• Santrauka
  Didelio druskingumo nuotekos, susidarančios pramoninių procesų, tokių kaip naftos perdirbimas, chemijos pramonė ir gėlinimo įmonės, metu, dėl savo sudėtingos sudėties ir didelio druskos kiekio kelia didelių aplinkosauginių ir ekonominių iššūkių. Tradiciniai valymo metodai, įskaitant garinimą ir membraninį filtravimą, dažnai susiduria su energijos neefektyvumu arba antrine tarša. Jonų membraninės elektrolizės taikymas kaip novatoriškas būdas valyti didelio druskingumo nuotekas. Pasitelkusi elektrocheminius principus ir selektyvias jonų mainų membranas, ši technologija siūlo potencialius sprendimus druskų atgavimui, organinių medžiagų skaidymui ir vandens valymui. Aptariami jonų selektyvaus pernašos mechanizmai, energijos vartojimo efektyvumas ir mastelio keitimas, taip pat tokie iššūkiai kaip membranų užsiteršimas ir korozija. Atvejų analizės ir naujausi pasiekimai pabrėžia perspektyvų jonų membraninių elektrolizerių vaidmenį tvariame nuotekų tvarkyme.

• 1. Įvadas*
  Didelio druskingumo nuotekos, kurioms būdingas ištirpusių kietųjų dalelių kiekis, viršijantis 5000 mg/l, yra kritinė problema pramonės šakose, kuriose pirmenybė teikiama pakartotiniam vandens naudojimui ir nulinio skysčio išleidimui (ZLD). Įprastiniai valymo būdai, tokie kaip atvirkštinis osmozė (RO) ir terminis garinimas, susiduria su apribojimais susidorojant su didelio druskingumo sąlygomis, todėl eksploatavimo išlaidos yra didelės, o membranos užsiteršia. Jonų membraninė elektrolizė, iš pradžių sukurta chloro šarmų gamybai, tapo universalia alternatyva. Ši technologija naudoja jonų selektyvias membranas jonų atskyrimui ir migracijos kontrolei elektrolizės metu, taip įgalindama vienu metu valyti vandenį ir atgauti išteklius.

• 2. Jonų membranos elektrolizės principas*
  Jonų membraninį elektrolizatorių sudaro anodas, katodas ir katijonų mainų membrana arba anijonų mainų membrana. Elektrolizės metu:
• Katijonų mainų membrana:Praleidžia katijonus (pvz., Na⁺, Ca²⁺), tuo pačiu blokuodamas anijonus (Cl⁻, SO₄²⁻), nukreipdamas jonų migraciją link atitinkamų elektrodų.
• Elektrocheminės reakcijos:
• Anodas:Chlorido jonų oksidacijos metu susidaro chloro dujos ir hipochloritas, kurie skaido organines medžiagas ir dezinfekuoja vandenį.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katodas:Vandens redukcija gamina vandenilio dujas ir hidroksido jonus, kurie padidina pH ir skatina metalų jonų nusodinimą.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2O+2e−→H2+2OH−
• Druskos atskyrimas:Membrana palengvina selektyvų jonų pernašą, leidžia koncentruoti sūrymą ir atgauti gėlą vandenį.

3. Taikymas didelio druskingumo nuotekų valyme*
a.Druskos atgavimas ir sūrymo valorizacijos didinimas
Jonų membranų sistemos gali koncentruoti sūrymo srautus (pvz., iš RO atliekų) druskos kristalizacijai arba natrio hidroksido gamybai. Pavyzdžiui, jūros vandens gėlinimo įrenginiai gali atgauti NaCl kaip šalutinį produktą.

b.Organinių teršalų skaidymas
Elektrocheminis oksidavimas anode skaido ugniai atsparias organines medžiagas, veikdamas stiprius oksidatorius, tokius kaip ClO⁻ ir HOCl. Tyrimai rodo, kad imituojant karšto vandens nuotekas pašalinama 90 % fenolio junginių.

apieSunkiųjų metalų šalinimas
Šarminės sąlygos katode sukelia metalų (pvz., Pb²⁺, Cu²⁺) hidroksido nusodinimą, pasiekdamos >95 % pašalinimo efektyvumą.

d.Vandens valymas
Bandomieji tyrimai rodo, kad gėlo vandens atsigavimo rodiklis viršija 80 %, o laidumas sumažėja nuo 150 000 µS/cm iki <1 000 µS/cm.