• Abstrakcyjny
  Ścieki o wysokim zasoleniu, wytwarzane w procesach przemysłowych, takich jak rafinacja ropy naftowej, produkcja chemikaliów i zakłady odsalania, stwarzają poważne wyzwania środowiskowe i ekonomiczne ze względu na złożony skład i wysoką zawartość soli. Tradycyjne metody oczyszczania, w tym parowanie i filtracja membranowa, często zmagają się z nieefektywnością energetyczną lub wtórnym zanieczyszczeniem. Zastosowanie elektrolizy jonowo-membranowej jako innowacyjnego podejścia do oczyszczania ścieków o wysokim zasoleniu. Wykorzystując zasady elektrochemiczne i selektywne membrany jonowymienne, technologia ta oferuje potencjalne rozwiązania w zakresie odzyskiwania soli, degradacji organicznej i oczyszczania wody. Omówiono mechanizmy transportu selektywnego jonowo, efektywność energetyczną i skalowalność, a także wyzwania, takie jak zanieczyszczanie membran i korozja. Studia przypadków i ostatnie osiągnięcia podkreślają obiecującą rolę elektrolizerów jonowo-membranowych w zrównoważonym zarządzaniu ściekami.

• 1. Wprowadzenie*
  Ścieki o wysokim zasoleniu, charakteryzujące się zawartością rozpuszczonych ciał stałych przekraczającą 5000 mg/l, stanowią kluczowy problem w branżach, w których priorytetem jest ponowne wykorzystanie wody i zerowy zrzut cieczy (ZLD). Konwencjonalne metody oczyszczania, takie jak odwrócona osmoza (RO) i odparowanie termiczne, mają ograniczenia w radzeniu sobie z warunkami o wysokim zasoleniu, co prowadzi do wysokich kosztów operacyjnych i zanieczyszczania membran. Elektroliza jonowo-membranowa, pierwotnie opracowana do produkcji chloru i alkaliów, stała się wszechstronną alternatywą. Technologia ta wykorzystuje membrany jonoselektywne do oddzielania i kontrolowania migracji jonów podczas elektrolizy, umożliwiając jednoczesne oczyszczanie wody i odzyskiwanie zasobów.

• 2. Zasada elektrolizy jonowo-membranowej*
  Elektrolizer jonowo-membranowy składa się z anody, katody i membrany kationowymiennej lub membrany anionowymiennej. Podczas elektrolizy:
• Membrana kationowymienna:Umożliwia przepływ kationów (np. Na⁺, Ca²⁺), blokując jednocześnie aniony (Cl⁻, SO₄²⁻), kierując migrację jonów w stronę odpowiednich elektrod.
• Reakcje elektrochemiczne:
• Anoda:Utlenianie jonów chlorkowych powoduje powstawanie chloru gazowego i podchlorynu, które rozkładają substancje organiczne i dezynfekują wodę.
  2Cl− →Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katoda:Redukcja wody powoduje powstawanie wodoru i jonów wodorotlenkowych, co podnosi pH i sprzyja wytrącaniu się jonów metali.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Separacja soli:Membrana umożliwia selektywny transport jonów, co pozwala na zagęszczanie solanki i odzyskiwanie słodkiej wody.

3. Zastosowania w oczyszczaniu ścieków o dużym zasoleniu*
A.Odzysk soli i waloryzacja solanki
Systemy jonowo-membranowe mogą koncentrować strumienie solanki (np. z odrzutów RO) do krystalizacji soli lub produkcji wodorotlenku sodu. Na przykład zakłady odsalania wody morskiej mogą odzyskiwać NaCl jako produkt uboczny.

B.Degradacja zanieczyszczeń organicznych
Elektrochemiczne utlenianie na anodzie rozkłada ogniotrwałe związki organiczne za pomocą silnych utleniaczy, takich jak ClO⁻ i HOCl. Badania wykazują 90% usunięcie związków fenolowych w symulowanym HSW.

C.Usuwanie metali ciężkich
Zasadowe warunki na katodzie powodują wytrącanie się wodorotlenków metali (np. Pb²⁺, Cu²⁺), co pozwala uzyskać wydajność usuwania >95%.

D.Oczyszczanie wody
Próby pilotażowe wykazały, że wskaźnik odzysku wody słodkiej przekracza 80% przy przewodności obniżonej ze 150 000 µS/cm do <1000 µS/cm.