• خلاصة
  تُشكّل مياه الصرف الصحي عالية الملوحة، الناتجة عن العمليات الصناعية مثل تكرير النفط والتصنيع الكيميائي ومحطات تحلية المياه، تحديات بيئية واقتصادية كبيرة نظرًا لتركيبها المُعقّد وارتفاع نسبة الأملاح فيها. غالبًا ما تُواجه طرق المعالجة التقليدية، بما في ذلك التبخير والترشيح الغشائي، صعوباتٍ في كفاءة الطاقة أو التلوث الثانوي. يُعدّ تطبيق التحليل الكهربائي الغشائي الأيوني نهجًا مُبتكرًا لمعالجة مياه الصرف الصحي عالية الملوحة. من خلال الاستفادة من المبادئ الكهروكيميائية وأغشية التبادل الأيوني الانتقائية، تُقدّم هذه التقنية حلولًا مُحتملة لاستعادة الأملاح، والتحلل العضوي، وتنقية المياه. تُناقش آليات النقل الانتقائي للأيونات، وكفاءة الطاقة، وقابلية التوسع، إلى جانب تحدياتٍ مثل تلوّث الأغشية وتآكلها. تُسلّط دراسات الحالة والتطورات الحديثة الضوء على الدور الواعد لأجهزة التحليل الكهربائي الغشائي الأيوني في الإدارة المستدامة لمياه الصرف الصحي.

• 1. المقدمة*
  تُعدّ مياه الصرف الصحي عالية الملوحة، التي تتميز بتركيز مواد صلبة مذابة يتجاوز 5000 ملغم/لتر، مشكلةً حرجةً في الصناعات التي تُعطى فيها الأولوية لإعادة استخدام المياه والتصريف الخالي من السوائل (ZLD). تواجه المعالجات التقليدية، مثل التناضح العكسي (RO) والتبخير الحراري، قيودًا في التعامل مع ظروف الملوحة العالية، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل وتلويث الأغشية. وقد برز التحليل الكهربائي الغشائي الأيوني، الذي طُوّر في الأصل لإنتاج الكلور القلوي، كبديلٍ متعدد الاستخدامات. تستخدم هذه التقنية أغشيةً انتقائيةً للأيونات لفصل الأيونات والتحكم في هجرتها أثناء التحليل الكهربائي، مما يُتيح تنقية المياه واستعادة الموارد في آنٍ واحد.

• 2. مبدأ التحليل الكهربائي للغشاء الأيوني*
  يتكون مُحلِّل الغشاء الأيوني من أنود وكاثود وغشاء تبادل كاتيوني أو غشاء تبادل أنيوني. أثناء التحليل الكهربائي:
• غشاء تبادل الكاتيون:يسمح للكاتيونات (على سبيل المثال، Na⁺، Ca²⁺) بالمرور بينما يمنع الأنيونات (Cl⁻، SO₄²⁻)، مما يوجه هجرة الأيونات نحو الأقطاب الكهربائية المعنية.
• التفاعلات الكهروكيميائية:
• الأنود:يؤدي أكسدة أيونات الكلوريد إلى إنتاج غاز الكلور والهيبوكلوريت، اللذين يعملان على تحلل المواد العضوية وتطهير المياه.
  2Cl− →Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e-
• الكاثود:يؤدي اختزال الماء إلى إنتاج غاز الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد، مما يعزز درجة الحموضة ويعزز ترسب الأيونات المعدنية.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH-
• فصل الملح:يعمل الغشاء على تسهيل نقل الأيونات الانتقائي، مما يتيح تركيز المحلول الملحي واستعادة المياه العذبة.

3. تطبيقات في معالجة مياه الصرف الصحي عالية الملوحة*
أ.استعادة الملح وتثمين المحلول الملحي
تستطيع أنظمة الأغشية الأيونية تركيز تيارات المحلول الملحي (مثلاً، من مخلفات التناضح العكسي) لتبلور الملح أو إنتاج هيدروكسيد الصوديوم. على سبيل المثال، تستطيع محطات تحلية مياه البحر استعادة كلوريد الصوديوم كمنتج ثانوي.

ب.تحلل الملوثات العضوية
الأكسدة الكهروكيميائية عند الأنود تُفكك المواد العضوية المقاومة للحرارة باستخدام مؤكسدات قوية مثل ClO⁻ وHOCl. تُظهر الدراسات إزالة 90% من المركبات الفينولية في النفايات الصلبة عالية الكثافة المُحاكية.

ج.إزالة المعادن الثقيلة
تؤدي الظروف القلوية عند الكاثود إلى ترسب هيدروكسيد المعادن (على سبيل المثال، Pb²⁺، Cu²⁺)، مما يحقق كفاءة إزالة تزيد عن 95%.

د.تنقية المياه
أظهرت التجارب على نطاق تجريبي معدلات استرداد المياه العذبة تتجاوز 80% مع انخفاض الموصلية من 150,000 ميكروثانية/سم إلى <1,000 ميكروثانية/سم.