Az ultrahang kombinálása más vízkezelési technológiákkal

Az ultrahang kombinálása más vízkezelési technológiákkal

1. Ultrahang – Hagyományos vízkezelési technológia

Az ultrahang erőteljes nyíróerőket és kavitációs hatásokat generál, hatékonyan elpusztítva a vízben lévő szennyező anyagokat, például nehézfém-ionokat, szerves anyagokat és tápanyagokat, például nitrogént és foszfort. Ha ezt a hagyományos vízkezelési módszerekkel, például koagulációval, ülepítéssel és szűréssel kombináljuk, tovább növelhetjük a vízkezelés hatékonyságát. Például a petrolkémiai szennyvíz nagy mennyiségű szerves anyagot és mérgező anyagokat tartalmaz, ami komoly kockázatot jelent a környezetre és az emberi egészségre. Az ultrahang technológia a fiziko-kémiai és biológiai hatások szinergikus hatásai révén hatékonyan tudja eltávolítani ezeket a szerves és mérgező anyagokat a petrolkémiai szennyvízből, hatékony kezelést érve el. A festési szennyvíz nagy mennyiségű színezéket és segédanyagot tartalmaz, ami megnehezíti a kezelését. A hagyományos vízkezelési módszerekkel csak az egyszerű szennyeződéseket lehet eltávolítani a szennyvízből. Az ultrahang technológia megzavarhatja a színezékek és segédanyagok kémiai szerkezetét, elősegítve azok aggregációját és kicsapódását. Az ultrahang a vízben oldott oxigént is aktiválja, erős oxidálószereket, például hidroxilgyököket generálva, amelyek tovább bontják a szerves szennyeződéseket. Wu és mtsai. tisztított radioaktív urán szennyvíz optimalizált ultrahang-flokkuláció-kicsapás kombinált eljárással. Szignifikáns szinergikus hatást találtak az ultrahang és a flokkulálószer adagolása között, 95,4%-os uránion-eltávolítási arányt értek el.

2. Ultrahang-membrán technológia

A membrántechnológia létfontosságú szerepet játszik az ivóvízkezelésben, de a membrán elszennyeződése a membránkezelés egyik kulcskérdése. A kutatások kimutatták, hogy az ultrahang által generált mechanikai rezgések, akusztikus áramlás és akusztikus kavitáció nemcsak fokozza a membrán elválasztó képességét, hanem hatékonyan tisztítja a membrán felületét, gátolja a koncentráció polarizációt és a membrán eltömődését, ezáltal bizonyos mértékig javítja a membrán fluxust. Ezen túlmenően, mint energiaforma, az ultrahang terjedése az oldatban az oldat időszakos összenyomódását és kitágulását idézheti elő, mikrovibrációkat generálva a vízben. Míg az amplitúdó kicsi, a gyorsulás nagy, elősegítve a membrán szétválási folyamatát. Muthukumaran et al. úgy vélik, hogy az ultrahangos membránleválasztási folyamatban négy javítási mechanizmus létezik: 1) Az akusztikus hullámok ultrafinom részecskéket agglomerálhatnak, csökkentve a membrán oldott anyag adszorpcióját és a pórusok eltömődését, ezáltal gátolják a membrán eltömődését; 2) Az ultrahang elegendő mechanikai rezgési energiát biztosíthat az oldatban szuszpendált részecskék egy részének elmozdításához a membrán felületétől, megakadályozva a részecskék lerakódását, hatékonyan mérsékelve a koncentrációs polarizációt és a szűrőpogácsa-réteg kialakulását, valamint jelentősen csökkentve a határréteg ellenállását és a szűrőpogácsa ellenállását; 3) Az ultrahang által generált mikrofluidika feltörheti a membrán felületén kialakult gélréteget és szűrőpogácsa réteget, diszpergálva azokat a folyadékban; 4) A mikrosugarak, lökéshullámok és akusztikus impulzusok által okozott makroszkopikus turbulencia fokozhatja a diffúziót a fő turbulens áramláson belül, és helyi turbulenciát is indukálhat a határrétegben. Ez a helyi turbulencia a határrétegben lévő molekuláris diffúziót örvényes diffúzióvá alakítja át, végső soron fokozva a konvektív tömegtranszfert az anyag és a határfelület között.

3. Ultrahangos-Ózon technológia

Jelenleg kiterjedt kutatások folynak az ultrahangos ózontechnológiával kapcsolatban. Az ózon ultrahang hatására kémiailag aktív oxigén szabad gyököket generálhat. Ezek a szabad gyökök az ózonnal egyesülve oxigént termelnek, vagy vízzel reagálva erős oxidáló anyagokat, például ·OH-t és ·H2O2-t ((1)–(4) képlet) hoznak létre, ezáltal elősegítve az ózon lebomlását és javítva a reakció hatékonyságát. Helfred és munkatársai kutatása. [11] kimutatta, hogy az ultrahang képes az ózontartalmú buborékokat 'mikrobuborékokká' zúzni. A 'mikrobuborékok' fajlagos felülete 101-104-szer nagyobb, mint a közönséges buborékoké, ami növeli az ózon és a víz érintkezési felületét, és felgyorsítja az ózon vízben való oldódási sebességét. Ziylani-Yavas et al. [12] tanulmányozta az ultrahangos ózonos módszert a paracetamol kezelésére. Az eredmények azt mutatták, hogy a kombinált technológia fokozta az oxidáló anyagok termelését és javította a szennyező anyagok mineralizációs sebességét.

4. Ultrahangos-fotokatalitikus technológia

A fotokatalitikus technológia olyan technológiát jelent, amely a fotokatalizátorok fény alatti redox képességét használja fel a szennyező anyagok és szintetikus anyagok tisztítására. A fotokatalitikus technológia enyhe reakciókörülményei és széles alkalmazási területei miatt rendkívül népszerű. Az ultrahang és a fotokatalitikus technológia kombinációja képes lebontani a hidrofób anyagokat és kiterjeszteni a fotogenerált elektronlyukak átviteli útját. Hamdaoui et al. [13] kimutatta, hogy azonos körülmények között az ultrahangsugárzás és a fotokémiai folyamat kombinációja a klórfenol mineralizációs sebességének növekedéséhez vezetett, összehasonlítva a különálló kezelési technológiák alkalmazásával. Ez azt jelenti, hogy a három oxidációs folyamat, a közvetlen fotokémiai hatás, a nagyfrekvenciás szonokémia és az ultraibolya sugárzás által keltett ózonreakció között nagy szinergikus hatás érvényesül. A vízkészletek ultrahangos kezelését befolyásoló tényezők között elsősorban az ultrahang használati paraméterei, így a frekvencia, a teljesítmény és a hangintenzitás, valamint a tisztítandó szennyvíz fizikai és kémiai paraméterei, így a hőmérséklet, a részecskék és a szennyező anyagok tulajdonságai szerepelnek. Ezenkívül az ultrahangos kezelési folyamatot olyan tényezők is befolyásolják, mint az ultrahang teljesítményintenzitása. A lebomlási folyamat során a reakciósebesség nem állandó. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb az ultrahang teljesítményintenzitása, annál gyorsabb a reakciósebesség. Környezetbarát technológiaként az ultrahang nagy alkalmazási potenciált mutat a jövő vízkezelési iparában.

 Bár ez a technológia elért bizonyos kutatási eredményeket, a magas energiafelhasználás és az alacsony hatásfok csökkenés önmagában történő alkalmazása esetén további megoldásra szorul. Például, hogyan lehet optimalizálni az ultrahangos berendezések szerkezetét és teljesítményét annak stabilitásának és hatékonyságának javítása érdekében, hogyan lehet mélyreható kutatást végezni az ultrahang mechanizmusával kapcsolatban annak hatékony, biztonságos és környezetbarát alkalmazása érdekében, és hogyan lehet új ultrahangos kezelési eljárásokat kifejleszteni, hogy alkalmazkodjanak a különböző típusú szennyvíz- és vízminőségi feltételekhez, és csökkentsék az ultrahangos energiafogyasztást. A szűk keresztmetszetek áttörése és a meglévő kutatások alapján az akadályok leküzdése segít alkalmazkodni a folyamatosan változó vízminőségi problémákhoz.