• Kopsavilkums
  Augsta sāļuma notekūdeņi, kas rodas rūpnieciskos procesos, piemēram, naftas pārstrādē, ķīmiskajā ražošanā un atsāļošanas iekārtās, rada ievērojamas vides un ekonomiskās problēmas to sarežģītā sastāva un augstā sāls satura dēļ. Tradicionālās attīrīšanas metodes, tostarp iztvaikošana un membrānu filtrēšana, bieži vien cīnās ar enerģijas neefektivitāti vai sekundāru piesārņojumu. Jonu membrānas elektrolīzes pielietojums kā inovatīva pieeja augsta sāļuma notekūdeņu attīrīšanai. Izmantojot elektroķīmiskos principus un selektīvās jonu apmaiņas membrānas, šī tehnoloģija piedāvā potenciālus risinājumus sāļu atgūšanai, organisko vielu degradācijai un ūdens attīrīšanai. Tiek apspriesti jonu selektīvās transportēšanas mehānismi, energoefektivitāte un mērogojamība, kā arī tādas problēmas kā membrānu piesārņojums un korozija. Gadījumu izpēte un jaunākie sasniegumi izceļ jonu membrānas elektrolizatoru daudzsološo lomu ilgtspējīgā notekūdeņu apsaimniekošanā.

• 1. Ievads*
  Notekūdeņi ar augstu sāļumu, kam raksturīgas izšķīdušo cietvielu daļiņas, kas pārsniedz 5000 mg/l, ir kritiska problēma nozarēs, kurās prioritāte ir ūdens atkārtota izmantošana un bezšķidruma novadīšana (ZLD). Tradicionālās attīrīšanas metodes, piemēram, reversā osmoze (RO) un termiskā iztvaikošana, saskaras ar ierobežojumiem augsta sāļuma apstākļos, kas rada augstas ekspluatācijas izmaksas un membrānas piesārņojumu. Jonu membrānas elektrolīze, kas sākotnēji tika izstrādāta hlora-sārmu ražošanai, ir parādījusies kā daudzpusīga alternatīva. Šī tehnoloģija izmanto jonu selektīvās membrānas, lai atdalītu un kontrolētu jonu migrāciju elektrolīzes laikā, nodrošinot vienlaicīgu ūdens attīrīšanu un resursu atgūšanu.

• 2. Jonu membrānas elektrolīzes princips*
  Jonu membrānas elektrolizators sastāv no anoda, katoda un katjonu apmaiņas membrānas vai anjonu apmaiņas membrānas. Elektrolīzes laikā:
• Katjonu apmaiņas membrāna:Ļauj katjoniem (piemēram, Na⁺, Ca²⁺) iziet, vienlaikus bloķējot anjonus (Cl⁻, SO₄²⁻), virzot jonu migrāciju uz attiecīgajiem elektrodiem.
• Elektroķīmiskās reakcijas:
• Anods:Hlorīda jonu oksidēšanās rezultātā rodas hlora gāze un hipohlorīts, kas noārda organiskās vielas un dezinficē ūdeni.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2 + 2e−
• Katods:Ūdens reducēšana rada ūdeņraža gāzi un hidroksīda jonus, paaugstinot pH līmeni un veicinot metālu jonu nogulsnēšanos.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2O+2e−→H2 + 2OH−
• Sāls atdalīšana:Membrāna veicina selektīvu jonu transportēšanu, nodrošinot sālsūdens koncentrāciju un saldūdens atgūšanu.

3. Pielietojums augsta sāļuma notekūdeņu attīrīšanā*
a.Sāls atgūšana un sālsūdens valorizācija
Jonu membrānu sistēmas var koncentrēt sālsūdens plūsmas (piemēram, no RO atdalīšanas) sāls kristalizācijai vai nātrija hidroksīda ražošanai. Piemēram, jūras ūdens atsāļošanas iekārtas var atgūt NaCl kā blakusproduktu.

b.Organisko piesārņotāju degradācija
Elektroķīmiskā oksidēšanās anodā sadala ugunsizturīgus organiskos savienojumus, izmantojot spēcīgus oksidētājus, piemēram, ClO⁻ un HOCl. Pētījumi liecina, ka simulētos augstas kvalitātes atūdeņošanas procesos fenola savienojumu tiek noņemti 90%.

apm.Smago metālu noņemšana
Sārmaini apstākļi katodā izraisa metālu (piemēram, Pb²⁺, Cu²⁺) hidroksīda nogulsnēšanos, sasniedzot >95% atdalīšanas efektivitāti.

d.Ūdens attīrīšana
Pilotmēroga izmēģinājumi liecina, ka saldūdens atgūšanas rādītāji pārsniedz 80%, un vadītspēja ir samazināta no 150 000 µS/cm līdz <1000 µS/cm.