• Tóm tắt
  Nước thải có độ mặn cao, được tạo ra từ các quy trình công nghiệp như lọc dầu, sản xuất hóa chất và nhà máy khử muối, đặt ra những thách thức đáng kể về môi trường và kinh tế do thành phần phức tạp và hàm lượng muối cao. Các phương pháp xử lý truyền thống, bao gồm bay hơi và lọc màng, thường gặp khó khăn về hiệu quả năng lượng hoặc ô nhiễm thứ cấp. Việc áp dụng điện phân màng ion như một phương pháp tiếp cận sáng tạo để xử lý nước thải có độ mặn cao. Bằng cách tận dụng các nguyên lý điện hóa và màng trao đổi ion chọn lọc, công nghệ này cung cấp các giải pháp tiềm năng để thu hồi muối, phân hủy hữu cơ và làm sạch nước. Các cơ chế vận chuyển chọn lọc ion, hiệu quả năng lượng và khả năng mở rộng được thảo luận, cùng với các thách thức như bám bẩn và ăn mòn màng. Các nghiên cứu điển hình và những tiến bộ gần đây làm nổi bật vai trò đầy hứa hẹn của máy điện phân màng ion trong quản lý nước thải bền vững.

• 1. Giới thiệu*
  Nước thải có độ mặn cao, đặc trưng bởi chất rắn hòa tan vượt quá 5.000 mg/L, là một vấn đề quan trọng trong các ngành công nghiệp ưu tiên tái sử dụng nước và xả thải không chất lỏng (ZLD). Các phương pháp xử lý thông thường như thẩm thấu ngược (RO) và bốc hơi nhiệt gặp phải những hạn chế trong việc xử lý các điều kiện có độ mặn cao, dẫn đến chi phí vận hành cao và màng bị bám bẩn. Điện phân màng ion, ban đầu được phát triển để sản xuất clo-kiềm, đã nổi lên như một giải pháp thay thế đa năng. Công nghệ này sử dụng màng chọn lọc ion để tách và kiểm soát sự di chuyển của ion trong quá trình điện phân, cho phép đồng thời làm sạch nước và thu hồi tài nguyên.

• 2. Nguyên lý điện phân màng ion*
  Máy điện phân màng ion bao gồm một anot, catot và một màng trao đổi cation hoặc màng trao đổi anion. Trong quá trình điện phân:
• Màng trao đổi cation:Cho phép các cation (ví dụ, Na⁺, Ca²⁺) đi qua trong khi chặn các anion (Cl⁻, SO₄²⁻), hướng sự di chuyển của ion về phía các điện cực tương ứng.
• Phản ứng điện hóa:
• Cực dương:Quá trình oxy hóa các ion clorua tạo ra khí clo và hypoclorit, có tác dụng phân hủy chất hữu cơ và khử trùng nước.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Cực âm:Sự khử nước tạo ra khí hydro và các ion hydroxide, làm tăng độ pH và thúc đẩy quá trình kết tủa các ion kim loại.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Tách muối:Màng này tạo điều kiện cho việc vận chuyển ion có chọn lọc, cho phép cô đặc nước muối và thu hồi nước ngọt.

3. Ứng dụng trong xử lý nước thải có độ mặn cao*
Một.Thu hồi muối và tăng giá trị nước muối
Hệ thống màng ion có thể cô đặc dòng nước muối (ví dụ, từ chất thải RO) để kết tinh muối hoặc sản xuất natri hydroxit. Ví dụ, các nhà máy khử muối nước biển có thể thu hồi NaCl dưới dạng sản phẩm phụ.

b.Phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ
Quá trình oxy hóa điện hóa tại anot phá vỡ các chất hữu cơ khó cháy thông qua các chất oxy hóa mạnh như ClO⁻ và HOCl. Các nghiên cứu cho thấy loại bỏ 90% các hợp chất phenolic trong HSW mô phỏng.

c.Loại bỏ kim loại nặng
Điều kiện kiềm ở catốt gây ra sự kết tủa hydroxide của kim loại (ví dụ, Pb²⁺, Cu²⁺), đạt hiệu suất loại bỏ >95%.

d.Lọc nước
Các thử nghiệm quy mô thí điểm chứng minh tỷ lệ thu hồi nước ngọt vượt quá 80% với độ dẫn điện giảm từ 150.000 µS/cm xuống <1.000 µS/cm.