• چکیده
  فاضلاب با شوری بالا که از فرآیندهای صنعتی مانند پالایش نفت، تولید مواد شیمیایی و کارخانه‌های نمک‌زدایی تولید می‌شود، به دلیل ترکیب پیچیده و محتوای بالای نمک، چالش‌های زیست‌محیطی و اقتصادی قابل توجهی را ایجاد می‌کند. روش‌های سنتی تصفیه، از جمله تبخیر و فیلتراسیون غشایی، اغلب با ناکارآمدی انرژی یا آلودگی ثانویه دست و پنجه نرم می‌کنند. کاربرد الکترولیز غشای یونی به عنوان یک رویکرد نوآورانه برای تصفیه فاضلاب با شوری بالا. این فناوری با بهره‌گیری از اصول الکتروشیمیایی و غشاهای تبادل یونی انتخابی، راه‌حل‌های بالقوه‌ای را برای بازیابی نمک، تخریب مواد آلی و تصفیه آب ارائه می‌دهد. مکانیسم‌های انتقال انتخابی یونی، بهره‌وری انرژی و مقیاس‌پذیری، همراه با چالش‌هایی مانند گرفتگی غشا و خوردگی مورد بحث قرار می‌گیرند. مطالعات موردی و پیشرفت‌های اخیر، نقش امیدوارکننده الکترولیزرهای غشای یونی را در مدیریت پایدار فاضلاب برجسته می‌کنند.

• ۱. مقدمه*
  فاضلاب با شوری بالا، که با جامدات محلول بیش از 5000 میلی‌گرم در لیتر مشخص می‌شود، یک مسئله حیاتی در صنایعی است که در آنها استفاده مجدد از آب و تخلیه بدون مایع (ZLD) در اولویت قرار دارند. تصفیه‌های مرسوم مانند اسمز معکوس (RO) و تبخیر حرارتی با محدودیت‌هایی در مدیریت شرایط شوری بالا مواجه هستند که منجر به هزینه‌های عملیاتی بالا و گرفتگی غشا می‌شود. الکترولیز غشای یونی، که در ابتدا برای تولید کلر-قلیا توسعه داده شده بود، به عنوان یک جایگزین همه کاره ظهور کرده است. این فناوری از غشاهای انتخابی یونی برای جداسازی و کنترل مهاجرت یون در طول الکترولیز استفاده می‌کند و امکان تصفیه همزمان آب و بازیابی منابع را فراهم می‌کند.

• ۲. اصل الکترولیز غشای یونی*
  الکترولیزکننده غشای یونی از یک آند، کاتد و یک غشای تبادل کاتیون یا غشای تبادل آنیون تشکیل شده است. در طول الکترولیز:
• غشای تبادل کاتیونی:به کاتیون‌ها (مثلاً Na⁺، Ca²⁺) اجازه عبور می‌دهد در حالی که آنیون‌ها (Cl⁻، SO₄²⁻) را مسدود می‌کند و مهاجرت یون‌ها را به سمت الکترودهای مربوطه هدایت می‌کند.
• واکنش‌های الکتروشیمیایی:
• آند:اکسیداسیون یون‌های کلرید، گاز کلر و هیپوکلریت تولید می‌کند که مواد آلی را تجزیه و آب را ضدعفونی می‌کنند.
  2Cl-→Cl2+2e-2Cl- → Cl2 + 2e-2Cl−→Cl۲ + ۲e−
• کاتد:کاهش آب باعث تولید گاز هیدروژن و یون‌های هیدروکسید می‌شود که pH را افزایش داده و رسوب یون‌های فلزی را تسریع می‌کند.
  2H2O+2e-→H2+2OH-2H2O + 2e- → H2 + 2OH-2H۲O+2e−→H۲ + ۲OH−
• جداسازی نمک:این غشا انتقال انتخابی یون‌ها را تسهیل می‌کند و امکان تغلیظ آب نمک و بازیابی آب شیرین را فراهم می‌آورد.

۳. کاربردها در تصفیه فاضلاب با شوری بالا*
الف.بازیابی نمک و ارزش‌گذاری آب نمک
سیستم‌های غشای یونی می‌توانند جریان‌های آب نمک (مثلاً از پساب RO) را برای تبلور نمک یا تولید هیدروکسید سدیم تغلیظ کنند. به عنوان مثال، کارخانه‌های نمک‌زدایی آب دریا می‌توانند NaCl را به عنوان یک محصول جانبی بازیابی کنند.

ب.تخریب آلاینده‌های آلی
اکسیداسیون الکتروشیمیایی در آند، مواد آلی مقاوم را از طریق اکسیدان‌های قوی مانند ClO⁻ و HOCl تجزیه می‌کند. مطالعات، حذف 90 درصدی ترکیبات فنلی را در HSW شبیه‌سازی شده نشان می‌دهد.

ج.حذف فلزات سنگین
شرایط قلیایی در کاتد باعث رسوب هیدروکسید فلزات (به عنوان مثال، Pb²+، Cu²+) می‌شود و به راندمان حذف >95٪ می‌رسد.

د.تصفیه آب
آزمایش‌های انجام‌شده در مقیاس پایلوت، نرخ بازیابی آب شیرین را بیش از ۸۰٪ نشان می‌دهند، به طوری که رسانایی از ۱۵۰،۰۰۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر به کمتر از ۱۰۰۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر کاهش می‌یابد.