Ultrahangos vízkezelési technológia

Ultrahangos vízkezelési technológia

Az elmúlt években az ökológiai környezet egyre nagyobb figyelmet kapott. Ezért a jelenlegi, egyre súlyosabb környezeti és erőforrás-korlátozások között sürgős és fontos a jobb védelme. A vízi környezet az ökológiai környezet döntő összetevője. Ha nem sikerül hatékonyan megvédeni és hatékonyan kezelni a vízszennyezést, az nemcsak közvetlenül érinti a lakosok mindennapi életét, hanem különféle társadalmi konfliktusokat és problémákat is kivált, akadályozva az emberi fejlődést.

Az ultrahangos vízkezelési technológia az ultrahang kavitációs és termikus hatásait használja fel a vízkészletek mélyreható kezelésére. Egyszerűen kezelhető, környezetbarát, környezetszennyezésmentes, megfelel a fenntartható fejlődés követelményeinek. Ez a cikk az ultrahanggal kiindulva és a hagyományos vízkezelési módszereket elemzi, áttekinti az ultrahangos vízkezelési technológia hozzájárulását a vízszennyezéshez különböző szempontok szerint, beleértve a víztesttípusokat, az alkalmazási módszereket, a mechanizmusokat és a befolyásoló tényezőket, és kilátásokat kínál az ultrahangos vízkezelés jövőbeli fejlesztésére.

Az ultrahanghullámokat általában 20 kHz és 10 MHz közötti rezgési frekvenciájú hanghullámoknak, valamint közegben keltett rugalmas hullámoknak nevezik. Jelenleg számos hazai és nemzetközi kutató vizsgálja az ultrahang és a vízkezelés integrálását, abban a reményben, hogy hatékonyan eltávolíthatják a szennyező anyagokat a vízből. Az ultrahang hatással lehet az eleveniszapban lévő baktériumokra, és a baktériumok aktivitásának növelésével javítja a szennyezőanyagok eltávolításának hatékonyságát. Az alacsony intenzitású ultrahangos besugárzás hatékonyan növelheti az anaerob ammónium-oxidációs szemcsés iszap biológiai aktivitását. Az ultrahang hatással lehet a vízben lévő szerves szennyező anyagokra, ezáltal javítja a szennyvíz összetételét és környezetét, és növeli a szennyvíz lebomlási sebességét. Amikor az ultrahang a folyadékon keresztül terjed, a közegben lévő részecskéket rezgésbe hozza, ami felgyorsítja a molekuláris ütközéseket és nagyobb mechanikai erőknek teszi ki őket, ezáltal eltávolítja a közeg felületére tapadt szennyeződéseket vagy szennyeződéseket. Ezenkívül az ultrahang hatással lehet az enzimekre, növelve azok aktivitását és javítva a szennyező anyagok eltávolításának hatékonyságát. Míg az ultrahang segíthet eltávolítani a szerves szennyező anyagokat a vízből, vannak korlátai is, például energiafogyasztás, korlátozott alkalmazás és a szennyezőanyag-kezelés hatékonyságát befolyásoló tényezők. Ezért az ultrahang eltávolítási hatékonyságának javítása, az energiafogyasztás csökkentése és az alkalmazás kiterjesztése a kutatás forró témájává vált.

Az ultrahanggal kezelt víz típusai

Az ultrahang sokféle víztípus kezelésére használható, beleértve a háztartási szennyvizet, ipari szennyvizet, felszíni vizet, tengeri szennyvizet, magas ammónia- és nitrogéntartalmú szervetlen szennyvizet, ritkaföldfém szennyvizet és alacsony hőmérsékletű háztartási szennyvizet. A háztartási szennyvíz különösen fontos az emberi élet szempontjából. A háztartási szennyvíz a mindennapi életből, valamint a kereskedelmi és ipari tevékenységekből, elsősorban otthonokból, iskolákból, kórházakból, üzletekből, közterületekről és ipari vállalkozásokból kibocsátott vizet jelenti. Ez a szennyvíz nagy mennyiségű szerves és szervetlen anyagot, például fehérjéket, szénhidrátokat, zsírokat, karbamidot és ammónia-nitrogént, valamint szervetlen anyagokat, például iszapot és törmeléket tartalmaz. Ezenkívül a háztartási szennyvíz nagyszámú kórokozó mikroorganizmust és parazita petéket is tartalmaz. Ezek a szennyező anyagok jelentős veszélyt jelentenek a környezetre és az emberi egészségre, ezért azonnali kezelést tesznek szükségessé. Egyes esetekben ultrahangot használnak a szennyvíz szerves anyagának szerkezetének megzavarására, elősegítve a mikrobák lebomlását. Ezen túlmenően az ultrahang kavitációs és agitációs hatásai elősegítik a lebegő szilárd anyagok koagulációját és ülepedését. Az ipari szennyvíz az ipari termelés során keletkező szennyvizet jelenti, ideértve a mosóvizet, a hűtővizet, valamint a berendezésekhez és a telephely tisztításához használt vizet.

Ez a szennyvíz elveszett ipari nyersanyagokat, köztes termékeket, melléktermékeket és a gyártási folyamat során keletkező szennyező anyagokat tartalmaz. Az ipari szennyvíz jellemzően magas szennyezőanyag-koncentrációjú és összetett összetételű, ami jelentős kockázatot jelent a környezetre és az ökoszisztémákra. Speciális szennyvízkezelést igényel, hogy a kibocsátás előtt megfeleljen a szabványoknak. Például egy elektronikai gyártó nagyfrekvenciás ultrahangos berendezést használ a szennyvíz kezelésére. Az ultrahang mechanikai és kémiai hatásai lebontják a szennyvízben lévő szerves anyagok és olajok molekuláris szerkezetét, kisebb molekulákra bontva a könnyebb kezelés érdekében.

Az ultrahangos technológia alkalmazásai a vízkezelésben

Az ultrahangos technológia önmagában vagy más vízkezelési technológiákkal kombinálva is használható. Általában az ultrahang önmagában nem hatékony a szennyező anyagok lebontásában, és sok energiát fogyaszt. A kombinált technológiák nagyobb hatékonyságot és alacsonyabb költségeket kínálnak, és ígéretes jövőbeli fejlesztési irányt jelentenek az ultrahangos alkalmazások számára.

Ultrahangos technológia egyedül

1. Sterilizálás és fertőtlenítés

Az ultrahangos technológia lokálisan vékonyíthatja a membrán felületét az állandósult állapotú kavitáció révén, így a sejteket áteresztőbbé teszi más sejtek számára a halmozási folyamat során. Ez felgyorsítja az anyagcserét a sejtmembránon keresztül, és elősegíti a szennyvíz tisztítását. Fertőtlenítési és sterilizálási céljait elsősorban a baktériumsejtfalak elpusztításával éri el, ami a baktériumok halálához vezet. Az ultrahangos technológia rezonanciahatást is kiválthat a baktériumokban, tovább fokozva a sterilizálás hatékonyságát. Míg az ultrahangos technológia rendkívül hatékony az ivóvíz, az uszodavíz és a kórházi szennyvizek sterilizálásában és fertőtlenítésében, a kavitációs hatás hatására a vízben oldott nitrogén és oxigén reakcióba léphet, és szervetlen nitrogéntartalmú melléktermékek keletkezhetnek. Ha a melléktermékek kezelés nélkül közvetlenül a környezetbe kerülnek, szennyezhetik a víztesteket, és akár hosszú távú kockázatot is jelenthetnek az emberi egészségre.

2. Biológiai lebomlás

Az ultrahangos technológiát elsősorban biológiai előkezelési folyamatokban alkalmazzák, elsősorban a szennyvíz toxicitásának csökkentésére és a BOI5/KOI arány növelésére, ezáltal elősegítve annak biológiai lebonthatóságát. A mikroorganizmusok a szennyvíz biológiai tisztításának elsődleges ágensei. Jelenleg a legtöbb szennyvíztisztító telep még hagyományos biológiai tisztítási módszereket alkalmaz az oldható, könnyen lebomló szerves anyagok kezelésére. A hagyományos biológiai kezelés hatékonyságát azonban jelentősen befolyásolja a befolyásoló minőség és mennyiség. A kezelés hatékonysága gyakran gyenge, ha a befolyás minősége és mennyisége jelentősen ingadozik, vagy ha ellenszenves anyagokat tartalmaz. Az alacsony intenzitású ultrahang gyakran javítja a biológiai kezelés hatékonyságát mechanikai, termikus, kavitációs és károsodási hatások révén. Azok a mechanizmusok, amelyek révén az alacsony intenzitású ultrahang elősegíti a biológiai reakciókat, elsősorban a következő módokon nyilvánulnak meg: 1) Fokozott tömegtranszfer: növeli a sejtmembrán permeabilitását és megkönnyíti az anyagok sejtekbe és onnan kijutását; 2) Fokozott enzimaktivitás: a reaktánsok enzimaktív centrumokba való bejutásának és a termékek kilépésének fokozása, a másodlagos metabolitok felhalmozódása által okozott enzimaktivitás gátlásának csökkentése, ezáltal az enzimaktivitás fokozása és az enzimkatalizált reakciók elősegítése; 3) Felgyorsult sejtnövekedés: A megfelelő ultrahang frekvencia, intenzitás és időtartam javíthatja a sejtanyagcsere általános hatékonyságát és felgyorsíthatja a sejtnövekedést.

3. Az aktív szén regenerálásának elősegítése

Az ultrahang az akusztikus kavitáció révén elősegítheti az aktív szén regenerálódását. Amikor az ultrahang a folyadékon keresztül terjed, kavitációs buborékokat generál. Ezeknek a kavitációs buborékoknak a pillanatnyi összeomlása intenzív lökéshullámokat és mikrosugarat eredményez. Ezek a fizikai hatások elősegítik az adszorpciós anyagok deszorpcióját az aktív szén pórusaiból, ezáltal javítva a regeneráció hatékonyságát. Liu Cheng és mtsai. tanulmányozta az alacsony frekvenciájú ultrahang hatékonyságát és mechanizmusát az aktív szén regenerációján. Az eredmények azt mutatták, hogy az alacsony frekvenciájú ultrahang javította az aktív szén adszorpciós indexét, és bizonyos mértékig fenntartotta a biológiailag aktív szén magas biológiai lebonthatóságát is. Úgy vélték, hogy az ultrahangos folyamat során a kavitációs buborékok felszakadása által generált magas hőmérséklet, nagy nyomású mikrosugarak és mikrofolyadék áramlások elősegítik az aktív szén regenerálódását.