Af Matthew Taylor, Associate Researcher & Writer hos Save The Water ™ | 30. marts 2021
Ikke enhver vandrensningsteknologi matcher en given situation effektivt. For eksempel begrænser deres evne til at fjerne nogle forurenende stoffer fra vand, deres omkostninger og deres kapacitet dem. Vi har brug for nye teknologier til at løse disse problemer. Ultralydsteknologi kan give en løsning.
Hvad er ultralydsteknologi?
Ultralydsteknologi arbejder på basis af ultralydsbølger. Disse er højfrekvente bølger, der er for høje til, at et menneske kan høre, generelt 20 kilohertz og højere. Ultralydsenheder producerer disse bølger, som bevæger sig gennem vand som trykbølger. Enheder kaldet transducere omdanner elektrisk strøm til vibrationer. Transducere producerer oftest disse bølger.
Der er to typer transducere: piezoelektriske transducere og magnetostriktive transducere. I piezoelektriske transducere skabes vibration ved hjælp af piezoelektriske krystaller. Disse krystaller vibrerer, når elektricitet passerer gennem dem. Med magnetostriktive transducere passerer elektrisk strøm gennem spoler, som danner et magnetfelt. Som et resultat udvides transducerens kerne og trækker sig sammen.
Hvordan virker det at rense vand?
Ultralydsenheder producerer trykbølger. Disse bølger består af både positivt og negativt tryk, som veksler i cyklusser. I vand, når trykket overvinder vandets trækstyrke , som er dets evne til at modstå en kraft, der har tendens til at trække det fra hinanden, begynder en proces kaldet kavitation at forekomme.
Under kavitation dannes bobler, vokser og imploderer derefter. Tryk og temperatur stiger til enorme niveauer inde i boblerne. Når de imploderer, frigiver de en stor mængde energi i form af en chokbølge. Disse chokbølger kan bryde organisk stof op. Derfor kan ultralydsteknologi tackle bakterie- og algeforurening i vand. Vi kunne for eksempel bruge ultralydsteknologi til at afbøde den skadelige algeopblomstring i De Store Søer.
Ultralydsbølger kan produceres enten kontinuerligt eller gennem en puls. Ved vandbehandling produceres de oftere kontinuerligt, så de mere effektivt kan rense vandet. Bobler, der dannes med pulserende ultralydsbølger, producerer mindre energi, når de brister, hvilket gør dem mindre effektive.
Hvad er fordelene ved at bruge ultralydsteknologi til rensning af vand?
Ultralydsteknologi har flere fordele ved vandrensning:
Turbiditetsreduktion: Turbiditet henviser til, hvor klart vandet er. Ultralydsteknologi kan hjælpe med at gøre vandet mindre grumset og sænke dets turbiditet. En undersøgelse fra 2011 viste, at ultralydsbølger kan reducere turbiditet med så meget som 76%.
Vanddesinfektion: Ultralydsbølger er yderst effektive til at håndtere bakterie- og algeforurening i vand. De bobler, der dannes under kavitationsprocessen, når en temperatur i tusindvis af grader og et tryk i tusindvis af atmosfærer. Den resulterende implosion og efterfølgende chokbølge, stress og pludselige temperaturændringer dræber bakterierne. Som et resultat begrænser dette bakteriernes evne til at reproducere. En undersøgelse fra 1997 viste for eksempel, at 80 % af E. coli-bakterierne i drikkevand døde efter 15 minutter efter at have været udsat for ultralyd.
Nedbrydning af organiske forurenende stoffer: Ultralydsteknologi kan nedbryde andre organiske forurenende stoffer end bakterier og alger. Det kan også nedbryde organiske forurenende stoffer som pesticider, phenol og endda sprængstoffer. En undersøgelse fra 2004 viste for eksempel, at ultralydsbølger næsten fuldstændigt nedbryde visse kulbrinter, herunder naphthalen og acenaphthylen, i vand.
Fremtidig udvikling for ultralydsteknologi
Ultralydsteknologi har også ulemper, som forskere skal forholde sig til, før den kan blive mere udbredt:
Ny teknologi: Forskere skal lave mere undersøgelse og analyser for at gøre ultralydssystemer nemmere at designe. De skal videreudvikle teoretiske datamodeller for at standardisere designet af ultralydsenheder. Vi kan øge brugen af ultralydsenheder, når de først udvikler disse modeller. Vigtigst af alt vil dette gøre os i stand til at skalere dem op for at rense større mængder vand.
Omkostningsfrit: Ultralydsteknologier kan have høje vedligeholdelsesomkostninger. Dette skyldes vedligeholdelse og udskiftning af ultralydssonden, som bliver beskadiget under ultralydsaktivitet.
Kan let gå i stykker: Hvis ultralydsenheder går i stykker, kan de have brug for en specialist til at reparere dem. Dette krav kan efterlade et område uden vandbehandling i nogen tid. Derfor er teknologier, der er mere overkommelige og nemmere at reparere, meget mere almindelige.
Forhåbentlig bliver ultralydsteknologien mere tilgængelig, pålidelig og overkommelig. Denne teknologi er endnu et værdifuldt værktøj, vi kan bruge til at gøre vandet renere for alle.
