Ултразвучна технологија за третман воде

Ултразвучна технологија за третман воде

Последњих година, еколошкој средини се посвећује све већа пажња. Стога, у тренутном контексту све озбиљнијих ограничења животне средине и ресурса, боља заштита је од хитне и важне. Водено окружење је кључна компонента еколошког окружења. Неуспех у њеној ефикасној заштити и ефикасном решавању загађења воде не само да ће директно утицати на свакодневни живот становника, већ ће и покренути различите друштвене сукобе и проблеме, ометајући људски развој.

Технологија ултразвучног третмана воде користи кавитацију и термичке ефекте ултразвука за дубински третман водених ресурса. Једноставан је за руковање, еколошки прихватљив и без загађења, задовољавајући потребе одрживог развоја. Овај чланак, почевши од ултразвука и анализира традиционалне методе третмана воде, даје преглед доприноса ултразвучне технологије третмана воде загађењу воде из различитих перспектива, укључујући типове водних тијела, методе примјене, механизме и факторе утицаја, и нуди изгледе за будући развој ултразвучног третмана воде.

Ултразвучни таласи се генерално називају звучни таласи са фреквенцијом вибрације између 20 кХз и 10 МХз, као и еластични таласи генерисани у медијуму. Тренутно, многи истраживачи, како домаћи тако и међународни, истражују интеграцију ултразвука са третманом воде, надајући се да ће ефикасно уклонити загађиваче из воде. Ултразвук може да делује на бактерије у активном муљу, повећавајући ефикасност уклањања загађивача повећањем активности бактерија. Ултразвучно зрачење ниског интензитета може ефикасно повећати биолошку активност грануларног муља анаеробне оксидације амонијума. Ултразвук може да делује на органске загађиваче у води, чиме се побољшава састав и окружење отпадних вода и повећавају стопе деградације отпадних вода. Када се ултразвук шири кроз течност, узрокује да честице у медијуму вибрирају, убрзавајући молекуларне сударе и подвргавајући их већим механичким силама, чиме се уклањају прљавштина или контаминација причвршћена за површину медијума. Штавише, ултразвук може да делује на ензиме, повећавајући њихову активност и побољшавајући ефикасност уклањања загађивача. Док ултразвук може помоћи у уклањању органских загађивача из воде, он такође има ограничења, као што су потрошња енергије, ограничена примена и фактори који утичу на ефикасност третмана загађивача. Стога је питање како побољшати ефикасност уклањања ултразвука, смањити потрошњу енергије и проширити његову примену постала врућа тема истраживања.

Врсте воде третиране ултразвуком

Ултразвук се може користити за третман широког спектра врста вода, укључујући кућну канализацију, индустријску отпадну воду, површинске воде, морске отпадне воде, неорганске отпадне воде са високим садржајем амонијака и азота, отпадне воде ретких земаља и нискотемпературне отпадне воде из домаћинстава. Кућна канализација је посебно важна за људски живот. Домаћа канализација се односи на воду која се испушта из свакодневног живота и комерцијалних и индустријских активности, првенствено из домова, школа, болница, продавница, јавних места и индустријских предузећа. Ова канализација садржи велику количину органских и неорганских материја, као што су протеини, угљени хидрати, масти, уреа и амонијачни азот, и неорганске материје као што су муљ и остаци. Поред тога, кућна канализација садржи и велики број патогених микроорганизама и јаја паразита. Ови загађивачи представљају значајну претњу по животну средину и здравље људи, због чега је неопходно хитно лечење. У неким случајевима, ултразвук се користи да поремети структуру органске материје у канализацији, промовишући микробну деградацију. Штавише, ефекти кавитације и агитације ултразвука помажу у коагулацији и седиментацији суспендованих чврстих материја. Индустријска отпадна вода се односи на отпадне воде настале током индустријске производње, укључујући воду за прање, воду за хлађење и воду која се користи за чишћење опреме и локације.

Ова отпадна вода садржи изгубљене индустријске сировине, полупроизводе, нуспроизводе и загађиваче настале током процеса производње. Индустријске отпадне воде обично имају високе концентрације загађивача и сложен састав, што представља значајан ризик за животну средину и екосистеме. Захтева специјализовани третман отпадних вода да би се испунили стандарди пре испуштања. На пример, произвођач електронике користи високофреквентну ултразвучну опрему за пречишћавање отпадних вода. Механички и хемијски ефекти ултразвука разлажу молекуларне структуре органске материје и уља у отпадној води, разлажући их на мање молекуле ради лакшег третмана.

Примене ултразвучне технологије у третману воде

Ултразвучна технологија се може користити самостално или у комбинацији са другим технологијама за третман воде. Генерално, сам ултразвук је неефикасан у деградацији загађивача и троши много енергије. Комбиноване технологије нуде већу ефикасност и ниже трошкове, што представља обећавајући будући правац развоја за ултразвучне апликације.

Сама ултразвучна технологија

1. Стерилизација и дезинфекција

Ултразвучна технологија може локално истањити површину мембране кроз стационарну кавитацију, чинећи ћелије пропустљивијим за друге ћелије током процеса слагања. Ово убрзава размену материјала кроз ћелијску мембрану и промовише пречишћавање отпадних вода. Његови циљеви дезинфекције и стерилизације се првенствено постижу уништавањем ћелијских зидова бактерија, што доводи до смрти бактерија. Ултразвучна технологија такође може да изазове ефекат резонанце код бактерија, додатно повећавајући ефикасност стерилизације. Док је ултразвучна технологија веома ефикасна у стерилизацији и дезинфекцији воде за пиће, воде из базена и болничке отпадне воде, ефекат кавитације може изазвати реакцију раствореног азота и кисеоника у води и производњу неорганских нуспроизвода који садрже азот. Ако се нуспроизводи испуштају директно у животну средину без третмана, они могу загадити водна тијела и чак представљати дугорочне ризике по здравље људи.

2. Биоразградња

Ултразвучна технологија се првенствено користи у процесима биолошког претходног третмана, првенствено за смањење токсичности отпадних вода и повећање БПК5/ЦОД односа, чиме се промовише њена биоразградивост. Микроорганизми су примарни агенси у биолошком третману отпадних вода. Тренутно, већина постројења за пречишћавање отпадних вода још увек користи традиционалне биолошке методе пречишћавања за третирање растворљивих, лако разградивих органских материја. Међутим, на ефикасност традиционалног биолошког третмана значајно утичу утицајни квалитет и квантитет. Ефикасност лечења је често лоша када квалитет и квантитет утицаја значајно варирају, или када садржи непослушне супстанце. Ултразвук ниског интензитета често побољшава ефикасност биолошког третмана кроз механичке, термичке, кавитационе и ефекте оштећења. Механизми помоћу којих ултразвук ниског интензитета подстиче биолошке реакције првенствено се манифестују на следеће начине: 1) појачан пренос масе: повећање пермеабилности ћелијске мембране и олакшавање транспорта супстанци у и из ћелије; 2) Повећана активност ензима: појачава улазак реактаната у и излазак продуката из ензимско активних центара, смањење инхибиције ензимске активности узроковане акумулацијом секундарних метаболита, чиме се повећава активност ензима и промовише реакције катализоване ензимима; 3) Убрзани раст ћелија: Одговарајућа фреквенција, интензитет и трајање ултразвука могу побољшати укупну ћелијску метаболичку ефикасност и убрзати раст ћелија.

3. Промовисана регенерација активног угља

Ултразвук може да подстакне регенерацију активног угља кроз акустичну кавитацију. Када се ултразвук шири кроз течност, ствара кавитационе мехуриће. Тренутни колапс ових кавитационих мехурића производи интензивне ударне таласе и микромлазеве. Ови физички ефекти промовишу десорпцију адсорбата из пора активног угља, чиме се побољшава ефикасност регенерације. Лиу Цхенг и др. проучавао ефикасност и механизам нискофреквентног ултразвука на регенерацију активног угља. Резултати су показали да је ултразвук ниске фреквенције побољшао индекс адсорпције активног угља и да би такође могао да одржи високу биоразградљивост биолошког активног угља у одређеној мери. Они су веровали да висока температура, микромлазови високог притиска и токови микротечности који настају пуцањем кавитационих мехурића током ултразвучног процеса промовишу регенерацију активног угља.