(tài)時，用溶液浸泡吸附劑，溶解氣體，并使吸附劑再生。

　　例如：在用活性炭吸附硫化氫時，當達到吸附飽和后用亞氨基硫化物浸洗活性炭1h后進行解吸，反復浸洗數(shù)次后，再用蒸汽清洗活性炭，使其恢復吸附能力。溶劑經(jīng)蒸發(fā)后，可回收其中的硫。

　?、谴得撛O備

　　吹脫設備有吹脫池和吹脫塔。

　?、俅得摮?/P>

　　依靠池面液體與空氣自然接觸而脫除溶解氣體的吹脫池稱為自然吹脫池。它適用于溶解氣體，極易揮發(fā)、水溫較高、風速較大、有開闊地段和不產(chǎn)生二次污染的場合。此類吹脫池也兼作貯水池。

　?、诖得撍?/P>

　　為提高吹脫效率，回收有用氣體，防止二次污染，常采用填料塔、板式塔等高效氣液分離設備。

　　填料塔的主要特征是在塔內(nèi)設置一定高度的填料層，廢水從塔頂噴下，沿填料表面向下流動，空氣由塔底鼓入，呈連續(xù)相由下而上同廢水逆流接觸。

　　板式塔的主要特征是在塔內(nèi)裝置一定數(shù)量的塔板，廢水水平流過塔板，經(jīng)降液管流入下一層塔板。空氣以鼓泡或噴射方式穿過板上水層，相互接觸傳質。塔內(nèi)氣相和水相組成沿塔高呈階梯變化。

　　從廢水中吹脫出來的氣體，可以經(jīng)過吸收或吸附回收利用。例如，用氫氧化鈉溶液吸收。

　　3、吹脫法處理廢水的應用

　　吹脫法處理廢水已工業(yè)化，處理實例較多，例如，石灰石中和硫酸廢水出水中的二氧化碳，煉油廠從冷凝器排出的廢水中的硫化氫，金屬選礦廠廢水中的氰化氫等，都可以用吹脫法去除，另外，焦化和化肥等企業(yè)的生產(chǎn)廢水中含有高濃度的氨氮，吹脫除氮是該類廢水處理工藝的組成之一。

　　⑴吹脫除氮機理

　　水中的氨氮，以氨離子和游離氨的狀態(tài)存在，兩者之間存在一個平衡關系，并且受pH值的影響。當pH值為7時，氨氮多以氨離子的形式存在，而當pH值為11左右時，游離氨大致在90%以上。因此，在高的pH值條件下，可獲得較好的吹脫除氨效果。

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　　塔內(nèi)設塑料填料，促進空氣與水的充分接觸。用石灰調(diào)pH值到11，污水從頂部進入后向下噴，與填料碰撞形成細小液滴下落，塔頂風扇的抽吸作用形成氣水對流，分子態(tài)的氨從水中逸出。該處理法的優(yōu)點是效果好，簡單易行;缺點是逸出的游離氨會造成二次污染，另外，用石灰調(diào)節(jié)pH值易在吹脫設備和管道內(nèi)結垢，維修工作量大，設備更換頻繁。水溫下降則脫氨率會下降。改進措施是：用氫氧化鈉作為堿劑，以防形成水垢，用稀硫酸可以吸收逸出的游離氨。

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　　pH值：吹脫效果隨pH值上升而提高，但是當pH值提高到10.5以上時，去除率提高緩慢;

　　水溫：氨吹脫率隨操作溫度的升高而提高;

　　布水負荷率：水以滴狀下降，當填料高6m以上時，布水負荷率≯180m3/(m2d);

　　氣液比：當填料高6m以上時，氣液比以2200～2300以下為宜。

　　1.13.3汽提法

　　1、基本原理

　　其基本原理與吹脫法相同，只是所使用的介質不是空氣而是水蒸汽。向廢水中通入蒸汽，使廢水中的易揮發(fā)組分由液相轉入氣相，從而使廢水得到處理的過程稱為汽提。

　　汽提法用以脫除廢水中的揮發(fā)性溶解物質，如揮發(fā)酚、甲醛、苯胺、硫化氫和氨等。

　　2、汽提法的分類

　　可以分為簡單蒸餾和蒸汽蒸餾。

　　3、汽提設備

　　汽提通常都在封閉的塔中進行，汽提塔分為兩類，即填料塔和板式塔。

　　板式塔是一種傳質效率比填料塔更高的設備。根據(jù)塔板的結構不同，又可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、舌形塔和浮動噴射塔等，其中泡罩塔、浮閥塔、篩板塔的應用較為廣泛。4、汽提法在處理廢水中的應用

　?、藕訌U水的處理

　　汽提法最早用于從含酚廢水中回收揮發(fā)酚，可采用兩段塔逆流回收。汽提脫酚工藝簡單，對處理高濃度的廢水(含酚1g/L以上)可以達到經(jīng)濟上收支平衡，而且不會產(chǎn)生二次污染，但是，經(jīng)汽提后的廢水中一般仍含有高濃度(約400mg/L)的殘余酚，必須進一步處理。另外，由于再生段內(nèi)噴淋熱堿液的腐蝕性很強，必須采取防腐措施。

　　⑵含硫廢水的處理

　　石油煉制廠的含硫廢水中含有大量的硫化氫(高達10g/L)，氨(高達5g/L)，另外還有酚類、氰化物和氯化銨等，一般先用汽提處理，然后再用其他方法進行處理。

　?、呛鑿U水的處理

　　含氰廢水經(jīng)汽提和堿液吸收后，可以回收氰化鈉和黃血鹽鈉。

　　下面有幾道題是關于萃取、吹脫和汽提的

　　第一題，題目是萃取工藝不包括( )，四個選項是：A混合，B析出，C分離，D回收，本節(jié)一開始學習了關于萃取的概念：“為了回收廢水中的溶解物質，向廢水中投加一種與水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶劑，使其與廢水充分混合接觸。由于污染物在該溶劑中的溶解度大于在水中的溶解度，因而大部分污染物轉移到溶劑相。然后分離廢水和溶劑，即可使廢水得到凈化。若再將溶劑與其中的污染物分離，即可使溶劑再生，而分離的污染物可回收利用”，可以看出，萃取工藝包括混合、分離和回收，所以應該選B析出。

　　另一道題目是：關于吹脫和汽提，下列說法中正確的是( )，A吹脫和汽提的基本原理相同，B汽提使用的載氣是水蒸汽，C吹脫包括簡單蒸餾和蒸汽蒸餾，D吹脫使用的載氣是空氣，前面學過，吹脫是向廢水中通入空氣，使廢水中的易揮發(fā)組分由液相轉入氣相，而汽提是向廢水中通入蒸汽，從而使廢水中的易揮發(fā)組分由液相轉入氣相，兩者的基本原理是相同的，只是所用的介質不同，另外，汽提法可分為簡單蒸餾和蒸汽蒸餾，所以說， B、C、D是錯誤的，A吹脫和汽提的基本原理相同是正確的。

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