Комбиновање ултразвука са другим технологијама за третман воде

Комбиновање ултразвука са другим технологијама за третман воде

1. Ултразвук – традиционална технологија за пречишћавање воде

Ултразвук генерише снажне силе смицања и ефекте кавитације, ефикасно уништавајући загађиваче у води, као што су јони тешких метала, органске материје и хранљиве материје као што су азот и фосфор. Комбиновањем овога са традиционалним методама третмана воде, као што су коагулација, седиментација и филтрација, може се додатно побољшати ефикасност третмана воде. На пример, петрохемијска отпадна вода садржи велике количине органске материје и токсичних супстанци, што представља озбиљан ризик за животну средину и здравље људи. Ултразвучна технологија може ефикасно уклонити ове органске и токсичне супстанце из петрохемијских отпадних вода кроз синергистичке ефекте физичко-хемијских и биолошких ефеката, постижући ефикасан третман. Отпадне воде за бојење садрже велике количине боја и помоћних средстава, што отежава третман. Традиционалне методе третмана воде могу уклонити само једноставне загађиваче из отпадних вода. Ултразвучна технологија може пореметити хемијску структуру боја и помоћних средстава, промовишући њихову агрегацију и таложење. Ултразвук такође активира растворени кисеоник у води, стварајући јаке оксиданте као што су хидроксилни радикали, који даље разграђују органске загађиваче. Ву ет ал. третиране отпадне воде радиоактивног уранијума коришћењем оптимизованог комбинованог процеса ултразвук-флокулација-таложење. Открили су значајан синергистички ефекат између ултразвука и дозе флокуланта, постижући стопу уклањања јона уранијума од 95,4%.

2. Ултразвучно-мембранска технологија

Мембранска технологија игра виталну улогу у третману воде за пиће, али запрљавање мембране је кључни проблем са којим се суочава третман мембране. Истраживања су показала да механичке вибрације, акустична струјања и акустична кавитација које генерише ултразвук не само да повећавају капацитет одвајања мембране већ и ефикасно чисте површину мембране, инхибирајући концентрацијску поларизацију и запрљавање мембране, чиме се у одређеној мери побољшава проток мембране. Штавише, као облик енергије, ширење ултразвука у раствору може изазвати периодично компресију и ширење раствора, стварајући микровибрације у води. Док је амплитуда мала, убрзање је велико, промовишући процес одвајања мембране. Мутхукумаран и др. верују да постоје четири механизма побољшања у процесу одвајања мембране појачаним ултразвуком: 1) Акустични таласи могу да агломерирају ултрафине честице, смањујући адсорпцију раствора на мембрани и зачепљење пора, чиме инхибирају зарастање мембране; 2) Ултразвук може да обезбеди довољну енергију механичке вибрације да помери неке честице суспендоване у раствору даље од површине мембране, спречавајући таложење честица, ефикасно ублажавајући поларизацију концентрације и формирање слоја филтерског колача и значајно смањујући отпор граничног слоја и отпор филтерског колача; 3) Микрофлуиди генерисани ултразвуком могу разбити слој гела и слој филтерског колача који се формира на површини мембране, распршујући их у течности; 4) Макроскопска турбуленција узрокована микромлазницама, ударним таласима и акустичним импулсима може побољшати дифузију унутар главног турбулентног тока и такође изазвати локалну турбуленцију у граничном слоју. Ова локална турбуленција трансформише молекуларну дифузију у граничном слоју у вртложну дифузију, на крају повећавајући конвективни пренос масе између материјала и интерфејса.

3. Ултразвучно-озонска технологија

Тренутно, постоји опсежна истраживања о технологији ултразвучног озона. Озон може да генерише хемијски активне слободне радикале кисеоника под дејством ултразвука. Ови слободни радикали могу да се комбинују са озоном да би генерисали кисеоник, или да реагују са водом да би генерисали јаке оксидирајуће врсте као што су ·ОХ и ·Х2О2 (формуле (1) до (4)), чиме се промовише разлагање озона и побољшава ефикасност реакције. Истраживање Хелфреда ет ал. [11] је показао да ултразвук може да разбије мехуриће који садрже озон у „микромехуриће“. Специфична површина 'микромехурића' је 101 до 104 пута већа од површине обичних мехурића, што повећава површину контакта између озона и воде и убрзава брзину растварања озона у води. Зиилани-Иавас и др. [12] проучавали су ултразвучно-озонску методу за лечење парацетамола. Резултати су показали да је комбинована технологија побољшала производњу оксидирајућих врста и побољшала стопу минерализације загађивача.

4. Ултразвучно-фотокаталитичка технологија

Фотокаталитичка технологија се односи на технологију која користи редокс способност фотокатализатора под светлом за пречишћавање загађивача и синтетичких супстанци. Фотокаталитичка технологија је веома популарна због својих благих услова реакције и широких поља примене. Комбинација ултразвука и фотокаталитичке технологије може разградити хидрофобне супстанце и проширити пут преноса фотогенерисаних електронских рупа. Резултати истраживања Хамдаоуи ет ал. [13] су показали да је под истим условима комбинација ултразвучног зрачења и фотохемијског процеса довела до повећања стопе минерализације хлорфенола у поређењу са употребом одвојених технологија третмана. То значи да постоји велики синергистички ефекат између три оксидациона процеса директног фотохемијског деловања, високофреквентне сонохемије и реакције озона коју генерише ултраљубичасто зрачење ваздуха. Фактори који утичу на ултразвучни третман водених ресурса углавном укључују параметре употребе ултразвука, као што су фреквенција, снага и интензитет звука, као и физички и хемијски параметри отпадне воде која се третира, као што су температура, честице и својства загађивача. Поред тога, на процес ултразвучног третмана утичу и фактори као што је интензитет ултразвучне снаге. Током процеса разградње, брзина реакције није константна. Уопштено говорећи, што је већи интензитет ултразвучне снаге, то је бржа брзина реакције. Као еколошки прихватљива технологија, ултразвук показује велики потенцијал примене у будућој индустрији пречишћавања воде.

 Иако је ова технологија постигла одређене истраживачке резултате, проблеми високе потрошње енергије и ниске ефикасности када се користи сама треба даље да се решавају. На пример, како оптимизовати структуру и перформансе ултразвучне опреме да би се побољшала њена стабилност и ефикасност, како спровести дубинско истраживање механизма ултразвука да би се постигла његова ефикасна, безбедна и еколошки прихватљива примена и како развити нове процесе ултразвучног третмана како би се прилагодили различитим врстама канализације и услова квалитета воде и смањили потрошњу ултразвучне енергије. Пробијање уских грла и превазилажење баријера на основу постојећих истраживања помоћи ће нам да се прилагодимо питањима квалитета воде која се стално мења.