• Περίληψη
  Τα λύματα υψηλής αλατότητας, που παράγονται από βιομηχανικές διεργασίες όπως η διύλιση πετρελαίου, η χημική βιομηχανία και οι μονάδες αφαλάτωσης, θέτουν σημαντικές περιβαλλοντικές και οικονομικές προκλήσεις λόγω της πολύπλοκης σύνθεσής τους και της υψηλής περιεκτικότητάς τους σε αλάτι. Οι παραδοσιακές μέθοδοι επεξεργασίας, συμπεριλαμβανομένης της εξάτμισης και της διήθησης με μεμβράνη, συχνά αντιμετωπίζουν ενεργειακή αναποτελεσματικότητα ή δευτερογενή ρύπανση. Η εφαρμογή της ηλεκτρόλυσης με ιοντική μεμβράνη ως καινοτόμου προσέγγισης για την επεξεργασία λυμάτων υψηλής αλατότητας. Αξιοποιώντας τις ηλεκτροχημικές αρχές και τις επιλεκτικές μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων, αυτή η τεχνολογία προσφέρει πιθανές λύσεις για την ανάκτηση αλάτων, την οργανική αποικοδόμηση και τον καθαρισμό του νερού. Συζητούνται οι μηχανισμοί της επιλεκτικής μεταφοράς ιόντων, η ενεργειακή απόδοση και η επεκτασιμότητα, μαζί με προκλήσεις όπως η ρύπανση και η διάβρωση της μεμβράνης. Μελέτες περιπτώσεων και πρόσφατες εξελίξεις υπογραμμίζουν τον πολλά υποσχόμενο ρόλο των ηλεκτρολυτών με ιοντική μεμβράνη στη βιώσιμη διαχείριση λυμάτων.

• 1. Εισαγωγή*
  Τα λύματα υψηλής αλατότητας, που χαρακτηρίζονται από διαλυμένα στερεά που υπερβαίνουν τα 5.000 mg/L, αποτελούν κρίσιμο ζήτημα σε βιομηχανίες όπου δίνεται προτεραιότητα στην επαναχρησιμοποίηση νερού και στην απόρριψη μηδενικού υγρού (ZLD). Οι συμβατικές επεξεργασίες όπως η αντίστροφη όσμωση (RO) και η θερμική εξάτμιση αντιμετωπίζουν περιορισμούς στην αντιμετώπιση συνθηκών υψηλής αλατότητας, με αποτέλεσμα υψηλό λειτουργικό κόστος και ρύπανση μεμβρανών. Η ηλεκτρόλυση ιοντικής μεμβράνης, που αναπτύχθηκε αρχικά για την παραγωγή χλωροαλκαλίων, έχει αναδειχθεί ως μια ευέλικτη εναλλακτική λύση. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ιοντοεπιλεκτικές μεμβράνες για τον διαχωρισμό και τον έλεγχο της μετανάστευσης ιόντων κατά την ηλεκτρόλυση, επιτρέποντας τον ταυτόχρονο καθαρισμό του νερού και την ανάκτηση πόρων.

• 2. Αρχή της ηλεκτρόλυσης ιοντικής μεμβράνης*
  Ο ηλεκτρολύτης ιοντικής μεμβράνης αποτελείται από μια άνοδο, μια κάθοδο και μια μεμβράνη ανταλλαγής κατιόντων ή μια μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων. Κατά την ηλεκτρόλυση:
• Μεμβράνη ανταλλαγής κατιόντων:Επιτρέπει τη διέλευση κατιόντων (π.χ., Na⁺, Ca²⁺) ενώ παράλληλα εμποδίζει τα ανιόντα (Cl⁻, SO₄²⁻), κατευθύνοντας τη μετανάστευση ιόντων προς τα αντίστοιχα ηλεκτρόδια.
• Ηλεκτροχημικές αντιδράσεις:
• Ανοδος:Η οξείδωση των ιόντων χλωρίου παράγει αέριο χλώριο και υποχλωριώδες άλας, τα οποία αποικοδομούν τις οργανικές ουσίες και απολυμαίνουν το νερό.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl- → Cl2 + 2e-2Cl−→Cl2+2e−
• Κάθοδος:Η αναγωγή του νερού παράγει αέριο υδρογόνο και ιόντα υδροξειδίου, αυξάνοντας το pH και προάγοντας την καθίζηση μεταλλικών ιόντων.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H2O + 2e-→ H2 + 2OH-2H2O+2e−→H2+2OH−
• Διαχωρισμός αλατιού:Η μεμβράνη διευκολύνει την επιλεκτική μεταφορά ιόντων, επιτρέποντας τη συγκέντρωση άλμης και την ανάκτηση γλυκού νερού.

3. Εφαρμογές στην επεξεργασία λυμάτων υψηλής αλατότητας*
ένα.Ανάκτηση αλατιού και αξιοποίηση άλμης
Τα συστήματα ιοντικής μεμβράνης μπορούν να συγκεντρώσουν ρεύματα άλμης (π.χ., από απόρριψη RO) για κρυστάλλωση αλατιού ή παραγωγή υδροξειδίου του νατρίου. Για παράδειγμα, οι μονάδες αφαλάτωσης θαλασσινού νερού μπορούν να ανακτήσουν NaCl ως υποπροϊόν.

σι.Αποικοδόμηση οργανικών ρύπων
Η ηλεκτροχημική οξείδωση στην άνοδο διασπά τις πυρίμαχες οργανικές ουσίες μέσω ισχυρών οξειδωτικών όπως το ClO⁻ και το HOCl. Μελέτες δείχνουν απομάκρυνση 90% των φαινολικών ενώσεων σε προσομοιωμένα HSW.

ντο.Αφαίρεση βαρέων μετάλλων
Οι αλκαλικές συνθήκες στην κάθοδο προκαλούν καθίζηση υδροξειδίου μετάλλων (π.χ., Pb²⁺, Cu²⁺), επιτυγχάνοντας απόδοση απομάκρυνσης >95%.

ρε.Καθαρισμός νερού
Πιλοτικές δοκιμές καταδεικνύουν ρυθμούς ανάκτησης γλυκού νερού που υπερβαίνουν το 80% με μειωμένη αγωγιμότητα από 150.000 µS/cm σε <1.000 µS/cm.