• 抽象的な
  石油精製、化学製造、淡水化プラントなどの産業プロセスから発生する高塩分廃水は、その複雑な組成と高い塩分濃度により、環境面および経済面で重大な課題を引き起こしています。蒸発法や膜ろ過法といった従来の処理方法は、エネルギー効率の低さや二次汚染の問題を抱えることが多くあります。高塩分廃水処理における革新的なアプローチとして、イオン膜電解法が提案されています。電気化学的原理と選択的イオン交換膜を活用することで、この技術は塩回収、有機物分解、そして水浄化のための潜在的なソリューションを提供します。イオン選択輸送、エネルギー効率、そして拡張性といったメカニズムに加え、膜汚染や腐食といった課題についても考察します。事例研究や最近の進歩は、持続可能な廃水管理におけるイオン膜電解装置の有望な役割を浮き彫りにしています。

• 1. はじめに*
  溶解性固形物濃度が5,000mg/Lを超える高塩分廃水は、水の再利用とゼロ液体排出（ZLD）が優先される産業において深刻な問題となっています。逆浸透（RO）や加熱蒸発といった従来の処理方法では、高塩分廃水への対応に限界があり、運用コストの上昇や膜ファウリングの発生につながります。イオン膜電解は、もともと塩素アルカリ製造用に開発されましたが、汎用性の高い代替技術として注目されています。この技術は、イオン選択膜を用いて電解中のイオン移動を分離・制御することで、水の浄化と資源回収を同時に実現します。

• 2. イオン膜電気分解の原理*
  イオン膜電解装置は、陽極、陰極、および陽イオン交換膜または陰イオン交換膜で構成されています。電解中：
• 陽イオン交換膜：陽イオン（Na⁺、Ca²⁺など）を通過させ、陰イオン（Cl⁻、SO₄²⁻）をブロックして、イオンの移動をそれぞれの電極に導きます。
• 電気化学反応:
• アノード：塩化物イオンの酸化により塩素ガスと次亜塩素酸塩が生成され、有機物を分解して水を消毒します。
  2Cl−→Cl2+2e−2Cl⁻→Cl₂+2e⁻2Cl−→Cl2+2e−
• 陰極：水の還元により水素ガスと水酸化物イオンが生成され、pH が上昇して金属イオンの沈殿が促進されます。
  2H2O+2e−→H2+2OH−2H2O + 2e- → H2 + 2OH-2H2​O+2e−→H2+2OH−
• 塩の分離：この膜は選択的なイオン輸送を促進し、塩水濃縮と淡水回収を可能にします。

3. 高塩分廃水処理への応用*
a.塩の回収と塩水の価値向上
イオン膜システムは、RO分離膜から排出される塩水（例：塩水）を濃縮し、塩の結晶化や水酸化ナトリウムの製造に利用することができます。例えば、海水淡水化プラントでは、副産物として塩化ナトリウム（NaCl）を回収することができます。

b.有機汚染物質の分解
陽極における電気化学的酸化は、ClO⁻やHOClなどの強力な酸化剤を介して難分解性有機物を分解します。研究では、模擬HSWにおいてフェノール化合物の90%が除去されることが示されています。

紀元前重金属除去
陰極のアルカリ条件により金属（例：Pb²⁺、Cu²⁺）の水酸化物沈殿が誘発され、95% を超える除去効率が達成されます。

d.水の浄化
パイロット規模の試験では、導電率が 150,000 µS/cm から 1,000 µS/cm 未満に低下した状態で、淡水回収率が 80% を超えることが実証されています。