Írta: Matthew Taylor, a Save The Water társkutatója és írója ™ | 2021. március 30
Nem minden víztisztító technológia felel meg hatékonyan egy adott helyzetnek. Például az, hogy képesek eltávolítani bizonyos szennyeződéseket a vízből, költségük és kapacitásuk korlátozza őket. E problémák megoldásához új technológiákra van szükségünk. Az ultrahangos technológia megoldást jelenthet.
Mi az ultrahangos technológia?
Az ultrahangos technológia ultrahanghullámok alapján működik. Ezek olyan magas frekvenciájú hullámok, amelyek túl magasak ahhoz, hogy az ember meghallja, általában 20 kilohertz vagy magasabb. Ultrahangos készülékek állítják elő ezeket a hullámokat, amelyek nyomáshullámként haladnak át a vízen. Az átalakítónak nevezett eszközök az elektromos energiát rezgéssé alakítják át. A jelátalakítók leggyakrabban ezeket a hullámokat állítják elő.
Kétféle átalakító létezik: piezoelektromos átalakító és magnetostrikciós átalakító. A piezoelektromos átalakítókban a rezgés piezoelektromos kristályok segítségével jön létre. Ezek a kristályok rezegnek, amikor elektromosság halad át rajtuk. A magnetostrikciós átalakítókkal az elektromos áram áthalad a tekercseken, ami mágneses mezőt képez. Ennek eredményeként a jelátalakító magja kitágul és összehúzódik.
Hogyan működik a víz tisztítása?
Az ultrahangos készülékek nyomáshullámokat állítanak elő. Ezek a hullámok pozitív és negatív nyomásból állnak, amelyek ciklusonként váltakoznak. A vízben, amikor a nyomás legyőzi a víz szakítószilárdságát , ami azt jelenti, hogy képes ellenállni egy olyan erőnek, amely hajlamos széthúzni, egy kavitációnak nevezett folyamat indul meg.
A kavitáció során buborékok képződnek, növekednek, majd felrobbannak. A nyomás és a hőmérséklet hatalmas szintre emelkedik a buborékok belsejében. Amikor felrobbannak, nagy mennyiségű energiát szabadítanak fel lökéshullám formájában. Ezek a lökéshullámok feltörhetik a szerves anyagokat. Ezért az ultrahangos technológia képes megbirkózni a víz bakteriális és algaszennyezésével. Ultrahangos technológiát alkalmazhatunk például a Nagy-tavak káros algavirágzásának mérséklésére.
Az ultrahanghullámok folyamatosan vagy impulzussal is előállíthatók. A vízkezelésben gyakrabban állítják elő folyamatosan, így hatékonyabban tudják tisztítani a vizet. A pulzáló ultrahanghullámok hatására keletkező buborékok felrobbanáskor kevesebb energiát termelnek, így kevésbé hatékonyak.
Milyen előnyei vannak az ultrahangos technológia használatának a víz tisztításában?
Az ultrahangos technológia számos előnnyel jár a víztisztításban:
Zavarosság csökkentése: A zavarosság a víz tisztaságára utal. Az ultrahangos technológia segíthet abban, hogy a víz kevésbé zavaros legyen, csökkentve a zavarosságát. Egy 2011-es tanulmány kimutatta, hogy az ultrahanghullámok akár 76%-kal is csökkenthetik a zavarosságot.
Vízfertőtlenítés: Az ultrahangos hullámok rendkívül hatékonyan kezelik a vízben lévő baktérium- és algaszennyeződést. A kavitációs folyamat során keletkező buborékok több ezer fokos hőmérsékletet, több ezer atmoszféra nyomást érnek el. Az ebből eredő összeomlás, majd lökéshullám, stressz és hirtelen hőmérsékletváltozás elpusztítja a baktériumokat. Ennek eredményeként ez korlátozza a baktériumok szaporodási képességét. Egy 1997-es tanulmány például azt találta, hogy 15 perccel az ultrahangnak való kitettség után az ivóvízben lévő E. coli baktériumok 80%-a elpusztult.
Szerves szennyező anyagok lebomlása: Az ultrahangos technológia lebonthatja a baktériumokon és algákon kívül más szerves szennyeződéseket is. Lebonthatja az olyan szerves szennyező anyagokat is, mint a peszticidek, a fenol és még a robbanóanyagok is. Egy 2004-es tanulmány például azt találta, hogy az ultrahanghullámok szinte teljesen lebontottak bizonyos szénhidrogéneket, köztük a naftalint és az acenaftilént a vízben.
Az ultrahangos technológia jövőbeli fejlesztései
Az ultrahangos technológiának vannak hátrányai is, amelyekkel a kutatóknak foglalkozniuk kell, mielőtt szélesebb körben elterjedhetnének:
Új technológia: A kutatóknak több vizsgálatot és elemzést kell végezniük az ultrahangos rendszerek tervezésének megkönnyítése érdekében. Tovább kell fejleszteniük elméleti adatmodelleket az ultrahangos eszközök tervezésének szabványosításához. Növelni tudjuk az ultrahangos készülékek használatát, miután kifejlesztik ezeket a modelleket. A legfontosabb, hogy ez lehetővé teszi számunkra, hogy nagyobb mennyiségű vizet tisztíthassunk.
Költségmentes: Az ultrahangos technológiák magas karbantartási költségekkel járhatnak. Ennek oka az ultrahangos szonda karbantartása és cseréje, amely az ultrahangos tevékenység során megsérül.
Könnyen eltörhet: Ha az ultrahangos készülékek meghibásodnak, szakemberre lehet szükségük a javításukhoz. Ez a követelmény egy ideig vízkezelés nélkül hagyhatja a területet. Ezért sokkal elterjedtebbek a megfizethetőbb és könnyebben javítható technológiák.
Remélhetőleg az ultrahangos technológia elérhetőbbé, megbízhatóbbá és megfizethetőbbé válik. Ez a technológia egy újabb értékes eszköz, amellyel mindenki számára tisztábbá tehetjük a vizet.
