• Povzetek
  Visoko slana odpadna voda, ki nastane v industrijskih procesih, kot so rafiniranje nafte, kemična proizvodnja in razsoljevalne naprave, zaradi svoje kompleksne sestave in visoke vsebnosti soli predstavlja znatne okoljske in gospodarske izzive. Tradicionalne metode čiščenja, vključno z izhlapevanjem in membransko filtracijo, se pogosto soočajo z energetsko neučinkovitostjo ali sekundarnim onesnaženjem. Uporaba ionsko-membranske elektrolize kot inovativnega pristopa k čiščenju visoko slane odpadne vode. Z uporabo elektrokemijskih načel in selektivnih ionsko-izmenjevalnih membran ta tehnologija ponuja potencialne rešitve za pridobivanje soli, organsko razgradnjo in čiščenje vode. Obravnavani so mehanizmi ionsko-selektivnega transporta, energijska učinkovitost in skalabilnost, skupaj z izzivi, kot sta obraščanje membran in korozija. Študije primerov in nedavni dosežki poudarjajo obetavno vlogo ionsko-membranskih elektrolizerjev pri trajnostnem upravljanju odpadne vode.

• 1. Uvod*
  Odpadna voda z visoko vsebnostjo soli, za katero je značilna vsebnost raztopljenih trdnih snovi, ki presega 5000 mg/L, je ključnega pomena v panogah, kjer se daje prednost ponovni uporabi vode in ničelnemu izpustu tekočine (ZLD). Konvencionalne obdelave, kot sta reverzna osmoza (RO) in termično izhlapevanje, se soočajo z omejitvami pri obvladovanju visoko vsebnosti soli, kar vodi do visokih obratovalnih stroškov in obraščanja membran. Ionsko-membranska elektroliza, prvotno razvita za proizvodnjo kloralkalnih spojin, se je izkazala kot vsestranska alternativa. Ta tehnologija uporablja ionsko-selektivne membrane za ločevanje in nadzor migracije ionov med elektrolizo, kar omogoča hkratno čiščenje vode in pridobivanje virov.

• 2. Princip ionsko-membranske elektrolize*
  Ionsko-membranski elektrolizator je sestavljen iz anode, katode in kationske ali anionske izmenjevalne membrane. Med elektrolizo:
• Kationska izmenjalna membrana:Omogoča prehod kationov (npr. Na⁺, Ca²⁺), medtem ko blokira anione (Cl⁻, SO₄²⁻) in usmerja migracijo ionov proti ustreznim elektrodam.
• Elektrokemijske reakcije:
• Anoda:Oksidacija kloridnih ionov ustvarja klorov plin in hipoklorit, ki razgrajujeta organske snovi in ​​dezinficirata vodo.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katoda:Z redukcijo vode nastaja vodikov plin in hidroksidni ioni, kar zviša pH in pospeši obarjanje kovinskih ionov.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Ločevanje soli:Membrana olajša selektivni transport ionov, kar omogoča koncentracijo slanice in pridobivanje sladke vode.

3. Uporaba pri čiščenju odpadne vode z visoko slanostjo*
a.Pridobivanje soli in valorizacija slanice
Ionsko-membranski sistemi lahko koncentrirajo tokove slanice (npr. iz odpadkov RO) za kristalizacijo soli ali proizvodnjo natrijevega hidroksida. Na primer, naprave za razsoljevanje morske vode lahko kot stranski produkt pridobijo NaCl.

b.Razgradnja organskih onesnaževal
Elektrokemična oksidacija na anodi razgrajuje ognjevzdržne organske snovi z močnimi oksidanti, kot sta ClO⁻ in HOCl. Študije kažejo, da se v simulirani toplotni vodi odstrani 90 % fenolnih spojin.

c.Odstranjevanje težkih kovin
Alkalni pogoji na katodi povzročajo obarjanje hidroksidov kovin (npr. Pb²⁺, Cu²⁺), kar doseže >95-odstotno učinkovitost odstranjevanja.

d.Čiščenje vode
Pilotni poskusi kažejo, da stopnja obnovitve sladke vode presega 80 %, pri čemer se prevodnost zmanjša s 150.000 µS/cm na <1.000 µS/cm.