• Резюме
  Високосолените отпадъчни води, генерирани от промишлени процеси като рафиниране на нефт, химическо производство и инсталации за обезсоляване, представляват значителни екологични и икономически предизвикателства поради сложния си състав и високото съдържание на сол. Традиционните методи за пречистване, включително изпаряване и мембранна филтрация, често се борят с енергийна неефективност или вторично замърсяване. Приложението на йонно-мембранна електролиза като иновативен подход за пречистване на високосолени отпадъчни води. Чрез използване на електрохимични принципи и селективни йонообменни мембрани, тази технология предлага потенциални решения за възстановяване на сол, органично разграждане и пречистване на вода. Обсъждат се механизмите на йонно-селективен транспорт, енергийна ефективност и мащабируемост, заедно с предизвикателства като замърсяване на мембраните и корозия. Казуси и последните постижения подчертават обещаващата роля на йонно-мембранните електролизатори в устойчивото управление на отпадъчните води.

• 1. Въведение*
  Отпадъчните води с висока соленост, характеризиращи се с разтворени твърди вещества над 5000 mg/L, са критичен проблем в индустриите, където повторното използване на вода и нулевото изхвърляне на течности (ZLD) са приоритет. Конвенционалните методи за третиране, като обратна осмоза (RO) и термично изпаряване, са изправени пред ограничения при работа с условия на висока соленост, което води до високи оперативни разходи и замърсяване на мембраните. Йонно-мембранната електролиза, първоначално разработена за производство на хлор-алкали, се очертава като универсална алтернатива. Тази технология използва йонно-селективни мембрани за разделяне и контрол на миграцията на йони по време на електролиза, което позволява едновременно пречистване на водата и възстановяване на ресурсите.

• 2. Принцип на йонно-мембранната електролиза*
  Йонно-мембранният електролизатор се състои от анод, катод и катионнообменна мембрана или анионнообменна мембрана. По време на електролизата:
• Катионнообменна мембрана:Позволява преминаването на катиони (напр. Na⁺, Ca²⁺), като същевременно блокира аниони (Cl⁻, SO₄²⁻), насочвайки миграцията на йони към съответните електроди.
• Електрохимични реакции:
• Анод:Окислението на хлоридните йони генерира хлорен газ и хипохлорит, които разграждат органичните вещества и дезинфекцират водата.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2​+2e−
• Катод:Редукцията на водата произвежда водороден газ и хидроксидни йони, повишавайки pH и насърчавайки утаяването на метални йони.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2​+2OH−
• Отделяне на сол:Мембраната улеснява селективния йонен транспорт, което позволява концентриране на саламура и възстановяване на сладка вода.

3. Приложения в пречистването на отпадъчни води с висока соленост*
а.Възстановяване на сол и оползотворяване на саламурата
Йонно-мембранните системи могат да концентрират потоци от саламура (напр. от отпадъци от RO) за кристализация на сол или производство на натриев хидроксид. Например, инсталациите за обезсоляване на морска вода могат да извличат NaCl като страничен продукт.

б.Разграждане на органични замърсители
Електрохимичното окисление на анода разгражда огнеупорните органични вещества чрез силни окислители като ClO⁻ и HOCl. Проучванията показват 90% отстраняване на фенолни съединения в симулирана HSW (топлоотвеждаща вода).

в.Отстраняване на тежки метали
Алкалните условия на катода предизвикват утаяване на хидроксиди на метали (напр. Pb²⁺, Cu²⁺), постигайки ефективност на отстраняване >95%.

г.Пречистване на вода
Пилотни опити показват степен на възстановяване на сладка вода над 80%, като проводимостта е намалена от 150 000 µS/cm до <1000 µS/cm.