• Astratto
  Le acque reflue ad alta salinità, generate da processi industriali come la raffinazione del petrolio, la produzione chimica e gli impianti di desalinizzazione, pongono significative sfide ambientali ed economiche a causa della loro composizione complessa e dell'elevato contenuto salino. I metodi di trattamento tradizionali, tra cui l'evaporazione e la filtrazione a membrana, spesso si scontrano con inefficienza energetica o inquinamento secondario. L'applicazione dell'elettrolisi ionica a membrana come approccio innovativo al trattamento delle acque reflue ad alta salinità. Sfruttando i principi elettrochimici e le membrane a scambio ionico selettivo, questa tecnologia offre potenziali soluzioni per il recupero dei sali, la degradazione organica e la purificazione dell'acqua. Vengono discussi i meccanismi del trasporto ionico selettivo, l'efficienza energetica e la scalabilità, oltre a problematiche come l'incrostazione e la corrosione delle membrane. Casi di studio e recenti progressi evidenziano il ruolo promettente degli elettrolizzatori a membrana ionica nella gestione sostenibile delle acque reflue.

• 1. Introduzione*
  Le acque reflue ad alta salinità, caratterizzate da solidi disciolti superiori a 5.000 mg/L, rappresentano un problema critico nelle industrie in cui il riutilizzo dell'acqua e lo scarico zero di liquidi (ZLD) sono prioritari. I trattamenti convenzionali come l'osmosi inversa (RO) e l'evaporazione termica presentano limitazioni nella gestione di condizioni di elevata salinità, con conseguenti elevati costi operativi e incrostazioni delle membrane. L'elettrolisi ionica a membrana, originariamente sviluppata per la produzione di cloro-soda, si è affermata come un'alternativa versatile. Questa tecnologia utilizza membrane iono-selettive per separare e controllare la migrazione degli ioni durante l'elettrolisi, consentendo la purificazione dell'acqua e il recupero simultaneo delle risorse.

• 2. Principio dell'elettrolisi a membrana ionica*
  L'elettrolizzatore a membrana ionica è costituito da un anodo, un catodo e una membrana a scambio cationico o a scambio anionico. Durante l'elettrolisi:
• Membrana a scambio cationico:Consente il passaggio dei cationi (ad esempio Na⁺, Ca²⁺) bloccando gli anioni (Cl⁻, SO₄²⁻), indirizzando la migrazione degli ioni verso i rispettivi elettrodi.
• Reazioni elettrochimiche:
• Anodo:L'ossidazione degli ioni cloruro genera gas cloro e ipoclorito, che degradano le sostanze organiche e disinfettano l'acqua.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Catodo:La riduzione dell'acqua produce idrogeno gassoso e ioni idrossido, aumentando il pH e favorendo la precipitazione degli ioni metallici.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Separazione del sale:La membrana facilita il trasporto selettivo degli ioni, consentendo la concentrazione della salamoia e il recupero dell'acqua dolce.

3. Applicazioni nel trattamento delle acque reflue ad alta salinità*
UN.Recupero del sale e valorizzazione della salamoia
I sistemi a membrana ionica possono concentrare flussi di salamoia (ad esempio, provenienti da scarti di impianti di osmosi inversa) per la cristallizzazione del sale o la produzione di idrossido di sodio. Ad esempio, gli impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare possono recuperare NaCl come sottoprodotto.

B.Degradazione degli inquinanti organici
L'ossidazione elettrochimica all'anodo degrada i composti organici refrattari tramite ossidanti forti come ClO⁻ e HOCl. Studi dimostrano una rimozione del 90% dei composti fenolici nell'acqua di mare simulata.

C.Rimozione dei metalli pesanti
Le condizioni alcaline al catodo inducono la precipitazione di idrossidi di metalli (ad esempio, Pb²⁺, Cu²⁺), ottenendo un'efficienza di rimozione >95%.

D.Purificazione dell'acqua
Le prove su scala pilota dimostrano tassi di recupero dell'acqua dolce superiori all'80% con conduttività ridotta da 150.000 µS/cm a <1.000 µS/cm.