• Sažetak
  Otpadne vode visokog saliniteta, nastale industrijskim procesima poput rafiniranja nafte, kemijske proizvodnje i postrojenja za desalinizaciju, predstavljaju značajne ekološke i ekonomske izazove zbog svog složenog sastava i visokog sadržaja soli. Tradicionalne metode obrade, uključujući isparavanje i membransku filtraciju, često se bore s energetskom neučinkovitošću ili sekundarnim onečišćenjem. Primjena ionsko-membranske elektrolize kao inovativnog pristupa obradi otpadnih voda visokog saliniteta. Korištenjem elektrokemijskih principa i selektivnih membrana za ionsku izmjenu, ova tehnologija nudi potencijalna rješenja za oporavak soli, organsku razgradnju i pročišćavanje vode. Raspravljaju se mehanizmi ionsko-selektivnog transporta, energetske učinkovitosti i skalabilnosti, zajedno s izazovima poput onečišćenja membrana i korozije. Studije slučaja i nedavni napredak ističu obećavajuću ulogu ionsko-membranskih elektrolizatora u održivom upravljanju otpadnim vodama.

• 1. Uvod*
  Otpadne vode visokog saliniteta, karakterizirane otopljenim krutim tvarima većim od 5000 mg/L, ključno su pitanje u industrijama gdje se prioritet daje ponovnoj upotrebi vode i ispuštanju bez tekućine (ZLD). Konvencionalni tretmani poput reverzne osmoze (RO) i termičkog isparavanja suočavaju se s ograničenjima u rukovanju uvjetima visokog saliniteta, što dovodi do visokih operativnih troškova i onečišćenja membrana. Ionsko-membranska elektroliza, izvorno razvijena za proizvodnju klor-lužina, pojavila se kao svestrana alternativa. Ova tehnologija koristi ionsko-selektivne membrane za odvajanje i kontrolu migracije iona tijekom elektrolize, omogućujući istovremeno pročišćavanje vode i oporavak resursa.

• 2. Princip ionsko-membranske elektrolize*
  Ionsko-membranski elektrolizer sastoji se od anode, katode i membrane za kationsku izmjenu ili membrane za anionsku izmjenu. Tijekom elektrolize:
• Kationska izmjenjivačka membrana:Omogućuje prolaz kationima (npr. Na⁺, Ca²⁺) dok blokira anione (Cl⁻, SO₄²⁻), usmjeravajući migraciju iona prema odgovarajućim elektrodama.
• Elektrokemijske reakcije:
• Anoda:Oksidacijom kloridnih iona nastaje klor i hipoklorit, koji razgrađuju organske tvari i dezinficiraju vodu.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katoda:Redukcijom vode nastaje vodikov plin i hidroksidni ioni, što povećava pH i potiče taloženje metalnih iona.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2O+2e−→H2+2OH−
• Odvajanje soli:Membrana olakšava selektivni transport iona, omogućujući koncentraciju slane vode i oporavak slatke vode.

3. Primjena u obradi otpadnih voda visokog saliniteta*
a.Oporavak soli i valorizacija slanice
Ionsko-membranski sustavi mogu koncentrirati tokove slane vode (npr. iz RO otpada) za kristalizaciju soli ili proizvodnju natrijevog hidroksida. Na primjer, postrojenja za desalinizaciju morske vode mogu oporabiti NaCl kao nusprodukt.

b.Razgradnja organskih zagađivača
Elektrokemijska oksidacija na anodi razgrađuje vatrostalne organske tvari putem jakih oksidansa poput ClO⁻ i HOCl. Studije pokazuju 90% uklanjanja fenolnih spojeva u simuliranom HSW-u.

cca.Uklanjanje teških metala
Alkalni uvjeti na katodi potiču taloženje hidroksida metala (npr. Pb²⁺, Cu²⁺), postižući učinkovitost uklanjanja >95%.

d.Pročišćavanje vode
Pilotna ispitivanja pokazuju stopu oporavka slatke vode veću od 80% s vodljivošću smanjenom sa 150 000 µS/cm na <1 000 µS/cm.