• Abstrakt
  Avloppsvatten med hög salthalt, som genereras från industriella processer som oljeraffinering, kemisk tillverkning och avsaltningsanläggningar, utgör betydande miljömässiga och ekonomiska utmaningar på grund av sin komplexa sammansättning och höga salthalt. Traditionella behandlingsmetoder, inklusive avdunstning och membranfiltrering, kämpar ofta med energiineffektivitet eller sekundär förorening. Tillämpningen av jonmembranelektrolys som en innovativ metod för att behandla avloppsvatten med hög salthalt. Genom att utnyttja elektrokemiska principer och selektiva jonbytesmembran erbjuder denna teknik potentiella lösningar för saltervinning, organisk nedbrytning och vattenrening. Mekanismerna för jonselektiv transport, energieffektivitet och skalbarhet diskuteras, tillsammans med utmaningar som membranförorening och korrosion. Fallstudier och senaste framsteg belyser den lovande rollen för jonmembranelektrolysörer i hållbar avloppsvattenhantering.

• 1. Introduktion*
  Avloppsvatten med hög salthalt, som kännetecknas av halter av lösta ämnen som överstiger 5 000 mg/L, är en kritisk fråga inom industrier där återanvändning av vatten och nollvätskeutsläpp (ZLD) prioriteras. Konventionella behandlingar som omvänd osmos (RO) och termisk avdunstning har begränsningar när det gäller att hantera förhållanden med hög salthalt, vilket leder till höga driftskostnader och membranföroreningar. Jonmembranelektrolys, ursprungligen utvecklad för kloralkaliproduktion, har framstått som ett mångsidigt alternativ. Denna teknik använder jonselektiva membran för att separera och kontrollera jonmigration under elektrolys, vilket möjliggör samtidig vattenrening och resursåtervinning.

• 2. Principen för jonmembranelektrolys*
  Jonmembranelektrolysören består av en anod, katod och ett katjonbytesmembran eller anjonbytesmembran. Under elektrolys:
• Katjonbytesmembran:Låter katjoner (t.ex. Na⁺, Ca²⁺) passera samtidigt som den blockerar anjoner (Cl⁻, SO₄²⁻), vilket styr jonmigrationen mot respektive elektroder.
• Elektrokemiska reaktioner:
• Anod:Oxidation av kloridjoner genererar klorgas och hypoklorit, som bryter ner organiska ämnen och desinficerar vattnet.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl2 + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katod:Reduktion av vatten producerar vätgas och hydroxidjoner, vilket ökar pH-värdet och främjar utfällning av metalljoner.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H2O + 2e⁻ → H2 + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Saltseparation:Membranet underlättar selektiv jontransport, vilket möjliggör koncentration av saltlösning och återvinning av sötvatten.

3. Tillämpningar inom rening av avloppsvatten med hög salthalt*
en.Saltåtervinning och saltlösningsförädling
Jonmembransystem kan koncentrera saltlösningsströmmar (t.ex. från RO-rejekt) för saltkristallisering eller natriumhydroxidproduktion. Till exempel kan avsaltningsanläggningar för havsvatten återvinna NaCl som en biprodukt.

b.Nedbrytning av organiska föroreningar
Elektrokemisk oxidation vid anoden bryter ner eldfasta organiska ämnen via starka oxidanter som ClO⁻ och HOCl. Studier visar att 90 % av fenolföreningar avlägsnas i simulerat högtrycksavfall.

c.Borttagning av tungmetaller
Alkaliska förhållanden vid katoden inducerar hydroxidutfällning av metaller (t.ex. Pb²⁺, Cu²⁺), vilket uppnår en borttagningseffektivitet på >95 %.

d.Vattenrening
Pilotförsök visar sötvattensåtervinningsgrader på över 80 % med minskad konduktivitet från 150 000 µS/cm till <1 000 µS/cm.