Ultrasonisk vandbehandlingsteknologi

Ultrasonisk vandbehandlingsteknologi

I de senere år har det økologiske miljø fået stigende opmærksomhed. I den nuværende kontekst med stadig mere alvorlige miljø- og ressourcebegrænsninger er det derfor af hastende og vigtigt at beskytte det bedre. Vandmiljøet er en afgørende bestanddel af det økologiske miljø. Undladelse af at beskytte det effektivt og effektivt håndtere vandforurening vil ikke kun direkte påvirke beboernes dagligdag, men også udløse forskellige sociale konflikter og problemer, der hæmmer menneskelig udvikling.

Ultralydsteknologi til vandbehandling udnytter kavitationen og termiske virkninger af ultralyd til at behandle vandressourcerne i dybden. Den er enkel at betjene, miljøvenlig og forureningsfri og opfylder behovene for bæredygtig udvikling. Denne artikel, der starter med ultralyd og analyserer traditionelle vandbehandlingsmetoder, gennemgår ultralydsvandbehandlingsteknologiens bidrag til vandforurening fra forskellige perspektiver, herunder vandforekomster, påføringsmetoder, mekanismer og indflydelsesfaktorer, og giver perspektiver for den fremtidige udvikling af ultralydsvandbehandling.

Ultralydsbølger omtales generelt som lydbølger med en vibrationsfrekvens mellem 20 kHz og 10 MHz, samt elastiske bølger genereret i et medium. I øjeblikket undersøger mange forskere, både nationalt og internationalt, integrationen af ​​ultralyd med vandbehandling i håb om effektivt at fjerne forurenende stoffer fra vandet. Ultralyd kan virke på bakterier i aktiveret slam, hvilket øger effektiviteten til fjernelse af forurenende stoffer ved at øge bakteriel aktivitet. Lav-intensitet ultralydsbestråling kan effektivt øge den biologiske aktivitet af anaerobt ammoniumoxidationsgranulært slam. Ultralyd kan virke på organiske forurenende stoffer i vand og derved forbedre sammensætningen og miljøet af spildevand og øge spildevandets nedbrydningshastigheder. Når ultralyd forplanter sig gennem væske, får det partiklerne i mediet til at vibrere, hvilket accelererer molekylære kollisioner og udsætter dem for større mekaniske kræfter og fjerner derved snavs eller forurening knyttet til mediets overflade. Desuden kan ultralyd virke på enzymer, øge deres aktivitet og forbedre effektiviteten til fjernelse af forurenende stoffer. Mens ultralyd kan hjælpe med at fjerne organiske forurenende stoffer fra vand, har det også begrænsninger, såsom energiforbrug, begrænset anvendelse og faktorer, der påvirker effektiviteten af ​​forurenende behandling. Derfor er det blevet et varmt forskningsemne, hvordan man kan forbedre effektiviteten til fjernelse af ultralyd, reducere energiforbruget og udvide dets anvendelse.

Typer af vand behandlet med ultralyd

Ultralyd kan bruges til at behandle en lang række forskellige vandtyper, herunder husholdningsspildevand, industrispildevand, overfladevand, marint spildevand, uorganisk spildevand med højt ammoniakindhold og nitrogen, sjældne jordarters spildevand og lavtemperatur husholdningsspildevand. Husholdningsspildevand er særligt relevant for menneskers liv. Husspildevand refererer til vand, der udledes fra dagligdagen og kommercielle og industrielle aktiviteter, primært fra boliger, skoler, hospitaler, butikker, offentlige steder og industrivirksomheder. Dette spildevand indeholder en stor mængde organisk og uorganisk materiale, såsom proteiner, kulhydrater, fedtstoffer, urinstof og ammoniak-nitrogen, og uorganisk materiale såsom silt og affald. Desuden indeholder husholdningsspildevand også et stort antal sygdomsfremkaldende mikroorganismer og parasitæg. Disse forurenende stoffer udgør en betydelig trussel mod miljøet og menneskers sundhed, hvilket nødvendiggør hurtig behandling. I nogle tilfælde bruges ultralyd til at forstyrre strukturen af ​​organisk stof i spildevand, hvilket fremmer mikrobiel nedbrydning. Desuden hjælper ultralyds kavitations- og agitationseffekter i koaguleringen og sedimenteringen af ​​suspenderede faste stoffer. Industrielt spildevand refererer til spildevand, der genereres under industriel produktion, herunder vaskevand, kølevand og vand, der bruges til udstyr og rengøring på stedet.

Dette spildevand indeholder tabte industrielle råmaterialer, mellemprodukter, biprodukter og forurenende stoffer genereret under produktionsprocessen. Industrielt spildevand har typisk høje forurenende koncentrationer og en kompleks sammensætning, hvilket udgør betydelige risici for miljøet og økosystemerne. Det kræver specialiseret spildevandsrensning for at opfylde standarderne før udledning. For eksempel bruger en elektronikproducent højfrekvent ultralydsudstyr til at behandle spildevand. De mekaniske og kemiske virkninger af ultralyd nedbryder de molekylære strukturer af organisk stof og olie i spildevandet og nedbryder dem til mindre molekyler for lettere behandling.

Anvendelser af ultralydsteknologi i vandbehandling

Ultralydsteknologi kan bruges alene eller i kombination med andre vandbehandlingsteknologier. Generelt er ultralyd alene ineffektiv til nedbrydning af forurenende stoffer og bruger meget energi. Kombinerede teknologier tilbyder højere effektivitet og lavere omkostninger, hvilket repræsenterer en lovende fremtidig udviklingsretning for ultralydsapplikationer.

Ultralydsteknologi alene

1. Sterilisering og desinfektion

Ultralydsteknologi kan lokalt tynde membranoverfladen gennem steady-state kavitation, hvilket gør celler mere permeable for andre celler under stablingsprocessen. Dette fremskynder materialeudveksling over cellemembranen og fremmer spildevandsrensning. Dens desinfektions- og steriliseringsmål opnås primært ved at ødelægge bakterielle cellevægge, hvilket fører til bakteriel død. Ultralydsteknologi kan også fremkalde en resonanseffekt i bakterier, hvilket yderligere forbedrer steriliseringseffektiviteten. Mens ultralydsteknologi er yderst effektiv til sterilisering og desinficering af drikkevand, svømmebassinvand og hospitalsspildevand, kan kavitationseffekten få opløst nitrogen og ilt i vandet til at reagere og producere uorganiske nitrogenholdige biprodukter. Hvis biprodukter udledes direkte i miljøet uden behandling, kan de forurene vandområder og endda udgøre langsigtede risici for menneskers sundhed.

2. Biologisk nedbrydning

Ultralydsteknologi bruges primært i biologiske forbehandlingsprocesser, primært for at reducere spildevandstoksicitet og øge BOD5/COD-forholdet og derved fremme dets biologiske nedbrydelighed. Mikroorganismer er de primære agenser i biologisk spildevandsrensning. I øjeblikket bruger de fleste spildevandsrensningsanlæg stadig traditionelle biologiske behandlingsmetoder til at behandle opløseligt, let nedbrydeligt organisk stof. Effektiviteten af ​​traditionel biologisk behandling er imidlertid væsentligt påvirket af påvirkningskvalitet og kvantitet. Behandlingseffektiviteten er ofte ringe, når den påvirkningskvalitet og -mængde svinger betydeligt, eller når den indeholder genstridige stoffer. Ultralyd med lav intensitet øger ofte den biologiske behandlingseffektivitet gennem mekaniske, termiske, kavitations- og skadevirkninger. De mekanismer, hvorved lav-intensitet ultralyd fremmer biologiske reaktioner, kommer primært til udtryk på følgende måder: 1) Forbedret masseoverførsel: øget cellemembranpermeabilitet og lette transporten af ​​stoffer ind og ud af celler; 2) Øget enzymaktivitet: øger reaktanters indtræden i og udgangen af ​​produkter fra enzymaktive centre, reducerer inhiberingen af ​​enzymaktivitet forårsaget af akkumulering af sekundære metabolitter, hvorved enzymaktiviteten øges og enzymkatalyserede reaktioner fremmes; 3) Accelereret cellevækst: Passende ultralydsfrekvens, intensitet og varighed kan øge den samlede cellulære metaboliske effektivitet og accelerere cellevækst.

3. Fremme regenerering af aktivt kul

Ultralyd kan fremme regenereringen af ​​aktivt kul gennem akustisk kavitation. Når ultralyd forplanter sig gennem væske, genererer det kavitationsbobler. Det øjeblikkelige sammenbrud af disse kavitationsbobler producerer intense chokbølger og mikrojets. Disse fysiske effekter fremmer desorptionen af ​​adsorbater fra de aktiverede kulporer og forbedrer derved regenereringseffektiviteten. Liu Cheng et al. undersøgte effektiviteten og mekanismen af ​​lavfrekvent ultralyd på regenerering af aktivt kul. Resultaterne viste, at lavfrekvent ultralyd forbedrede adsorptionsindekset for aktivt kul og kunne også opretholde den høje biologiske nedbrydelighed af biologisk aktivt kul til en vis grad. De mente, at de høje temperatur-, højtryks-mikrojets og mikrovæskestrømme, der blev genereret af brud på kavitationsbobler under ultralydsprocessen, fremmede regenereringen af ​​aktivt kul.