تقنية معالجة المياه بالتحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي (ED) هو عملية تستخدم غشاءً شبه نفاذ ومجالًا كهربائيًا للتيار المستمر لنقل جزيئات المذاب المشحونة (مثل الأيونات) بشكل انتقائي من المحلول. تعمل هذه العملية على تركيز وتخفيف وتنقية المحاليل عن طريق توجيه المذابات المشحونة بعيدًا عن الماء والمكونات الأخرى غير المشحونة. وقد تطور التحليل الكهربائي ليصبح وحدة كيميائية واسعة النطاق، ويلعب دورًا هامًا في تكنولوجيا فصل الأغشية. ويُستخدم على نطاق واسع في صناعات مثل تحلية المياه الكيميائية، وتحلية مياه البحر، والأغذية والأدوية، ومعالجة مياه الصرف الصحي. في بعض المناطق، أصبح الطريقة الأساسية لإنتاج مياه الشرب. ويتميز بمزايا عديدة، منها انخفاض استهلاك الطاقة، وفوائد اقتصادية كبيرة، وبساطة المعالجة المسبقة، ومتانة المعدات، ومرونة تصميم النظام، وسهولة التشغيل والصيانة، ونظافة العملية، وانخفاض استهلاك المواد الكيميائية، والحد الأدنى من التلوث البيئي، وطول عمر الجهاز، وارتفاع معدلات استعادة المياه (تتراوح عادةً بين 65% و80%).

تشمل تقنيات التحليل الكهربائي الشائعة إزالة الأيونات الكهربائية (EDI)، وعكس التحليل الكهربائي (EDR)، والتحليل الكهربائي باستخدام الأغشية السائلة (EDLM)، والتحليل الكهربائي بدرجة حرارة عالية، والتحليل الكهربائي من النوع الدوار، والتحليل الكهربائي باستخدام غشاء ثنائي القطب، وغيرها.

يمكن استخدام التحليل الكهربائي لمعالجة أنواع مختلفة من مياه الصرف الصحي، بما في ذلك مياه الصرف الناتجة عن الطلاء الكهربائي ومياه الصرف الملوثة بالمعادن الثقيلة. يُستخدم هذا الأسلوب لاستخلاص أيونات المعادن ومواد أخرى من مياه الصرف، مما يسمح باستعادة المياه والموارد القيّمة وإعادة استخدامها، مع تقليل التلوث والانبعاثات. أظهرت الدراسات أن التحليل الكهربائي قادر على استخلاص النحاس والزنك، بل وحتى أكسدة الكروم الثلاثي (Cr3+) إلى الكروم السداسي (Cr6+) أثناء معالجة محاليل التخميل في عملية إنتاج النحاس. بالإضافة إلى ذلك، تم دمج التحليل الكهربائي مع التبادل الأيوني لاستخلاص المعادن الثقيلة والأحماض من مياه الصرف الناتجة عن التخليل الحمضي في التطبيقات الصناعية. وقد استُخدمت أجهزة تحليل كهربائي مصممة خصيصًا، تستخدم راتنجات التبادل الأنيوني والكاتيوني كحشوات، لمعالجة مياه الصرف الملوثة بالمعادن الثقيلة، مما يحقق إعادة تدوير مغلقة وانعدام التصريف. كما يمكن تطبيق التحليل الكهربائي لمعالجة مياه الصرف القلوية والعضوية.

أجرى مختبر الدولة الرئيسي لمكافحة التلوث وإعادة استخدام الموارد في الصين بحثًا حول معالجة مياه الصرف الناتجة عن غسل القلويات والمحتوية على غازات مخلفات كلورة الإيبوكسي بروبان باستخدام التحليل الكهربائي لغشاء التبادل الأيوني. عند تطبيق جهد كهربائي قدره 5.0 فولت ومدة دوران 3 ساعات، بلغت نسبة إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) من مياه الصرف 78%، وبلغت نسبة استخلاص القلويات 73.55%، مما يجعلها معالجة أولية فعالة للوحدات الكيميائية الحيوية اللاحقة. كما استخدمت شركة شاندونغ لوهوا للبتروكيماويات تقنية التحليل الكهربائي لمعالجة مياه الصرف المحتوية على أحماض عضوية معقدة عالية التركيز، بتراكيز تتراوح بين 3% و15%. لا ينتج عن هذه الطريقة أي مخلفات أو تلوث ثانوي، ويحتوي المحلول المركز الناتج على نسبة حمض تتراوح بين 20% و40%، ويمكن إعادة تدويره ومعالجته، مما يقلل محتوى الحمض في مياه الصرف إلى ما بين 0.05% و0.3%. بالإضافة إلى ذلك، استخدمت شركة سينوبك سيتشوان للبتروكيماويات جهازًا متخصصًا للتحليل الكهربائي لمعالجة مياه الصرف المكثفة، محققةً طاقة معالجة قصوى تبلغ 36 طنًا/ساعة، حيث وصل محتوى نترات الأمونيوم في المياه المركزة إلى أكثر من 20%، وحققت معدل استخلاص يزيد عن 96%. وكانت نسبة كتلة نيتروجين الأمونيوم في المياه العذبة المعالجة ≤ 40 ملغم/لتر، ما يفي بالمعايير البيئية.