• Abstrakt
  Odpadová voda s vysokým obsahom soli, ktorá vzniká pri priemyselných procesoch, ako je rafinácia ropy, chemická výroba a odsoľovacie zariadenia, predstavuje významné environmentálne a ekonomické výzvy kvôli svojmu komplexnému zloženiu a vysokému obsahu soli. Tradičné metódy čistenia vrátane odparovania a membránovej filtrácie často zápasia s energetickou neefektívnosťou alebo sekundárnym znečistením. Aplikácia iónovo-membránovej elektrolýzy ako inovatívneho prístupu k čisteniu odpadovej vody s vysokým obsahom soli. Využitím elektrochemických princípov a selektívnych iónovo-výmenných membrán ponúka táto technológia potenciálne riešenia pre regeneráciu solí, organickú degradáciu a čistenie vody. Diskutujú sa mechanizmy iónovo-selektívneho transportu, energetickej účinnosti a škálovateľnosti spolu s výzvami, ako je znečistenie membrán a korózia. Prípadové štúdie a nedávny pokrok zdôrazňujú sľubnú úlohu iónovo-membránových elektrolyzérov v udržateľnom hospodárení s odpadovými vodami.

• 1. Úvod*
  Odpadová voda s vysokým obsahom soli, charakterizovaná rozpustenými pevnými látkami presahujúcimi 5 000 mg/l, je kritickým problémom v odvetviach, kde sa uprednostňuje opätovné použitie vody a vypúšťanie nulových kvapalín (ZLD). Konvenčné úpravy, ako je reverzná osmóza (RO) a termické odparovanie, čelia obmedzeniam pri zvládaní podmienok s vysokým obsahom soli, čo vedie k vysokým prevádzkovým nákladom a znečisteniu membrán. Iónovo-membránová elektrolýza, pôvodne vyvinutá na výrobu chlóru a alkalických hydroxidov, sa stala všestrannou alternatívou. Táto technológia využíva iónovo-selektívne membrány na oddelenie a riadenie migrácie iónov počas elektrolýzy, čo umožňuje súčasné čistenie vody a obnovu zdrojov.

• 2. Princíp iónovo-membránovej elektrolýzy*
  Iónovo-membránový elektrolyzér pozostáva z anódy, katódy a katiónovo-výmennej membrány alebo aniónovo-výmennej membrány. Počas elektrolýzy:
• Katiónová výmenná membrána:Umožňuje prechod katiónov (napr. Na⁺, Ca²⁺) a zároveň blokuje anióny (Cl⁻, SO₄²⁻), čím smeruje migráciu iónov k príslušným elektródam.
• Elektrochemické reakcie:
• Anóda:Oxidáciou chloridových iónov vzniká plynný chlór a chlórnan, ktoré rozkladajú organické látky a dezinfikujú vodu.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl2 + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katóda:Redukciou vody vzniká plynný vodík a hydroxidové ióny, čím sa zvyšuje pH a podporuje sa zrážanie kovových iónov.
  2H2O+2e-→H2+2OH-2H2O + 2e⁻ → H2 + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Oddelenie soli:Membrána uľahčuje selektívny transport iónov, čo umožňuje koncentráciu soľanky a získavanie sladkej vody.

3. Aplikácie pri čistení odpadových vôd s vysokým obsahom soli*
a.Zhodnocovanie soli a soľanky
Iónovo-membránové systémy môžu koncentrovať prúdy soľanky (napr. z odpadu z RO) na kryštalizáciu soli alebo výrobu hydroxidu sodného. Napríklad zariadenia na odsoľovanie morskej vody môžu získavať NaCl ako vedľajší produkt.

b.Degradácia organických znečisťujúcich látok
Elektrochemická oxidácia na anóde rozkladá žiaruvzdorné organické látky prostredníctvom silných oxidantov, ako sú ClO⁻ a HOCl. Štúdie ukazujú 90 % odstránenie fenolických zlúčenín v simulovanej tepelnej technológii.

cca.Odstraňovanie ťažkých kovov
Alkalické podmienky na katóde indukujú zrážanie hydroxidov kovov (napr. Pb²⁺, Cu²⁺), čím sa dosahuje účinnosť odstránenia > 95 %.

d.Čistenie vody
Pilotné skúšky preukázali mieru obnovy sladkej vody presahujúcu 80 % so zníženou vodivosťou zo 150 000 µS/cm na <1 000 µS/cm.