• Abstrakt
  Hochsalzhaltiges Abwasser aus industriellen Prozessen wie der Ölraffination, der chemischen Produktion und Entsalzungsanlagen stellt aufgrund seiner komplexen Zusammensetzung und seines hohen Salzgehalts erhebliche ökologische und wirtschaftliche Herausforderungen dar. Herkömmliche Behandlungsmethoden, darunter Verdampfung und Membranfiltration, kämpfen oft mit Energieeffizienz oder Sekundärverschmutzung. Die Anwendung der Ionenmembranelektrolyse als innovativer Ansatz zur Behandlung von hochsalzhaltigem Abwasser. Durch die Nutzung elektrochemischer Prinzipien und selektiver Ionenaustauschmembranen bietet diese Technologie potenzielle Lösungen für die Salzrückgewinnung, den organischen Abbau und die Wasserreinigung. Die Mechanismen des ionenselektiven Transports, die Energieeffizienz und die Skalierbarkeit werden ebenso diskutiert wie Herausforderungen wie Membranfouling und Korrosion. Fallstudien und aktuelle Fortschritte unterstreichen die vielversprechende Rolle von Ionenmembranelektrolyseuren im nachhaltigen Abwassermanagement.

• 1. Einleitung*
  Abwasser mit hohem Salzgehalt, gekennzeichnet durch gelöste Feststoffe von über 5.000 mg/l, ist ein kritisches Problem in Branchen, in denen Wasserwiederverwendung und Zero-Liquid-Ableitung (ZLD) Priorität haben. Herkömmliche Verfahren wie Umkehrosmose (RO) und thermische Verdampfung stoßen bei der Handhabung von stark salzhaltigen Abwässern an ihre Grenzen, was zu hohen Betriebskosten und Membranverschmutzung führt. Die Ionenmembranelektrolyse, ursprünglich für die Chloralkaliproduktion entwickelt, hat sich als vielseitige Alternative etabliert. Diese Technologie nutzt ionenselektive Membranen zur Trennung und Kontrolle der Ionenmigration während der Elektrolyse und ermöglicht so gleichzeitig Wasserreinigung und Ressourcenrückgewinnung.

• 2. Prinzip der Ionenmembran-Elektrolyse*
  Der Ionenmembran-Elektrolyseur besteht aus einer Anode, einer Kathode und einer Kationen- oder Anionenaustauschermembran. Während der Elektrolyse:
• Kationenaustauschermembran:Lässt Kationen (z. B. Na⁺, Ca²⁺) passieren, blockiert aber Anionen (Cl⁻, SO₄²⁻) und lenkt so die Ionenwanderung in Richtung der jeweiligen Elektroden.
• Elektrochemische Reaktionen:
• Anode:Durch die Oxidation von Chloridionen entstehen Chlorgas und Hypochlorit, die organische Stoffe abbauen und das Wasser desinfizieren.
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• Kathode:Durch die Reduktion von Wasser entstehen Wasserstoffgas und Hydroxidionen, wodurch der pH-Wert erhöht und die Ausfällung von Metallionen gefördert wird.
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻2H2​O+2e−→H2+2OH−
• Salztrennung:Die Membran erleichtert den selektiven Ionentransport und ermöglicht so die Salzlösungskonzentration und Süßwasserrückgewinnung.

3. Anwendungen in der Behandlung von hochsalzhaltigem Abwasser*
A.Salzgewinnung und Soleverwertung
Ionenmembransysteme können Soleströme (z. B. aus RO-Abfall) für die Salzkristallisation oder die Natriumhydroxidproduktion konzentrieren. Beispielsweise können Meerwasserentsalzungsanlagen NaCl als Nebenprodukt gewinnen.

B.Abbau organischer Schadstoffe
Durch elektrochemische Oxidation an der Anode werden feuerfeste organische Verbindungen durch starke Oxidationsmittel wie ClO⁻ und HOCl abgebaut. Studien zeigen eine 90-prozentige Entfernung phenolischer Verbindungen in simuliertem HSW.

C.Schwermetallentfernung
Alkalische Bedingungen an der Kathode führen zur Hydroxidfällung von Metallen (z. B. Pb²⁺, Cu²⁺), wodurch eine Entfernungseffizienz von >95 % erreicht wird.

D.Wasseraufbereitung
Pilotversuche zeigen Süßwasserrückgewinnungsraten von über 80 % bei einer Reduzierung der Leitfähigkeit von 150.000 µS/cm auf <1.000 µS/cm.