작성자: Matthew Taylor, Save The Water 의 부연구원 겸 작가 ™ | 2021년 3월 30일
모든 정수 기술이 주어진 상황에 효과적으로 부합하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 물에서 일부 오염물질을 제거하는 능력, 비용, 용량으로 인해 오염물질이 제한됩니다. 이러한 문제를 해결하려면 새로운 기술이 필요합니다. 초음파 기술이 해결책을 제공할 수 있습니다.
초음파 기술이란 무엇입니까?
초음파 기술은 초음파를 기반으로 작동합니다. 이는 사람이 들을 수 없을 정도로 높은 고주파수(일반적으로 20kHz 이상)입니다. 초음파 장치는 압력파로 물을 통과하여 이동하는 이러한 파동을 생성합니다. 변환기라고 불리는 장치는 전력을 진동으로 변환합니다. 변환기는 대부분 이러한 파동을 생성합니다.
변환기에는 압전 변환기와 자기 변형 변환기의 두 가지 유형이 있습니다. 압전 변환기에서는 압전 결정을 사용하여 진동이 생성됩니다. 이 결정은 전기가 통과할 때 진동합니다. 자기변형 변환기를 사용하면 전류가 코일을 통과하여 자기장을 형성합니다. 결과적으로 변환기 의 코어가 확장되고 수축됩니다.
물을 정화하는 방법은 무엇입니까?
초음파 장치는 압력파를 생성합니다. 이 파동은 양압과 음압으로 구성되며 주기적으로 번갈아 나타납니다. 물에서는 압력이 물의 인장 강도, 즉 물을 떼어내려는 힘에 저항하는 능력을 극복할 때 캐비테이션 이라는 과정이 발생하기 시작합니다.
캐비테이션 중에 기포가 형성되고 성장한 다음 파열됩니다. 압력과 온도는 거품 내부에 엄청난 수준으로 쌓입니다. 폭발할 때 충격파 형태로 많은 양의 에너지를 방출합니다. 이러한 충격파는 유기물을 분해할 수 있습니다. 따라서 초음파 기술은 물의 박테리아 및 조류 오염을 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 우리는 오대호의 유해한 녹조를 완화하기 위해 초음파 기술을 사용할 수 있습니다.
초음파는 연속적으로 또는 펄스를 통해 생성될 수 있습니다. 수처리에서는 물을 더욱 효과적으로 정화할 수 있도록 연속적으로 생산되는 경우가 더 많습니다. 펄스 초음파로 형성된 기포는 터질 때 더 적은 에너지를 생성하므로 효과가 떨어집니다.
물 정화에 초음파 기술을 사용하면 어떤 이점이 있나요?
초음파 기술은 정수에 있어 여러 가지 이점을 제공합니다.
탁도 감소: 탁도는 물이 얼마나 깨끗한지를 나타냅니다. 초음파 기술은 물의 탁도를 낮추어 탁도를 낮추는 데 도움이 됩니다. 2011년 연구에 따르면 초음파는 탁도를 76%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.
물 소독: 초음파는 물의 박테리아 및 조류 오염을 해결하는 데 매우 효과적입니다. 캐비테이션 과정에서 형성된 기포는 수천 도의 온도와 수천 기압의 압력에 도달합니다. 이로 인한 파열과 이에 따른 충격파, 스트레스, 급격한 온도 변화로 인해 박테리아가 죽습니다. 결과적으로 이는 박테리아 의 번식 능력을 제한합니다. 예를 들어, 1997년 연구에 따르면 초음파에 노출된 지 15분 후에 식수에 있는 대장균 박테리아의 80%가 죽었습니다.
유기 오염물질 분해: 초음파 기술은 박테리아와 조류 이외의 유기 오염물질을 분해할 수 있습니다. 또한 살충제, 페놀, 심지어 폭발물과 같은 유기 오염물질도 분해할 수 있습니다. 예를 들어, 2004년 연구에 따르면 초음파는 물 속에서 나프탈렌과 아세나프틸렌을 포함한 특정 탄화수소를 거의 완전히 분해하는 것으로 나타났습니다.
초음파 기술의 미래 개발
초음파 기술에는 더 널리 보급되기 전에 연구자들이 해결해야 할 단점도 있습니다.
새로운 기술: 연구원들은 초음파 시스템을 더 쉽게 설계할 수 있도록 더 많은 조사와 분석을 수행해야 합니다. 그들은 초음파 장치의 설계를 표준화하기 위해 이론적 데이터 모델을 추가로 개발해야 합니다. 이러한 모델을 개발하면 초음파 장치의 사용을 늘릴 수 있습니다. 가장 중요한 것은 이를 통해 더 많은 양의 물을 정화할 수 있도록 규모를 확장할 수 있다는 것입니다.
엄청난 비용: 초음파 기술은 유지 관리 비용이 높을 수 있습니다. 이는 초음파 활동 중에 손상되는 초음파 프로브의 유지 관리 및 교체 때문입니다.
쉽게 파손될 수 있음: 초음파 장치가 파손된 경우 수리를 위해 전문가가 필요할 수 있습니다. 이 요구 사항으로 인해 한동안 수처리가 이루어지지 않는 지역이 생길 수 있습니다. 따라서 더 저렴하고 수리하기 쉬운 기술이 훨씬 더 일반적입니다.
초음파 기술이 더욱 접근 가능하고 안정적이며 저렴해지기를 바랍니다. 이 기술은 모든 사람을 위해 물을 더 깨끗하게 만드는 데 사용할 수 있는 또 다른 귀중한 도구입니다.
