Tehnologia de tratare a apei cu ultrasunete

Tehnologia de tratare a apei cu ultrasunete

În ultimii ani, mediul ecologic a primit o atenție din ce în ce mai mare. Prin urmare, în contextul actual al constrângerilor din ce în ce mai severe de mediu și resurse, o mai bună protecție a acestuia este de urgență și importanță. Mediul de apă este o componentă crucială a mediului ecologic. Eșecul de a o proteja în mod eficient și de a aborda eficient poluarea apei nu numai că va avea un impact direct asupra vieții de zi cu zi a rezidenților, ci va declanșa și diverse conflicte și probleme sociale, împiedicând dezvoltarea umană.

Tehnologia de tratare a apei cu ultrasunete utilizează cavitația și efectele termice ale ultrasunetelor pentru a trata în profunzime resursele de apă. Este simplu de operat, prietenos cu mediul și fără poluare, satisfacând nevoile dezvoltării durabile. Acest articol, pornind de la ultrasunete și analizând metodele tradiționale de tratare a apei, trece în revistă contribuția tehnologiei de tratare a apei cu ultrasunete la poluarea apei din diverse perspective, inclusiv tipuri de corpuri de apă, metode de aplicare, mecanisme și factori de influență și oferă perspective pentru dezvoltarea viitoare a tratarii cu ultrasunete a apei.

Undele ultrasonice sunt denumite în general unde sonore cu o frecvență de vibrație între 20 kHz și 10 MHz, precum și unde elastice generate într-un mediu. În prezent, mulți cercetători, atât pe plan intern, cât și internațional, explorează integrarea ultrasunetelor cu tratarea apei, sperând să elimine în mod eficient poluanții din apă. Ultrasunetele pot acționa asupra bacteriilor din nămolul activat, sporind eficiența eliminării poluanților prin creșterea activității bacteriene. Iradierea cu ultrasunete de intensitate scăzută poate crește în mod eficient activitatea biologică a nămolului granular de oxidare anaerobă a amoniului. Ultrasunetele pot acționa asupra poluanților organici din apă, îmbunătățind astfel compoziția și mediul apelor uzate și crescând ratele de degradare a apelor uzate. Când ultrasunetele se propagă prin lichid, determină particulele din mediu să vibreze, accelerând coliziunile moleculare și supunându-le la forțe mecanice mai mari, îndepărtând astfel murdăria sau contaminarea atașată la suprafața mediului. În plus, ultrasunetele pot acționa asupra enzimelor, crescându-le activitatea și îmbunătățind eficiența eliminării poluanților. În timp ce ultrasunetele pot ajuta la eliminarea poluanților organici din apă, are și limitări, cum ar fi consumul de energie, aplicarea limitată și factorii care afectează eficiența tratării poluanților. Prin urmare, modul de îmbunătățire a eficienței de îndepărtare a ultrasunetelor, de reducere a consumului de energie și de extindere a aplicației a devenit un subiect fierbinte de cercetare.

Tipuri de apă tratată cu ultrasunete

Ultrasunetele pot fi folosite pentru a trata o mare varietate de tipuri de apă, inclusiv ape uzate menajere, ape uzate industriale, ape de suprafață, ape uzate marine, ape uzate anorganice cu conținut ridicat de amoniac și azot, ape uzate cu pământuri rare și ape uzate menajere la temperatură joasă. Canalele menajere sunt deosebit de relevante pentru viața umană. Canalele menajere se referă la apa evacuată din viața de zi cu zi și din activitățile comerciale și industriale, în principal din case, școli, spitale, magazine, locuri publice și întreprinderi industriale. Această canalizare conține o cantitate mare de materie organică și anorganică, cum ar fi proteine, carbohidrați, grăsimi, uree și azot amoniac și materie anorganică, cum ar fi nămol și resturi. În plus, canalizarea menajeră conține, de asemenea, un număr mare de microorganisme patogene și ouă de paraziți. Acești poluanți reprezintă o amenințare semnificativă pentru mediu și sănătatea umană, necesitând un tratament prompt. În unele cazuri, ultrasunetele sunt folosite pentru a perturba structura materiei organice din canalizarea, favorizând degradarea microbiană. În plus, efectele de cavitație și agitație ale ultrasunetelor ajută la coagularea și sedimentarea solidelor în suspensie. Apa uzată industrială se referă la apele uzate generate în timpul producției industriale, inclusiv apa de spălare, apa de răcire și apa utilizată pentru curățarea echipamentelor și a șantierului.

Această apă uzată conține materii prime industriale pierdute, produse intermediare, produse secundare și poluanți generați în timpul procesului de producție. Apele uzate industriale au de obicei concentrații mari de poluanți și o compoziție complexă, prezentând riscuri semnificative pentru mediu și ecosisteme. Necesită tratare specializată a apelor uzate pentru a îndeplini standardele înainte de descărcare. De exemplu, un producător de electronice folosește echipamente cu ultrasunete de înaltă frecvență pentru tratarea apelor uzate. Efectele mecanice și chimice ale ultrasunetelor descompun structurile moleculare ale materiei organice și uleiului din apele uzate, descompunându-le în molecule mai mici pentru un tratament mai ușor.

Aplicații ale tehnologiei cu ultrasunete în tratarea apei

Tehnologia cu ultrasunete poate fi utilizată singură sau în combinație cu alte tehnologii de tratare a apei. În general, ultrasunetele singure sunt ineficiente în degradarea poluanților și consumă multă energie. Tehnologiile combinate oferă o eficiență mai mare și costuri mai mici, reprezentând o direcție de dezvoltare viitoare promițătoare pentru aplicațiile cu ultrasunete.

Tehnologia cu ultrasunete singur

1. Sterilizare și dezinfecție

Tehnologia cu ultrasunete poate subțire local suprafața membranei prin cavitația la starea de echilibru, făcând celulele mai permeabile la alte celule în timpul procesului de stivuire. Acest lucru accelerează schimbul de materiale prin membrana celulară și promovează purificarea apelor uzate. Obiectivele sale de dezinfecție și sterilizare sunt atinse în primul rând prin distrugerea pereților celulari bacterieni, ducând la moartea bacteriilor. Tehnologia cu ultrasunete poate induce, de asemenea, un efect de rezonanță în bacterii, sporind și mai mult eficacitatea sterilizării acesteia. În timp ce tehnologia cu ultrasunete este foarte eficientă în sterilizarea și dezinfectarea apei potabile, a apei de piscină și a apelor uzate din spitale, efectul de cavitație poate face ca azotul dizolvat și oxigenul din apă să reacționeze și să producă produse secundare anorganice care conțin azot. Dacă produsele secundare sunt evacuate direct în mediu fără tratament, ele pot polua corpurile de apă și chiar pot prezenta riscuri pe termen lung pentru sănătatea umană.

2. Biodegradarea

Tehnologia cu ultrasunete este utilizată în principal în procesele de pretratare biologică, în primul rând pentru a reduce toxicitatea apelor uzate și pentru a crește raportul BOD5/COD, promovând astfel biodegradabilitatea acesteia. Microorganismele sunt agenții primari în tratarea biologică a apelor uzate. În prezent, majoritatea stațiilor de epurare a apelor uzate încă mai folosesc metode tradiționale de tratare biologică pentru tratarea materiei organice solubile, ușor degradabile. Cu toate acestea, eficacitatea tratamentului biologic tradițional este afectată semnificativ de calitatea și cantitatea influenților. Eficacitatea tratamentului este adesea slabă atunci când calitatea și cantitatea influentului fluctuează semnificativ sau când acesta conține substanțe recalcitrante. Ultrasunetele de intensitate scăzută îmbunătățesc adesea eficiența tratamentului biologic prin efecte mecanice, termice, de cavitație și de deteriorare. Mecanismele prin care ultrasunetele de joasă intensitate favorizează reacțiile biologice se manifestă în primul rând în următoarele moduri: 1) Transfer de masă îmbunătățit: creșterea permeabilității membranei celulare și facilitarea transportului de substanțe în și în afara celulelor; 2) Creșterea activității enzimatice: îmbunătățirea intrării reactanților în și ieșirea produselor din centrii activi enzimatic, reducând inhibarea activității enzimatice cauzată de acumularea metaboliților secundari, crescând astfel activitatea enzimatică și promovând reacțiile catalizate de enzime; 3) Creșterea accelerată a celulelor: frecvența, intensitatea și durata corespunzătoare a ultrasunetelor pot îmbunătăți eficiența metabolică celulară generală și pot accelera creșterea celulelor.

3. Promovată regenerarea cărbunelui activat

Ultrasunetele pot favoriza regenerarea carbonului activat prin cavitație acustică. Când ultrasunetele se propagă prin lichid, generează bule de cavitație. Colapsul instantaneu al acestor bule de cavitație produce unde de șoc intense și microjet. Aceste efecte fizice favorizează desorbția adsorbaților din porii cărbunelui activat, îmbunătățind astfel eficiența regenerării. Liu Cheng și colab. a studiat eficacitatea și mecanismul ultrasunetelor de joasă frecvență asupra regenerării cărbunelui activat. Rezultatele au arătat că ultrasunetele de joasă frecvență au îmbunătățit indicele de adsorbție al cărbunelui activ și ar putea menține, de asemenea, biodegradabilitatea ridicată a cărbunelui activ biologic într-o anumită măsură. Ei credeau că microjeturile de temperatură ridicată, presiune înaltă și fluxurile de microlichide generate de ruperea bulelor de cavitație în timpul procesului cu ultrasunete au promovat regenerarea cărbunelui activat.