Combiner les ultrasons avec d'autres technologies de traitement de l'eau

Combiner les ultrasons avec d'autres technologies de traitement de l'eau

1. Ultrasons – Technologie traditionnelle de traitement de l’eau

Les ultrasons génèrent de puissantes forces de cisaillement et des effets de cavitation, détruisant efficacement les polluants présents dans l'eau, tels que les ions de métaux lourds, la matière organique et les nutriments comme l'azote et le phosphore. La combinaison de cela avec les méthodes traditionnelles de traitement de l’eau, telles que la coagulation, la sédimentation et la filtration, peut encore améliorer l’efficacité du traitement de l’eau. Par exemple, les eaux usées pétrochimiques contiennent de grandes quantités de matières organiques et de substances toxiques, ce qui présente de graves risques pour l’environnement et la santé humaine. La technologie des ultrasons peut éliminer efficacement ces substances organiques et toxiques des eaux usées pétrochimiques grâce aux effets synergiques des effets physicochimiques et biologiques, permettant ainsi un traitement efficace. Les eaux usées de teinture contiennent de grandes quantités de colorants et d’auxiliaires, ce qui les rend difficiles à traiter. Les méthodes traditionnelles de traitement de l’eau ne peuvent éliminer que les polluants simples présents dans les eaux usées. La technologie des ultrasons peut perturber la structure chimique des colorants et des auxiliaires, favorisant ainsi leur agrégation et leur précipitation. Les ultrasons activent également l’oxygène dissous dans l’eau, générant des oxydants puissants tels que des radicaux hydroxyles, qui dégradent davantage les polluants organiques. Wu et coll. traité les eaux usées d'uranium radioactif à l'aide d'un procédé combiné optimisé ultrasons-floculation-précipitation. Ils ont trouvé un effet synergique significatif entre les ultrasons et le dosage du floculant, atteignant un taux d'élimination des ions uranium de 95,4 %.

2. Technologie des membranes à ultrasons

La technologie des membranes joue un rôle essentiel dans le traitement de l’eau potable, mais l’encrassement des membranes constitue un problème clé dans le traitement des membranes. La recherche a montré que les vibrations mécaniques, le flux acoustique et la cavitation acoustique générés par les ultrasons améliorent non seulement la capacité de séparation de la membrane, mais nettoient également efficacement la surface de la membrane, inhibant la polarisation de concentration et l'encrassement de la membrane, améliorant ainsi dans une certaine mesure le flux de la membrane. De plus, en tant que forme d’énergie, la propagation des ultrasons dans une solution peut provoquer une compression et une expansion périodiques de la solution, générant des microvibrations dans l’eau. Bien que l’amplitude soit faible, l’accélération est élevée, favorisant le processus de séparation membranaire. Muthukumaran et coll. Je pense qu'il existe quatre mécanismes d'amélioration dans le processus de séparation membranaire amélioré par les ultrasons : 1) Les ondes acoustiques peuvent agglomérer des particules ultrafines, réduisant ainsi l'adsorption des solutés membranaires et le colmatage des pores, inhibant ainsi l'encrassement de la membrane ; 2) Les ultrasons peuvent fournir une énergie de vibration mécanique suffisante pour éloigner certaines particules en suspension dans la solution de la surface de la membrane, empêchant ainsi le dépôt de particules, atténuant efficacement la polarisation de concentration et la formation d'une couche de gâteau de filtration, et réduisant considérablement la résistance de la couche limite et la résistance du gâteau de filtration ; 3) La microfluidique générée par les ultrasons peut briser la couche de gel et la couche de gâteau de filtration formées à la surface de la membrane, les dispersant dans le liquide ; 4) Les turbulences macroscopiques provoquées par les microjets, les ondes de choc et les impulsions acoustiques peuvent améliorer la diffusion au sein de l'écoulement turbulent principal et également induire des turbulences locales dans la couche limite. Cette turbulence locale transforme la diffusion moléculaire dans la couche limite en diffusion turbulente, améliorant finalement le transfert de masse convectif entre le matériau et l'interface.

3. Technologie ultrasonique-ozone

Actuellement, des recherches approfondies ont été menées sur la technologie de l’ozone ultrasonique. L'ozone peut générer des radicaux libres d'oxygène chimiquement actifs sous l'action des ultrasons. Ces radicaux libres peuvent se combiner avec l'ozone pour générer de l'oxygène, ou réagir avec l'eau pour générer des espèces oxydantes fortes telles que ·OH et ·H2O2 (formules (1) à (4)), favorisant ainsi la décomposition de l'ozone et améliorant l'efficacité de la réaction. Les recherches de Helfred et al. [11] ont montré que les ultrasons peuvent écraser les bulles contenant de l'ozone en « microbulles ». La surface spécifique des « microbulles » est 101 à 104 fois plus grande que celle des bulles ordinaires, ce qui augmente la surface de contact entre l'ozone et l'eau et accélère le taux de dissolution de l'ozone dans l'eau. Ziylani-Yavas et al. [12] ont étudié la méthode ultrasonique-ozone pour traiter le paracétamol. Les résultats ont montré que la technologie combinée a amélioré la production d’espèces oxydantes et amélioré le taux de minéralisation des polluants.

4. Technologie photocatalytique ultrasonique

La technologie photocatalytique fait référence à une technologie qui utilise la capacité redox des photocatalyseurs sous la lumière pour purifier les polluants et les substances synthétiques. La technologie photocatalytique est très populaire en raison de ses conditions de réaction douces et de ses vastes domaines d'application. La combinaison des technologies ultrasoniques et photocatalytiques peut décomposer les substances hydrophobes et élargir le chemin de transfert des trous électroniques photogénérés. Les résultats des recherches de Hamdaoui et al. [13] ont montré que dans les mêmes conditions, la combinaison du rayonnement ultrasonore et du processus photochimique entraînait une augmentation du taux de minéralisation du chlorophénol par rapport à l'utilisation de technologies de traitement distinctes. Cela signifie qu'il existe un grand effet synergique entre les trois processus d'oxydation que sont l'action photochimique directe, la sonochimie à haute fréquence et la réaction de l'ozone générée par le rayonnement ultraviolet de l'air. Les facteurs affectant le traitement par ultrasons des ressources en eau comprennent principalement les paramètres d'utilisation des ultrasons, tels que la fréquence, la puissance et l'intensité sonore, ainsi que les paramètres physiques et chimiques des eaux usées à traiter, tels que la température, les particules et les propriétés des polluants. De plus, le processus de traitement par ultrasons est également affecté par des facteurs tels que l’intensité de la puissance ultrasonique. Durant le processus de dégradation, la vitesse de réaction n’est pas constante. D’une manière générale, plus l’intensité de la puissance ultrasonique est élevée, plus la vitesse de réaction est rapide. En tant que technologie respectueuse de l’environnement, les ultrasons présentent un grand potentiel d’application dans la future industrie du traitement de l’eau.

 Bien que cette technologie ait permis d'obtenir certains résultats de recherche, les problèmes de consommation d'énergie élevée et de faible réduction du rendement lorsqu'elle est utilisée seule doivent être résolus davantage. Par exemple, comment optimiser la structure et les performances de l'équipement à ultrasons pour améliorer sa stabilité et son efficacité, comment mener des recherches approfondies sur le mécanisme des ultrasons pour parvenir à son application efficace, sûre et respectueuse de l'environnement, et comment développer de nouveaux processus de traitement par ultrasons pour s'adapter à différents types de conditions de qualité des eaux usées et de l'eau et réduire la consommation d'énergie ultrasonique. Surmonter les goulots d'étranglement et surmonter les obstacles sur la base des recherches existantes nous aidera à nous adapter aux problèmes en constante évolution de la qualité de l'eau.