Von Matthew Taylor, Associate Researcher und Autor bei Save The Water ™ | 30. März 2021
Nicht jede Wasseraufbereitungstechnologie passt effektiv zu einer bestimmten Situation. Ihre Fähigkeit, einige Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen, ihre Kosten und ihre Kapazität schränken sie beispielsweise ein. Wir brauchen neue Technologien, um diese Probleme anzugehen. Die Ultraschalltechnologie könnte eine Lösung bieten.
Was ist Ultraschalltechnologie?
Die Ultraschalltechnik funktioniert auf Basis von Ultraschallwellen. Dabei handelt es sich um hochfrequente Wellen, die zu hoch sind, als dass ein Mensch sie hören könnte, in der Regel 20 Kilohertz und höher. Ultraschallgeräte erzeugen diese Wellen, die sich als Druckwellen durch das Wasser bewegen. Geräte, sogenannte Wandler, wandeln elektrische Energie in Vibration um. Am häufigsten werden diese Wellen durch Wandler erzeugt.
Es gibt zwei Arten von Wandlern: piezoelektrische Wandler und magnetostriktive Wandler. Bei piezoelektrischen Wandlern werden Schwingungen mithilfe von piezoelektrischen Kristallen erzeugt. Diese Kristalle vibrieren, wenn Strom durch sie fließt. Bei magnetostriktiven Wandlern fließt elektrischer Strom durch Spulen, wodurch ein Magnetfeld entsteht. Dadurch dehnt sich der Kern des Wandlers aus und zieht sich zusammen.
Wie funktioniert die Wasserreinigung?
Ultraschallgeräte erzeugen Druckwellen. Diese Wellen bestehen sowohl aus positivem als auch negativem Druck, die sich zyklisch abwechseln. Wenn im Wasser der Druck die .Zugfestigkeit des Wassers übersteigt, also seine Fähigkeit, einer Kraft zu widerstehen, die dazu neigt, es auseinanderzuziehen, beginnt ein Prozess namens Kavitation aufzutreten
Bei der Kavitation bilden sich Blasen, wachsen und implodieren dann. In den Blasen bauen sich Druck und Temperatur enorm auf. Wenn sie implodieren, setzen sie große Energiemengen in Form einer Stoßwelle frei. Diese Stoßwellen können organisches Material aufbrechen. Daher kann die Ultraschalltechnologie die Bakterien- und Algenverschmutzung im Wasser bekämpfen. Wir könnten beispielsweise Ultraschalltechnologie einsetzen, um die schädlichen Algenblüten in den Großen Seen einzudämmen.
Ultraschallwellen können entweder kontinuierlich oder gepulst erzeugt werden. Bei der Wasseraufbereitung werden sie häufiger kontinuierlich produziert, um das Wasser effektiver zu reinigen. Blasen, die sich durch pulsierende Ultraschallwellen bilden, erzeugen beim Platzen weniger Energie und sind daher weniger wirksam.
Welche Vorteile bietet der Einsatz von Ultraschalltechnologie bei der Wasserreinigung?
Die Ultraschalltechnologie bietet bei der Wasserreinigung mehrere Vorteile:
Trübungsreduzierung: Trübung bezieht sich darauf, wie klar das Wasser ist. Ultraschalltechnologie kann dazu beitragen, die Wassertrübung zu verringern und die Trübung zu verringern. Eine Studie aus dem Jahr 2011 ergab, dass Ultraschallwellen die Trübung um bis zu 76 % reduzieren können.
Wasserdesinfektion: Ultraschallwellen sind hochwirksam bei der Bekämpfung von Bakterien- und Algenverschmutzung im Wasser. Die beim Kavitationsprozess entstehenden Blasen erreichen eine Temperatur von mehreren Tausend Grad und einen Druck von mehreren Tausend Atmosphären. Die daraus resultierende Implosion und die anschließende Schockwelle, Stress und plötzliche Temperaturänderungen töten die Bakterien ab. Dadurch wird der Bakterien eingeschränkt. die Vermehrungsfähigkeit Eine Studie aus dem Jahr 1997 ergab beispielsweise, dass nach 15-minütiger Ultraschalleinwirkung 80 % der E. coli-Bakterien im Trinkwasser abgestorben sind.
Abbau organischer Schadstoffe: Ultraschalltechnologie kann neben Bakterien und Algen auch organische Schadstoffe abbauen. Es kann auch organische Schadstoffe wie Pestizide, Phenol und sogar Sprengstoffe abbauen. Eine Studie aus dem Jahr 2004 ergab beispielsweise, dass Ultraschallwellen bestimmte Kohlenwasserstoffe, darunter Naphthalin und Acenaphthylen, im Wasser fast vollständig abbauen.
Zukünftige Entwicklungen für die Ultraschalltechnologie
Die Ultraschalltechnologie hat auch Nachteile, die Forscher angehen müssen, bevor sie sich weiter verbreiten kann:
Neue Technologie: Forscher müssen mehr Untersuchungen und Analysen durchführen, um die Entwicklung von Ultraschallsystemen zu vereinfachen. Sie müssen theoretische Datenmodelle weiterentwickeln, um das Design von Ultraschallgeräten zu standardisieren. Sobald diese Modelle entwickelt werden, können wir den Einsatz von Ultraschallgeräten steigern. Am wichtigsten ist, dass wir dadurch größere Mengen Wasser reinigen können.
Kostenübergreifend: Ultraschalltechnologien können hohe Wartungskosten verursachen. Dies ist auf die Wartung und den Austausch der Ultraschallsonde zurückzuführen, die während der Ultraschallaktivität beschädigt wird.
Kann leicht kaputt gehen: Wenn Ultraschallgeräte kaputt gehen, ist möglicherweise die Reparatur durch einen Spezialisten erforderlich. Diese Anforderung kann dazu führen, dass ein Bereich für einige Zeit ohne Wasseraufbereitung bleibt. Daher sind Technologien, die erschwinglicher und einfacher zu reparieren sind, viel häufiger anzutreffen.
Hoffentlich wird die Ultraschalltechnologie zugänglicher, zuverlässiger und erschwinglicher. Diese Technologie ist ein weiteres wertvolles Werkzeug, mit dem wir Wasser für alle sauberer machen können.
