2013年环保工程师专业知识讲义13

萃取、吹脱和汽提

　　大纲要求：了解萃取、吹脱和汽提的技术要点

　　1.13.1萃取法

　　1、基本原理

　　为了回收废水中的溶解物质，向废水中投加一种与水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶剂，使其与废水充分混合接触。由于污染物在该溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，因而大部分污染物转移到溶剂相。然后分离废水和溶剂，即可使废水得到净化。若再将溶剂与其中的污染物分离，即可使溶剂再生，而分离的污染物可回收利用。这种分离工艺称为萃取。所用的溶剂称为萃取剂，萃取后的溶剂称为萃取液，废水称为萃余液。

　　2、萃取剂的选择

　　萃取剂的性质直接影响萃取效果，也影响萃取费用。在选取萃取剂时，一般应考虑以下几个方面的因素：

　　⑴萃取能力大，即分配系数要大；

　　⑵萃取剂物理性质：

　　①密度；②界面张力适中；③粘度；

　　⑶化学稳定性好，难燃难爆，毒性小，腐蚀性低，闪点高，凝固点低，蒸汽压小，便于室温下贮存和使用。

　　⑷来源较广，价格便宜。

　　⑸容易再生和回收溶剂

　　3、萃取剂的再生

　　萃取后的萃取相需经再生，将萃取物分离后，萃取剂继续使用。常用的再生方法有：蒸馏法和结晶法，蒸馏法属于物理法，而结晶则属于化学法。

　　⑴蒸馏法：当萃取相中各组分沸点相差较大时，最宜采用蒸馏法分离。例如，用乙酸丁酯萃取废水中的单酚时，溶剂沸点为116℃，而单酚沸点为181～202.5℃，相差较大，可用蒸馏法分离。根据分离目的，可采用简单蒸馏或精馏，设备以浮阀塔效果较好。

　　⑵结晶法：投加某种化学药剂使其与溶质形成不溶于溶剂的盐类。例如，用碱液反萃取萃取相中的酚，形成酚钠盐结晶析出，从而达到两者分离的目的。化学再生法使用的设备有离心萃取机和板式塔等。

　　4、温度对萃取的影响

　　一般来说，温度升高，溶质在废水及萃取剂中的溶解度都要增大，而且其在萃取剂中的溶解度比在溶质中的溶解度大，这对萃取有利，另外温度升高，液体粘度降低，也有利于萃取剂与水的分离。不过温度升高时，也会导致萃取剂在废水中的溶解度增大，萃取剂的损失增多，这对萃取是不利的，因此要根据废水的性质和所选萃取剂，通过试验确定萃取和再生时的温度。

　　5、萃取工艺

　　萃取工艺包括混合、分离和回收三个主要工序，生产实际中应用的的萃取工艺有单级萃取、多级错流萃取和连续逆流萃取。连续流萃取设备常用的有转盘塔和离心萃取机等。

　　6、萃取法处理废水的应用

　　⑴萃取法处理含酚废水

　　焦化厂、煤气厂、石油化工厂排出的废水均含有较高的酚量（1000mg/L），为避免高酚废水污染环境，同时回收有用的酚质，常采用萃取法处理这类废水。

　　废水先经除油、澄清和降温预处理后进入脉冲筛板塔，由塔底供入萃取剂（二甲苯），当萃取剂与废水流量之比为1时，可将酚浓度由1400 mg/L降低到100～150mg/L,脱酚率为90%～96%，出水可作进一步处理。

　　⑵萃取法处理含重金属废水

　　多种重金属废水可以用萃取法处理。

　　吹脱法

　　1.13.2吹脱法

　　1、基本原理

　　将空气通入废水中，使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相，使废水得到处理的过程称为吹脱。被吹脱物质在液相和气相中的浓度差是其由液相转入气相的推动力。吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。

　　2、吹脱法处理废水的工艺组成

　　⑴预处理

　　应对废水进行预处理，如调整废水的水温和pH值，去除悬浮物和油类等污染物。

　　⑵回收解吸气体

　　吹脱过程中的解吸气体的处置原则是：符合排放标准时，向大气排放；对中等浓度的有害气体，可以导入炉内燃烧；对高浓度的有害气体，应考虑回收利用，回收解吸气体的方法是吸收和吸附。

　　①吸收：用氢氧化钠溶液吸收氰化氢或硫化氢，可生成氰化钠和硫化钠，然后再将饱和溶液蒸发结晶。

　　②吸附：可以采用固体吸附剂吸附有害气体，吸附设备为固定床过滤装置。当吸附达到饱和状态时，用溶液浸泡吸附剂，

　　溶解气体，并使吸附剂再生。

　　例如：在用活性炭吸附硫化氢时，当达到吸附饱和后用亚氨基硫化物浸洗活性炭1h后进行解吸，反复浸洗数次后，再用蒸汽清洗活性炭，使其恢复吸附能力。溶剂经蒸发后，可回收其中的硫。

　　⑶吹脱设备

　　吹脱设备有吹脱池和吹脱塔。

　　①吹脱池

　　依靠池面液体与空气自然接触而脱除溶解气体的吹脱池称为自然吹脱池。它适用于溶解气体，极易挥发、水温较高、风速较大、有开阔地段和不产生二次污染的场合。此类吹脱池也兼作贮水池。

　　②吹脱塔

　　为提高吹脱效率，回收有用气体，防止二次污染，常采用填料塔、板式塔等高效气液分离设备。填料塔的主要特征是在塔内设置一定高度的填料层，废水从塔顶喷下，沿填料表面向下流动，空气由塔底鼓入，呈连续相

　　由下而上同废水逆流接触。板式塔的主要特征是在塔内装置一定数量的塔板，废水水平流过塔板，经降液管流入下一层塔板。空气以鼓泡或喷射方式穿过板上水层，相互接触传质。塔内气相和水相组成沿塔高呈阶梯变化。从废水中吹脱出来的气体，可以经过吸收或吸附回收利用。例如，用氢氧化钠溶液吸收。

　　3、吹脱法处理废水的应用

　　吹脱法处理废水已工业化，处理实例较多，例如，石灰石中和硫酸废水出水中的二氧化碳，炼油厂从冷凝器排出的废水中的硫化氢，金属选矿厂废水中的氰化氢等，都可以用吹脱法去除，另外，焦化和化肥等企业的生产废水中含有高浓度的氨氮，吹脱除氮是该类废水处理工艺的组成之一。

　　⑴吹脱除氮机理

　　水中的氨氮，以氨离子和游离氨的状态存在，两者之间存在一个平衡关系，并且受pH值的影响。当pH值为7时，氨氮多以氨离子的形式存在，而当pH值为11左右时，游离氨大致在90%以上。因此，在高的pH值条件下，可获得较好的吹脱除氨效果。

　　⑵吹脱塔

　　塔内设塑料填料，促进空气与水的充分接触。用石灰调pH值到11，污水从顶部进入后向下喷，与填料碰撞形成细小液滴下落，塔顶风扇的抽吸作用形成气水对流，分子态的氨从水中逸出。该处理法的优点是效果好，简单易行；缺点是逸出的游离氨会造成二次污染，另外，用石灰调节pH值易在吹脱设备和管道内结垢，维修工作量大，设备更换频繁。水温下降则脱氨率会下降。改进措施是：用氢氧化钠作为碱剂，以防形成水垢，用稀硫酸可以吸收逸出的游离氨。

　　⑶影响因素

　　pH值：吹脱效果随pH值上升而提高，但是当pH值提高到10.5以上时，去除率提高缓慢；

　　水温：氨吹脱率随操作温度的升高而提高；

　　布水负荷率：水以滴状下降，当填料高6m以上时，布水负荷率≯180m3/(m2d)；

　　气液比：当填料高6m以上时，气液比以2200～2300以下为宜。

　　汽提法

　　1.13.3汽提法

　　1、基本原理

　　其基本原理与吹脱法相同，只是所使用的介质不是空气而是水蒸汽。向废水中通入蒸汽，使废水中的易挥发组分由液相转入气相，从而使废水得到处理的过程称为汽提。汽提法用以脱除废水中的挥发性溶解物质，如挥发酚、甲醛、苯胺、硫化氢和氨等。

　　2、汽提法的分类

　　可以分为简单蒸馏和蒸汽蒸馏。

　　3、汽提设备

　　汽提通常都在封闭的塔中进行，汽提塔分为两类，即填料塔和板式塔。板式塔是一种传质效率比填料塔更高的设备。根据塔板的结构不同，又可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、舌形塔和浮动喷射塔等，其中泡罩塔、浮阀塔、筛板塔的应用较为广泛。

　　4、汽提法在处理废水中的应用

　　⑴含酚废水的处理

　　汽提法最早用于从含酚废水中回收挥发酚，可采用两段塔逆流回收。汽提脱酚工艺简单，对处理高浓度的废水（含酚1g/L以上）可以达到经济上收支平衡，而且不会产生二次污染，但是，经汽提后的废水中一般仍含有高浓度（约400mg/L）的残余酚，必须进一步处理。另外，由于再生段内喷淋热碱液的腐蚀性很强，必须采取防腐措施。

　　⑵含硫废水的处理

　　石油炼制厂的含硫废水中含有大量的硫化氢（高达10g/L），氨（高达5g/L），另外还有酚类、氰化物和氯化铵等，一般先用汽提处理，然后再用其他方法进行处理。

　　⑶含氰废水的处理

　　含氰废水经汽提和碱液吸收后，可以回收氰化钠和黄血盐钠。

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