• Abstrakti
  Teollisuusprosesseissa, kuten öljynjalostuksessa, kemianteollisuudessa ja suolanpoistolaitoksissa, syntyvä korkeasuolainen jätevesi aiheuttaa merkittäviä ympäristöllisiä ja taloudellisia haasteita monimutkaisen koostumuksensa ja korkean suolapitoisuutensa vuoksi. Perinteiset käsittelymenetelmät, kuten haihdutus ja kalvosuodatus, kamppailevat usein energiatehottomuuden tai toissijaisen saastumisen kanssa. Ionikalvoelektrolyysin soveltaminen innovatiivisena lähestymistapana korkeasuolaisen jäteveden käsittelyyn. Hyödyntämällä sähkökemiallisia periaatteita ja selektiivisiä ioninvaihtokalvoja tämä teknologia tarjoaa potentiaalisia ratkaisuja suolan talteenottoon, orgaanisen hajoamisen ja veden puhdistukseen. Ioniselektiivisen kuljetuksen mekanismeja, energiatehokkuutta ja skaalautuvuutta käsitellään sekä haasteita, kuten kalvojen likaantumista ja korroosiota. Case-tutkimukset ja viimeaikaiset edistysaskeleet korostavat ionikalvoelektrolyysilaitteiden lupaavaa roolia kestävässä jäteveden käsittelyssä.

• 1. Johdanto*
  Korkean suolapitoisuuden omaavat jätevedet, joille on ominaista yli 5 000 mg/l liuenneiden kiintoaineiden pitoisuus, ovat kriittinen ongelma teollisuudenaloilla, joilla veden uudelleenkäyttö ja nesteetön päästö (ZLD) ovat etusijalla. Perinteiset käsittelyt, kuten käänteisosmoosi (RO) ja terminen haihdutus, kohtaavat rajoituksia korkean suolapitoisuuden olosuhteiden käsittelyssä, mikä johtaa korkeisiin käyttökustannuksiin ja kalvojen likaantumiseen. Ionikalvoelektrolyysi, joka alun perin kehitettiin kloorialkalin tuotantoon, on noussut monipuoliseksi vaihtoehdoksi. Tämä teknologia hyödyntää ioniselektiivisiä kalvoja ionien erottamiseen ja migraation hallintaan elektrolyysin aikana, mikä mahdollistaa samanaikaisen veden puhdistuksen ja resurssien talteenoton.

• 2. Ionikalvoelektrolyysin periaate*
  Ionikalvoelektrolyysilaite koostuu anodista, katodista ja kationinvaihtokalvosta tai anioninvaihtokalvosta. Elektrolyysin aikana:
• Kationinvaihtokalvo:Päästää kationit (esim. Na⁺, Ca²⁺) läpi ja estää samalla anionit (Cl⁻, SO₄²⁻) kulkua ohjaten ionien kulkeutumista kohti elektrodeja.
• Sähkökemialliset reaktiot:
• Anodi:Kloridi-ionien hapettuminen tuottaa kloorikaasua ja hypokloriittia, jotka hajottavat orgaanisia aineita ja desinfioivat veden.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katodi:Veden pelkistyminen tuottaa vetykaasua ja hydroksidi-ioneja, mikä nostaa pH:ta ja edistää metalli-ionien saostumista.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H2O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2O+2e−→H2+2OH−
• Suolan erotus:Kalvo helpottaa valikoivaa ionien kuljetusta, mikä mahdollistaa suolaveden väkevöinnin ja makean veden talteenoton.

3. Sovellukset korkeasuolaisessa jäteveden käsittelyssä*
a.Suolan talteenotto ja suolaveden hyödyntäminen
Ionikalvojärjestelmät voivat väkevöidä suolaliuosvirtoja (esim. käänteisosmoosihylkytuotteesta) suolan kiteyttämistä tai natriumhydroksidin tuotantoa varten. Esimerkiksi meriveden suolanpoistolaitokset voivat ottaa talteen NaCl:a sivutuotteena.

b.Orgaanisten epäpuhtauksien hajoaminen
Anodilla tapahtuva sähkökemiallinen hapetus hajottaa tulenkestäviä orgaanisia aineita voimakkaiden hapettimien, kuten ClO⁻:n ja HOCl:n, kautta. Tutkimukset osoittavat fenoliyhdisteiden poistuvan 90-prosenttisesti simuloidussa korkeajätevedessä.

n.Raskasmetallien poisto
Katodin emäksiset olosuhteet aiheuttavat metallien (esim. Pb²⁺, Cu²⁺) hydroksidisaostumisen, jolloin saavutetaan yli 95 %:n poistotehokkuus.

d.Vedenpuhdistus
Pilottikokeet osoittavat, että makean veden talteenottoaste ylittää 80 % ja johtavuus on laskenut 150 000 µS/cm:stä <1 000 µS/cm:iin.