초음파와 다른 수처리 기술의 결합

초음파와 다른 수처리 기술의 결합

1. 초음파 – 전통적인 수처리 기술

초음파는 강력한 전단력과 캐비테이션 효과를 생성하여 중금속 이온, 유기물, 질소 및 인과 같은 영양분과 같은 물 속의 오염 물질을 효과적으로 파괴합니다. 여기에 응고, 침전, 여과 등 전통적인 수처리 방법을 결합하면 수처리 효율성을 더욱 높일 수 있습니다. 예를 들어, 석유화학 폐수에는 다량의 유기물과 독성 물질이 포함되어 있어 환경과 인간의 건강에 심각한 위험을 초래합니다. 초음파 기술은 물리화학적 효과와 생물학적 효과의 시너지 효과를 통해 석유화학 폐수에서 이러한 유기 및 독성 물질을 효과적으로 제거하여 효과적인 처리를 달성할 수 있습니다. 염색폐수에는 염료와 보조제가 다량 함유되어 있어 처리가 어렵다. 전통적인 수처리 방법은 폐수 속의 단순 오염물질만 제거할 수 있습니다. 초음파 기술은 염료와 보조제의 화학 구조를 파괴하여 응집과 침전을 촉진할 수 있습니다. 초음파는 또한 물 속의 용존 산소를 활성화하여 수산기 라디칼과 같은 강력한 산화제를 생성하여 유기 오염 물질을 더욱 분해합니다. Wuet al. 최적화된 초음파-응집-침전 복합 공정을 사용하여 방사성 우라늄 폐수를 처리했습니다. 그들은 초음파와 응집제 투여량 사이의 상당한 시너지 효과를 발견하여 95.4%의 우라늄 이온 제거율을 달성했습니다.

2. 초음파막 기술

막 기술은 식수 처리에서 중요한 역할을 하지만 막 오염은 막 처리가 직면한 주요 문제입니다. 연구에 따르면 초음파에 의해 생성된 기계적 진동, 음향 스트리밍 및 음향 캐비테이션은 막 분리 능력을 향상시킬 뿐만 아니라 막 표면을 효과적으로 청소하여 농도 분극 및 막 오염을 억제하여 막 플럭스를 어느 정도 향상시키는 것으로 나타났습니다. 또한 에너지의 한 형태로서 용액 내 초음파 전파는 용액의 주기적인 압축 및 팽창을 유발하여 물에 미세 진동을 생성할 수 있습니다. 진폭은 작지만 가속도가 높아 막 분리 과정이 촉진됩니다. Muthukumaranet al. 초음파 강화 막 분리 공정에는 네 가지 강화 메커니즘이 있다고 믿습니다. 1) 음파는 초미세 입자를 응집시켜 막 용질 흡착 및 기공 막힘을 줄여 막 오염을 억제할 수 있습니다. 2) 초음파는 충분한 기계적 진동 에너지를 제공하여 용액에 부유하는 일부 입자를 막 표면에서 멀리 이동시켜 입자 침착을 방지하고 농도 분극 및 필터 케이크층 형성을 효과적으로 완화하며 경계층 저항 및 필터 케이크 저항을 크게 감소시킬 수 있습니다. 3) 초음파에 의해 생성된 미세유체는 멤브레인 표면에 형성된 겔 층과 필터 케이크 층을 분해하여 액체에 분산시킬 수 있습니다. 4) 마이크로제트, 충격파 및 음향 펄스로 인한 거시적 난류는 주 난류 내 확산을 강화하고 경계층에 국부적인 난류를 유발할 수도 있습니다. 이러한 국지적 난류는 경계층의 분자 확산을 소용돌이 확산으로 변환하여 궁극적으로 재료와 경계면 사이의 대류 물질 전달을 향상시킵니다.

3. 초음파 오존 기술

현재 초음파 오존 기술에 대한 광범위한 연구가 진행되어 왔습니다. 오존은 초음파의 작용으로 화학적으로 활성인 활성산소를 생성할 수 있습니다. 이러한 활성산소는 오존과 결합하여 산소를 생성하거나, 물과 반응하여 ·OH, ·H2O2(화학식(1)~(4))와 같은 강한 산화종을 생성함으로써 오존 분해를 촉진하고 반응 효율을 향상시킬 수 있습니다. Helfred 등의 연구. [11]은 초음파가 오존 함유 기포를 '미세 기포'로 분쇄할 수 있음을 보여주었습니다. '마이크로버블'의 비표면적은 일반 버블보다 101~104배 더 커서 오존과 물 사이의 접촉 면적을 늘리고 물에서 오존의 용해 속도를 가속화합니다. Ziylani-Yavaset al. [12]는 파라세타몰을 처리하기 위한 초음파 오존 방법을 연구했습니다. 결과는 결합된 기술이 산화종의 생산을 향상시키고 오염물질의 광물화 속도를 향상시키는 것으로 나타났습니다.

4. 초음파-광촉매 기술

광촉매 기술은 빛 아래에서 광촉매의 산화환원 능력을 이용해 오염물질과 합성물질을 정화하는 기술을 말한다. 광촉매 기술은 반응 조건이 온화하고 응용 분야가 넓기 때문에 널리 사용됩니다. 초음파와 광촉매 기술을 결합하면 소수성 물질을 분해하고 광생성 전자정공의 전달 경로를 확장할 수 있습니다. Hamdaoui 등의 연구 결과. [13]은 동일한 조건에서 초음파 조사와 광화학 공정을 결합하면 별도의 처리 기술을 사용하는 경우에 비해 클로로페놀의 광물화 속도가 증가하는 것으로 나타났습니다. 이는 직접적인 광화학 작용, 고주파 음향화학, 자외선 복사 공기에 의해 생성되는 오존 반응의 세 가지 산화 과정 사이에 큰 시너지 효과가 있음을 의미합니다. 수자원의 초음파 처리에 영향을 미치는 요인에는 주로 주파수, 전력, 음향 강도와 같은 초음파의 사용 매개변수뿐만 아니라 온도, 입자, 오염 물질 특성과 같은 처리할 폐수의 물리적, 화학적 매개변수가 포함됩니다. 또한 초음파 처리 공정은 초음파 전력 강도와 같은 요인의 영향을 받습니다. 분해 과정에서 반응 속도는 일정하지 않습니다. 일반적으로 초음파 출력 강도가 높을수록 반응 속도가 빨라집니다. 친환경 기술로서 초음파는 미래 수처리 산업에서 큰 응용 가능성을 보여줍니다.

 이 기술은 일정한 연구 결과를 얻었지만 단독으로 사용할 경우 높은 에너지 소비와 낮은 효율 감소 문제를 더 해결해야 합니다. 예를 들어, 초음파 장비의 구조와 성능을 최적화하여 안정성과 효율성을 향상시키는 방법, 효율적이고 안전하며 환경 친화적인 적용을 달성하기 위해 초음파 메커니즘에 대한 심층 연구를 수행하는 방법, 다양한 유형의 하수 및 수질 조건에 적응하고 초음파 에너지 소비를 줄이기 위한 새로운 초음파 처리 프로세스를 개발하는 방법 등이 있습니다. 기존 연구를 바탕으로 병목 현상을 극복하고 장벽을 극복하는 것은 끊임없이 변화하는 수질 문제에 적응하는 데 도움이 될 것입니다.