• תַקצִיר
  שפכים בעלי מליחות גבוהה, הנוצרים מתהליכים תעשייתיים כגון זיקוק נפט, ייצור כימי ומתקני התפלה, מציבים אתגרים סביבתיים וכלכליים משמעותיים בשל הרכבם המורכב ותכולת המלח הגבוהה שלהם. שיטות טיפול מסורתיות, כולל אידוי וסינון ממברנות, מתמודדות לעיתים קרובות עם חוסר יעילות אנרגטית או זיהום משני. יישום אלקטרוליזה באמצעות קרום יונים כגישה חדשנית לטיפול בשפכים בעלי מליחות גבוהה. על ידי מינוף עקרונות אלקטרוכימיים וממברנות חילוף יונים סלקטיביות, טכנולוגיה זו מציעה פתרונות פוטנציאליים להשבת מלחים, פירוק אורגני וטיהור מים. נדונים מנגנוני ההובלה הסלקטיבית ליונים, יעילות אנרגטית וגמישות, יחד עם אתגרים כגון זיהום ממברנות וקורוזיה. מחקרי מקרה והתקדמות אחרונה מדגישים את התפקיד המבטיח של אלקטרוליזרים באמצעות קרום יונים בניהול שפכים בר-קיימא.

• 1. מבוא*
  שפכים בעלי מליחות גבוהה, המאופיינים במוצקים מומסים בריכוז של מעל 5,000 מ"ג/ליטר, הם סוגיה קריטית בתעשיות בהן ניתנים עדיפות לשימוש חוזר במים ולפריקת נוזלים ללא פריקה (ZLD). טיפולים קונבנציונליים כמו אוסמוזה הפוכה (RO) ואידוי תרמי מתמודדים עם מגבלות בטיפול בתנאים של מליחות גבוהה, מה שמוביל לעלויות תפעול גבוהות ולזיהום ממברנות. אלקטרוליזה באמצעות ממברנת יונים, שפותחה במקור לייצור כלור-אלקלי, צצה כחלופה רב-תכליתית. טכנולוגיה זו משתמשת בממברנות סלקטיביות יונים כדי להפריד ולשלוט בנדידת יונים במהלך האלקטרוליזה, מה שמאפשר טיהור מים והשבת משאבים בו זמנית.

• 2. עקרון האלקטרוליזה של ממברנת יונים*
  אלקטרוליזר קרום יונים מורכב מאנודה, קתודה וממברנת חילוף קטיונים או קרום חילוף אניונים. במהלך האלקטרוליזה:
• ממברנת חילוף קטיונים:מאפשר לקטיונים (למשל, Na⁺, Ca²⁺) לעבור תוך חסימת אניונים (Cl⁻, SO₄²⁻), ומכוון את נדידת היונים לעבר האלקטרודות המתאימות.
• תגובות אלקטרוכימיות:
• אָנוֹדָה:חמצון יוני כלוריד מייצר גז כלור והיפוכלוריט, אשר מפרקים חומרים אורגניים ומחטאים את המים.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• קָטוֹדָה:חיזור מים מייצר גז מימן ויוני הידרוקסיד, מה שמגביר את ה-pH ומקדם שקיעה של יוני מתכת.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• הפרדת מלח:הממברנה מאפשרת הובלת יונים סלקטיבית, מה שמאפשר ריכוז תמלחת והשבת מים מתוקים.

3. יישומים בטיפול בשפכים בעלי מליחות גבוהה*
א.שחזור מלח ועריכת מי מלח
מערכות ממברנות יונים יכולות לרכז זרמי מלח (למשל, מדחיית RO) לצורך התגבשות מלח או ייצור נתרן הידרוקסידי. לדוגמה, מתקני התפלת מי ים יכולים להפיק NaCl כתוצר לוואי.

ב.פירוק מזהמים אורגניים
חמצון אלקטרוכימי באנודה מפרק חומרים אורגניים עקשניים באמצעות מחמצנים חזקים כמו ClO⁻ ו-HOCl. מחקרים מראים הסרה של 90% של תרכובות פנוליות בסימולציה של HSW.

ג.הסרת מתכות כבדות
תנאים אלקליים בקתודה גורמים לשקיעה הידרוקסידית של מתכות (למשל, Pb²⁺, Cu²⁺), ומשיגים יעילות הסרה של >95%.

ד.טיהור מים
ניסויים בקנה מידה פיילוט מדגימים שיעורי הפקה של מים מתוקים העולים על 80% עם מוליכות מופחתת מ-150,000 מיקרו-שניות/ס"מ ל-<1,000 מיקרו-שניות/ס"מ.