Használható-e az ultrahang mikrobiális sterilizálásra?

Igen, az ultrahangos technológia alkalmazható a mikroorganizmusok sterilizálására. Az ultrahangos technológia széles körben alkalmazható a mikrobiológia területén, beleértve az ultrahanghullámok használatát a mikroorganizmusok elpusztítására és sterilizálására.

Az ultrahangos hullámok nagyfrekvenciás vibrációs hullámokat generálnak folyadékokban, ami intenzív fizikai hatásokhoz vezet, mint például kavitáció, örvényáramok és rezonanciahatások. Ezek a hatások a mikroorganizmusok sejtmembránjainak megrepedését okozhatják, károsíthatják a sejtstruktúrákat, és sejthalálhoz vezethetnek.

A gyakorlati alkalmazásokban az ultrahangos technológiát általában megfelelő fertőtlenítőszerekkel vagy sterilizáló oldatokkal együtt alkalmazzák a sterilizálás hatékonyságának fokozása érdekében. Az ultrahanghullámok segítségével a fertőtlenítőszerek hatékonyabban behatolhatnak a mikroorganizmusok sejtjeibe, felgyorsítva a sejtek pusztulását és halálát.

Ezért az ultrahangos technológiát széles körben alkalmazzák a mikrobiológiában különböző területeken, beleértve a laboratóriumi bakteriális inaktiválást, az orvosi műszerek fertőtlenítését és tisztítását, az élelmiszeriparban a mikrobiológiai ellenőrzést stb. Az ultrahangos technológia megfelelő használatával hatékony sterilizálási és mikrobaölési műveletek hajthatók végre.

Az ultrahangos kezelőrendszer hatékonynak bizonyult a baktériumok, planktonok és nagyobb szervezetek elpusztításában. Az ultrahangos kavitáció a ballasztvíz kezelésében egy mechanikai/fizikai kezelési módszer, amellyel elkerülhető, hogy a ballasztvízhez drága aktív vegyi anyagokat adjunk. Ez biztosítja, hogy a környezet ne szennyeződjön, miközben magas biológiai hatást ér el a ballasztvízben lévő szervezetek és mikroorganizmusok elpusztításában és hatástalanításában.

Háttér:
Ha a hajóknak nincs teljes rakományuk, akkor stabilitásuk és biztonságuk megőrzéséhez ballasztra van szükség. A vizet általában ballasztként használják, de amikor a forrásból összegyűjtik, sokféle organizmus kerül a vízbe, amelyek jellemzően planktonközösségekből állnak. Ezek az organizmusok a rendeltetési helyen egy új ökoszisztémába kerülhetnek, ami szükségtelen biológiai szennyezést okozhat. A lehetséges szennyeződés elkerülése érdekében hatékony fertőtlenítő rendszert kell alkalmazni a ballasztvíz kezelésére.

A vízi élőlények invazív terjedését a Globális Környezetvédelmi Alap (GEF) az óceánokat fenyegető négy fő fenyegetés egyikeként azonosította. Ennek rendkívül súlyos következményei lehetnek a környezetre, a gazdaságra és a közegészségügyre. A káros puhatestűek (pl. zebrakagyló, ázsiai kagyló stb.) behurcolásának elkerülése érdekében különféle ballasztvizes sterilizáló kezeléseket (más néven fertőtlenítést vagy semlegesítést) lehet alkalmazni. Elterjedt kezelési módszer a ballasztvíz vegyi tisztítása, de a felhasznált vegyszerek károsak a környezetre és költségesek. A ballasztvíz-gazdálkodási törvények növekvő szabályozásával a hajókon különféle ballasztvízkezelési módszereket, például ultrahangos fertőtlenítést alkalmaznak, hogy megfeleljenek az előírásoknak.

Ultrahangos nyomás alatti víz sterilizálás

Az ultrahangos nyomás alatti vízkezelés egy olyan mechanikai/fizikai módszer, amely elkerüli a káros és drága vegyszerek használatát. A kavitációs erő elpusztíthatja a kisméretű vízi szervezeteket és mikroorganizmusokat. Egyes tanulmányok kimutatták, hogy az ultrahanghullámoknak nagy biológiai hatása van a zebrakagylókra, fonálférgekre, baktériumokra és vírusokra.

Ultrahangos kavitációs fertőtlenítés
A nagy teljesítményű ultrahanghullámok kavitációs buborékokat hoznak létre a folyadékban, ami intenzív nyíróerők és nagy feszültségek kialakulásához vezet. Amikor intenzív ultrahanghullámok kapcsolódnak a folyadékhoz, a hanghullámok a folyékony közegbe terjednek, ami a frekvenciától függően váltakozó magas és alacsony nyomású ciklusokat okoz. Az alacsony nyomású ciklusok (ritkulási fázis) során a nagy intenzitású ultrahanghullámok kis vákuumbuborékokat vagy réseket hoznak létre a folyadékban. Amikor a buborékok olyan térfogatot érnek el, ahol már nem tudják felvenni az energiát, a nagynyomású ciklusok (kompressziós fázis) során hevesen összeesnek. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. A robbanás során lokálisan nagyon magas hőmérséklet (körülbelül 5000 K) és nyomás (körülbelül 2000 atm) alakul ki. A kavitációs buborékok összeomlása a folyadéksugár akár 280 m/s sebességét is eredményezi.

Ez a nagy energiájú buborékképződés és összeomlás hidrodinamikus nyíróerőket és ultrahangos oszcillációkat eredményez, amelyek megzavarják az élőlények sejtfalát, és hatékonyan elpusztítják azokat. Az ultrahanggal segített technikák környezeti hatásai jelenleg nem ismertek vagy nem várhatók környezeti problémákkal.

Az ultrahanghullámok biológiai hatásai
Egyes tanulmányok kimutatták, hogy az ultrahanghullámok hatékonyan befolyásolhatják a vírusokat és baktériumokat. Az ultrahangos eszközökkel végzett fertőtlenítési vizsgálatok 100 gpm (gallon/perc) áramlási térfogaton, ami 23 m3/h-nak felel meg, 7 log csökkenést mutattak ki a poliovírus esetében (<5 μm), és 6-7 log csökkenést a Cryptosporidium baktériumok esetében. 100%-os mortalitást értek el fonálférgekkel (Ascaris) (8-10μm) és puhatestűekkel, zebrakagylókkal (70μm). Egy 600 gpm-es áramlási rendszerben a zebrakagylók halálozási aránya azonos volt.

A nagy élőlények inaktivációs rátája elérte a 100%-ot, míg a baktériumok és vírusok inaktivációs rátája 6-7 log-mal csökkent. Kísérleti folyamatos áramlású rendszerben 20 másodpercig kitéve a Cryptosporidium oociszták inaktiválási sebessége 93-98,6%, ami 10 másodpercnél (4 log) csökken egy kísérleti szakaszos reaktorban. A Cryptosporidium (7 log), az életképes féregpeték (4,2 log), a poliovírus (8 log), a Salmonella (9 log) és az E. coli (9 log) inaktivációs arányát is jelentették.

A 2 log csökkenés azt jelenti, hogy a vízben eredetileg jelen lévő élőlények 99%-a inaktiválódott. A 3 log csökkentés azt jelenti, hogy 99,9% inaktivált, és így tovább.

Az ultrahangos rendszerek feldolgozási kapacitása a kimeneti teljesítménytől is függ. A nagy teljesítményű/nagy intenzitású ultrahangos eszközök inaktiválásához rövidebb expozíciós időre van szükség, ami nagyobb áramlási sebességet tesz lehetővé. Ez az ultrahangos rendszer nyomás- és nyomáscsökkentésre használható.

Az ultrahangos nyomás alatti vízkezelés előnyei

· Vegyszermentes

· Környezetbarát

· Hatékony

· Szinergikus hatások

· Alacsony karbantartás

· Biztonságos és könnyen kezelhető

· Erős és megbízható

· Bármilyen méretre méretezhető

A kombinált kezelési technológiákkal kapcsolatos kutatások azt mutatják, hogy az ultrahangok nagy szinergikus hatást fejtenek ki, ha más nyomás alatti vizes fertőtlenítési módszerekkel (például ózonnal, klórozással, UV-sugárzással, hőmérséklettel vagy magas nyomással) együtt alkalmazzák. Az egyszerű telepítés és a kis helyigény miatt az ultrahangos berendezések kiválóan alkalmasak a meglévő nyomás alatti vízkezelő rendszerek korszerűsítésére és fejlesztésére.