Може ли се ултразвук користити за микробну стерилизацију?

Да, ултразвучна технологија се може применити за стерилизацију микроорганизама. Ултразвучна технологија има широк спектар примена у области микробиологије, укључујући коришћење ултразвучних таласа за убијање и стерилизацију микроорганизама.

Ултразвучни таласи стварају високофреквентне вибрационе таласе у течностима, што доводи до интензивних физичких ефеката као што су кавитација, вртложне струје и ефекти резонанце. Ови ефекти могу изазвати пуцање ћелијске мембране микроорганизама, оштећење ћелијских структура и довести до смрти ћелије.

У практичним применама, ултразвучна технологија се обично користи у комбинацији са одговарајућим дезинфекционим средствима или растворима за стерилизацију како би се побољшала ефикасност стерилизације. Ултразвучни таласи могу помоћи дезинфекционим средствима да ефикасније продру у ћелије микроорганизама, убрзавајући уништавање и смрт ћелија.

Због тога се ултразвучна технологија широко користи у микробиологији у различитим областима, укључујући инактивацију бактерија у лабораторијама, дезинфекцију и чишћење медицинских инструмената, контролу микроба у прехрамбеној индустрији и још много тога. Уз правилну употребу ултразвучне технологије, ефикасна стерилизација и операције убијања микроба могу се ефикасно спровести.

Ултразвучни систем третмана се показао ефикасним у убијању бактерија, планктона и већих организама. Ултразвучна кавитација у третману баластне воде је механичка/физичка метода третмана која избегава додавање било каквих скупих активних хемијских супстанци у баластну воду. Тиме се обезбеђује да се животна средина не загађује уз постизање високог биолошког ефекта у уништавању и деактивацији организама и микроорганизама у баластној води.

Позадина:
Када бродови немају пуни терет, баласт је потребан да би се одржала њихова стабилност и сигурност. Вода се обично користи као баласт, али када се сакупи из њеног извора, различити организми улазе у воду, обично чине планктонске заједнице. Ови организми могу бити уведени у нови екосистем на одредишту, потенцијално изазивајући непотребно биолошко загађење. Да би се спречила ова потенцијална контаминација, мора се користити ефикасан систем дезинфекције за третирање баластне воде.

Глобални фонд за животну средину (ГЕФ) је идентификовао инвазивно ширење водених организама као једну од четири главне претње са којима се суочавају океани. Ово може имати изузетно озбиљне утицаје на животну средину, економију и јавно здравље. Да би се избегло уношење штетних мекушаца (као што су дагње зебра, азијске шкољке, итд.), могу се применити различити третмани стерилизације баластне воде (познати и као дезинфекција или неутрализација). Уобичајена метода третмана укључује хемијско чишћење баластне воде, али хемикалије које се користе су штетне по животну средину и скупе. Са све већим прописима о законима о управљању баластним водама, бродови интегришу различите методе третмана баластне воде као што је ултразвучна дезинфекција како би били у складу са прописима.

Ултразвучна стерилизација воде под притиском

Ултразвучни третман воде под притиском је механичка/физичка метода која избегава употребу штетних и скупих хемикалија. Сила кавитације може убити мале водене организме и микроорганизме. Неке студије су показале да ултразвучни таласи имају висок биолошки ефекат на зебра дагње, нематоде, бактерије и вирусе.

Ултразвучна дезинфекција кавитацијом
Ултразвучни таласи велике снаге стварају кавитационе мехуриће у течности, што доводи до стварања интензивних сила смицања и високих напона. Када се интензивни ултразвучни таласи споје у течност, звучни таласи се шире у течни медијум, изазивајући наизменичне циклусе високог и ниског притиска, у зависности од фреквенције. Током циклуса ниског притиска (фаза разређивања), ултразвучни таласи високог интензитета стварају мале вакуумске мехуриће или празнине у течности. Када мехурићи достигну запремину у којој више не могу да апсорбују енергију, они се насилно колабирају током циклуса високог притиска (фаза компресије). Овај феномен је познат као кавитација. Током имплозије постижу се локализоване веома високе температуре (око 5.000К) и притисци (око 2.000 атм). Имплозија кавитационих мехурића такође доводи до брзине млаза течности до 280 м/с.

Ово стварање и колапс мехурића високе енергије резултирају хидродинамичким силама смицања и ултразвучним осцилацијама, нарушавајући ћелијске зидове организама и ефикасно их убијају. Утицај ултразвучних техника на животну средину тренутно нема познатих или предвиђених еколошких проблема.

Биолошки ефекти ултразвучних таласа
Неке студије су показале да ултразвучни таласи могу ефикасно да утичу на вирусе и бактерије. Студије дезинфекције коришћењем ултразвучних уређаја при запремини протока од 100 гпм (галона у минути), што је еквивалентно 23 м3/х, показало је смањење од 7 лог за полиовирус (<5 μм), смањење од 6-7 лог за бактерије Цриптоспоридиум. Стопа морталитета од 100% постигнута је код нематода (Асцарис) (8-10μм) и мекушаца зебра (70μм). У систему протока од 600 гпм, стопа морталитета зебра дагњи ​​је била иста.

Стопа инактивације великих организама достигла је 100%, док се стопа инактивације бактерија и вируса смањила за 6-7 лог. Изложен у експерименталном систему континуираног протока током 20 секунди, стопа инактивације ооциста Цриптоспоридиум била је 93-98,6%, опадајући за 10 секунди (4 лог) у експерименталном шаржном реактору. Стопе инактивације су такође пријављене за Цриптоспоридиум (7 лог), одржива јаја црва (4,2 лог), полиовирус (8 лог), Салмонелла (9 лог) и Е. цоли (9 лог).

Смањење од 2 лог значи да је 99% организама првобитно присутних у води инактивирано. Смањење од 3 лог значи да је 99,9% деактивирано, и тако даље.

Капацитет обраде ултразвучних система такође зависи од излазне снаге. Ултразвучни уређаји велике снаге/високог интензитета захтевају мање времена излагања за инактивацију, што омогућава обраду већих брзина протока. Овај ултразвучни систем се може користити за смањење притиска и смањење притиска.

Предности ултразвучног третмана воде под притиском

· Без хемикалија

· Еколошки прихватљиво

· Ефикасно

· Синергијски ефекти

· Ниско одржавање

· Безбедан и лак за руковање

· Чврст и поуздан

· Скалабилност до било које величине

Истраживање комбинованих технологија третмана показује да је ултразвук веома синергичан када се користи у комбинацији са другим методама дезинфекције воде под притиском (као што су озон, хлорисање, УВ зрачење, температура или високи притисак). Због једноставне инсталације и малих захтева за простором, ултразвучна опрема је погодна за надоградњу и побољшање постојећих система за пречишћавање воде под притиском.