Можно ли использовать ультразвук для микробной стерилизации?

Да, ультразвуковую технологию можно применять для стерилизации микроорганизмов. Ультразвуковая технология имеет широкий спектр применения в области микробиологии, включая использование ультразвуковых волн для уничтожения и стерилизации микроорганизмов.

Ультразвуковые волны генерируют высокочастотные вибрационные волны в жидкостях, что приводит к интенсивным физическим эффектам, таким как кавитация, вихревые токи и резонансные эффекты. Эти эффекты могут вызвать разрыв клеточных мембран микроорганизмов, повреждение клеточных структур и привести к гибели клеток.

В практических целях ультразвуковая технология обычно используется в сочетании с соответствующими дезинфицирующими средствами или стерилизующими растворами для повышения эффективности стерилизации. Ультразвуковые волны могут помочь дезинфицирующим средствам более эффективно проникать в клетки микроорганизмов, ускоряя их разрушение и гибель.

Поэтому ультразвуковые технологии широко используются в микробиологии в различных областях, включая инактивацию бактерий в лабораториях, дезинфекцию и очистку медицинских инструментов, микробный контроль в пищевой промышленности и многое другое. Благодаря правильному использованию ультразвуковой технологии можно эффективно проводить операции по стерилизации и уничтожению микроорганизмов.

Система ультразвуковой обработки доказала свою эффективность в уничтожении бактерий, планктона и более крупных организмов. Ультразвуковая кавитация при очистке балластных вод — это метод механической/физической обработки, позволяющий избежать добавления в балластную воду каких-либо дорогостоящих активных химических веществ. Это гарантирует отсутствие загрязнения окружающей среды при достижении высокого биологического эффекта по уничтожению и дезактивации организмов и микроорганизмов в балластной воде.

Фон:
Когда суда не имеют полной грузовой загрузки, для поддержания их остойчивости и безопасности необходим балласт. Вода обычно используется в качестве балласта, но при сборе из ее источника в воду попадают различные организмы, обычно состоящие из планктонных сообществ. Эти организмы могут быть завезены в новую экосистему в пункте назначения, что потенциально может вызвать ненужное биологическое загрязнение. Чтобы предотвратить это потенциальное загрязнение, для обработки балластной воды необходимо использовать эффективную систему дезинфекции.

Инвазивное распространение водных организмов было определено Глобальным экологическим фондом (ГЭФ) как одна из четырех основных угроз, с которыми сталкиваются океаны. Это может иметь чрезвычайно серьезные последствия для окружающей среды, экономики и здравоохранения. Чтобы избежать попадания вредных моллюсков (таких как дрейссены, азиатские моллюски и т. д.), можно использовать различные методы стерилизации балластной воды (также известные как дезинфекция или нейтрализация). Обычный метод очистки включает химическую очистку балластной воды, но используемые химикаты вредны для окружающей среды и являются дорогостоящими. В связи с ужесточением требований к законам об управлении балластной водой, суда интегрируют различные методы очистки балластной воды, такие как ультразвуковая дезинфекция, для соблюдения правил.

Ультразвуковая стерилизация воды под давлением

Ультразвуковая очистка воды под давлением — это механический/физический метод, позволяющий избежать использования вредных и дорогостоящих химикатов. Сила кавитации может убить мелкие водные организмы и микроорганизмы. Некоторые исследования показали, что ультразвуковые волны оказывают высокое биологическое воздействие на дрейссены, нематоды, бактерии и вирусы.

Ультразвуковая кавитационная дезинфекция
Мощные ультразвуковые волны создают кавитационные пузырьки в жидкости, что приводит к возникновению интенсивных сдвиговых сил и высоких напряжений. Когда интенсивные ультразвуковые волны проникают в жидкость, звуковые волны распространяются в жидкую среду, вызывая чередующиеся циклы высокого и низкого давления, в зависимости от частоты. Во время циклов низкого давления (фаза разрежения) ультразвуковые волны высокой интенсивности создают небольшие вакуумные пузырьки или промежутки в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, в котором они больше не могут поглощать энергию, они резко разрушаются во время циклов высокого давления (фаза сжатия). Это явление известно как кавитация. Во время имплозии достигаются очень высокие локальные температуры (около 5000 К) и давления (около 2000 атм). Схлопывание кавитационных пузырьков также приводит к скорости струи жидкости до 280 м/с.

Это образование и коллапс высокоэнергетических пузырьков приводит к возникновению гидродинамических сил сдвига и ультразвуковых колебаний, разрушающих клеточные стенки организмов и эффективно их убивающих. Воздействие ультразвуковых методов на окружающую среду в настоящее время не имеет известных или ожидаемых экологических проблем.

Биологические эффекты ультразвуковых волн
Некоторые исследования показали, что ультразвуковые волны могут эффективно воздействовать на вирусы и бактерии. Исследования по дезинфекции с использованием ультразвуковых устройств при объеме потока 100 галлонов в минуту (галлонов в минуту), что эквивалентно 23 м3/ч, показали снижение на 7 log для полиовируса (<5 мкм) и на 6–7 log для бактерий Cryptosporidium. 100% смертность была достигнута при использовании нематод (аскарид) (8-10 мкм) и моллюсков дрейссены (70 мкм). В системе потока 600 галлонов в минуту уровень смертности дрейссены был таким же.

Скорость инактивации крупных организмов достигала 100%, тогда как скорость инактивации бактерий и вирусов снижалась на 6-7 log. При воздействии в экспериментальной системе с непрерывным потоком в течение 20 секунд степень инактивации ооцист Cryptosporidium составляла 93-98,6%, снижаясь через 10 секунд (4 log) в экспериментальном реакторе периодического действия. Также сообщалось о показателях инактивации Cryptosporidium (7 log), жизнеспособных яиц червей (4,2 log), полиовируса (8 log), сальмонеллы (9 log) и E. coli (9 log).

Снижение на 2 log означает, что 99% организмов, первоначально присутствовавших в воде, были инактивированы. Сокращение на 3 log означает, что 99,9% были инактивированы и так далее.

Производительность ультразвуковых систем также зависит от выходной мощности. Ультразвуковые устройства высокой мощности/высокой интенсивности требуют меньше времени воздействия для инактивации, что позволяет обрабатывать более высокие скорости потока. Эту ультразвуковую систему можно использовать для повышения и разгерметизации.

Преимущества ультразвуковой очистки воды под давлением

· Без химикатов

· Экологичность

· Эффективный

· Синергетический эффект

· Низкие эксплуатационные расходы

· Безопасный и простой в эксплуатации

· Прочный и надежный

· Масштабируемость до любого размера

Исследования технологий комбинированной обработки показывают, что ультразвук имеет высокий синергетический эффект при использовании в сочетании с другими методами дезинфекции воды под давлением (такими как озон, хлорирование, УФ-облучение, температура или высокое давление). Благодаря простоте установки и небольшим требованиям к пространству ультразвуковое оборудование хорошо подходит для модернизации и улучшения существующих систем очистки воды под давлением.