O prezentare generală a tehnologiei cu ultrasunete în purificarea apei

De Matthew Taylor, cercetător asociat și scriitor la Save The Water ™ | 30 martie 2021

 

Nu orice tehnologie de purificare a apei se potrivește în mod eficient cu o anumită situație. De exemplu, capacitatea lor de a elimina unii contaminanți din apă, costul și capacitatea lor le limitează. Avem nevoie de noi tehnologii pentru a rezolva aceste probleme. Tehnologia cu ultrasunete ar putea oferi o soluție.

 

Ce este tehnologia cu ultrasunete?

Tehnologia cu ultrasunete funcționează pe baza undelor ultrasonice. Acestea sunt unde de înaltă frecvență care sunt prea înalte pentru ca un om să le audă, în general de 20 kiloherți și mai mult. Dispozitivele cu ultrasunete produc aceste unde, care se deplasează prin apă ca unde de presiune. Dispozitivele numite traductoare convertesc puterea electrică în vibrații. Traductoarele produc cel mai adesea aceste unde.

 

Există două tipuri de traductoare: traductoare piezoelectrice și traductoare magnetostrictive. În traductoarele piezoelectrice, vibrația este creată folosind cristale piezoelectrice. Aceste cristale vibrează atunci când electricitatea trece prin ele. Cu traductoarele magnetostrictive, curentul electric trece prin bobine, care formează un câmp magnetic. Ca rezultat, .miezul traductorului se extinde și se contractă

 

Cum funcționează purificarea apei?

Dispozitivele cu ultrasunete produc unde de presiune. Aceste unde constau atât din presiune pozitivă, cât și din presiune negativă, care alternează în cicluri. În apă, atunci când presiunea depășește rezistența la tracțiune a apei , care este capacitatea acesteia de a rezista unei forțe care tinde să o despartă, începe să aibă loc un proces numit cavitație.

 

În timpul cavitației, bulele se formează, cresc și apoi implodează. Presiunea și temperatura cresc la niveluri uriașe în interiorul bulelor. Când implodează, eliberează o cantitate mare de energie sub formă de undă de șoc. Aceste unde de șoc pot sparge materia organică. Prin urmare, tehnologia cu ultrasunete poate aborda poluarea bacteriană și algă în apă. Am putea folosi tehnologia cu ultrasunete, de exemplu, pentru a atenua înflorirea algelor dăunătoare din Marile Lacuri.

 

Undele ultrasonice pot fi produse fie continuu, fie printr-un impuls. În tratarea apei, acestea sunt mai des produse în mod continuu, astfel încât să poată purifica mai eficient apa. Bulele care se formează cu undele ultrasonice pulsante produc mai puțină energie atunci când sparg, făcându-le mai puțin eficiente.

 

Care sunt beneficiile utilizării tehnologiei cu ultrasunete în purificarea apei?

Tehnologia cu ultrasunete are mai multe beneficii în purificarea apei:

Reducerea turbidității: Turbiditatea se referă la cât de limpede este apa. Tehnologia cu ultrasunete poate ajuta ca apa să fie mai puțin tulbure, scăzând turbiditatea acesteia. Un studiu din 2011 a constatat că undele ultrasonice pot reduce turbiditatea cu până la 76%.

Dezinfectarea apei: Undele cu ultrasunete sunt foarte eficiente în abordarea contaminării cu bacterii și alge în apă. Bulele formate în timpul procesului de cavitație ating o temperatură în mii de grade și o presiune în mii de atmosfere. Implozia rezultată și unda de șoc ulterioară, stresul și schimbarea bruscă a temperaturii ucid bacteriile. Ca rezultat, acest lucru limitează . capacitatea bacteriilor de a se reproduce Un studiu din 1997, de exemplu, a constatat că, după 15 minute de expunere la ultrasunete, 80% dintre bacteriile E. coli din apa potabilă au murit.

Degradarea poluanților organici: Tehnologia cu ultrasunete poate descompune contaminanții organici, alții decât bacteriile și algele. De asemenea, poate descompune poluanții organici, cum ar fi pesticidele, fenolul și chiar explozivii. Un studiu din 2004, de exemplu, a constatat că undele ultrasonice au degradat aproape complet anumite hidrocarburi, inclusiv naftalina și acenaftilena, în apă.

Evoluții viitoare pentru tehnologia cu ultrasunete

Tehnologia cu ultrasunete are, de asemenea, dezavantaje pe care cercetătorii trebuie să le abordeze înainte ca aceasta să devină mai răspândită: 

Tehnologie nouă: cercetătorii trebuie să facă mai multe investigații și analize pentru a face sistemele cu ultrasunete mai ușor de proiectat. Ei trebuie să dezvolte în continuare modele de date teoretice pentru a standardiza proiectarea dispozitivelor cu ultrasunete. Putem crește utilizarea dispozitivelor cu ultrasunete odată ce dezvoltă aceste modele. Cel mai important, acest lucru ne va permite să le extindem pentru a purifica volume mai mari de apă.

Cost prohibitiv: tehnologiile cu ultrasunete pot avea costuri ridicate de întreținere. Acest lucru se datorează întreținerii și înlocuirii sondei cu ultrasunete, care se deteriorează în timpul activității ultrasonice.

Se pot rupe cu ușurință: dacă dispozitivele cu ultrasunete se defectează, ar putea avea nevoie de un specialist pentru a le repara. Această cerință poate lăsa o zonă fără tratare a apei pentru o perioadă de timp. Prin urmare, tehnologiile care sunt mai accesibile și mai ușor de reparat sunt mult mai frecvente.

Sperăm că tehnologia cu ultrasunete devine mai accesibilă, fiabilă și mai accesibilă. Această tehnologie este un alt instrument valoros pe care îl putem folosi pentru a face apa mai curată pentru toată lumea.