• Soyut
  Petrol rafinasyonu, kimyasal üretim ve tuzdan arındırma tesisleri gibi endüstriyel proseslerden kaynaklanan yüksek tuzluluktaki atık su, karmaşık yapısı ve yüksek tuz içeriği nedeniyle önemli çevresel ve ekonomik zorluklar ortaya koymaktadır. Buharlaştırma ve membran filtrasyonu gibi geleneksel arıtma yöntemleri genellikle enerji yetersizliği veya ikincil kirlilikle mücadele eder. Yüksek tuzluluktaki atık suyun arıtımında yenilikçi bir yaklaşım olarak iyon-membran elektrolizinin uygulanması. Elektrokimyasal prensiplerden ve seçici iyon değişim membranlarından yararlanarak, bu teknoloji tuz geri kazanımı, organik bozunma ve su arıtımı için potansiyel çözümler sunmaktadır. İyon seçici taşıma mekanizmaları, enerji verimliliği ve ölçeklenebilirlik, membran kirlenmesi ve korozyon gibi zorluklarla birlikte tartışılmaktadır. Vaka çalışmaları ve son gelişmeler, iyon-membran elektrolizörlerinin sürdürülebilir atık su yönetimindeki umut verici rolünü vurgulamaktadır.

• 1. Giriş*
  5.000 mg/L'yi aşan çözünmüş katılarla karakterize edilen yüksek tuzluluktaki atık su, suyun yeniden kullanımı ve sıfır sıvı deşarjının (ZLD) önceliklendirildiği endüstrilerde kritik bir sorundur. Ters ozmoz (RO) ve termal buharlaştırma gibi geleneksel işlemler, yüksek tuzluluk koşullarını ele almada sınırlamalarla karşı karşıyadır ve bu da yüksek işletme maliyetlerine ve membran kirlenmesine yol açar. Başlangıçta klor-alkali üretimi için geliştirilen iyon-membran elektrolizi, çok yönlü bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Bu teknoloji, elektroliz sırasında iyon göçünü ayırmak ve kontrol etmek için iyon seçici membranları kullanır ve eş zamanlı su arıtma ve kaynak geri kazanımını mümkün kılar.

• 2. İyon-Membran Elektrolizinin Prensibi*
  İyon-membran elektrolizörü bir anot, katot ve bir katyon değişim membranı veya anyon değişim membranından oluşur. Elektroliz sırasında:
• Katyon Değişim Membranı:Katyonların (örneğin Na⁺, Ca²⁺) geçmesine izin verirken anyonları (Cl⁻, SO₄²⁻) bloke ederek iyon göçünü ilgili elektrotlara yönlendirir.
• Elektrokimyasal Reaksiyonlar:
• Anot:Klorür iyonlarının oksidasyonu, organik maddeleri parçalayan ve suyu dezenfekte eden klor gazı ve hipoklorit üretir.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Katot:Suyun indirgenmesi hidrojen gazı ve hidroksit iyonları üreterek pH'ı yükseltir ve metal iyonlarının çökelmesini teşvik eder.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Tuz Ayrımı:Membran, seçici iyon taşınımını kolaylaştırarak tuzlu su konsantrasyonunun ve tatlı su geri kazanımının sağlanmasına olanak tanır.

3. Yüksek Tuzluluklu Atıksu Arıtımında Uygulamalar*
A.Tuz Geri Kazanımı ve Tuzlu Su Değerlendirmesi
İyon-membran sistemleri tuzlu su akışlarını (örneğin, RO reddinden) tuz kristalizasyonu veya sodyum hidroksit üretimi için yoğunlaştırabilir. Örneğin, deniz suyu tuzdan arındırma tesisleri, yan ürün olarak NaCl'yi geri kazanabilir.

B.Organik Kirleticilerin Bozulması
Anottaki elektrokimyasal oksidasyon, ClO⁻ ve HOCl gibi güçlü oksidanlar aracılığıyla refrakter organikleri parçalar. Çalışmalar, simüle edilmiş HSW'de fenolik bileşiklerin %90'ının giderildiğini göstermektedir.

C.Ağır Metal Temizleme
Katottaki alkali koşullar metallerin (örneğin Pb²⁺, Cu²⁺) hidroksit çökelmesine neden olarak >%95'lik bir giderme verimine ulaşılmasını sağlar.

D.Su Arıtma
Pilot ölçekli denemeler, iletkenliğin 150.000 µS/cm'den <1.000 µS/cm'ye düşürülmesiyle tatlı su geri kazanım oranlarının %80'i aştığını göstermektedir.