Обзор ультразвуковой технологии очистки воды

Мэтью Тейлор, младший научный сотрудник и писатель Save The Water™ |30 марта 2021 г.

Не каждая технология очистки воды эффективно подходит для конкретной ситуации.Например, их ограничивают их способность удалять некоторые загрязнения из воды, их стоимость и производительность.Нам нужны новые технологии для решения этих проблем.Ультразвуковая технология может обеспечить решение.

Что такое ультразвуковая технология?

Ультразвуковая технология работает на основе ультразвуковых волн.Это высокочастотные волны, слишком высокие для человеческого слуха, обычно 20 килогерц и выше.Ультразвуковые устройства создают эти волны, которые проходят через воду в виде волн давления.Устройства, называемые преобразователями, преобразуют электрическую энергию в вибрацию.Преобразователи чаще всего производят эти волны.

Существует два типа преобразователей: пьезоэлектрические преобразователи и магнитострикционные преобразователи.В пьезоэлектрических преобразователях вибрация создается с помощью пьезоэлектрических кристаллов.Эти кристаллы вибрируют, когда через них проходит электричество.В магнитострикционных преобразователях электрический ток проходит через катушки, образуя магнитное поле.В результате преобразователь’Ядро расширяется и сжимается.

Как работает очистка воды?

Ультразвуковые устройства создают волны давления.Эти волны состоят как из положительного, так и из отрицательного давления, которые циклически чередуются.В воде, когда давление преодолевает воду’Когда прочность на растяжение, то есть способность сопротивляться силе, стремящейся разорвать его на части, начинает происходить процесс, называемый кавитацией.

Во время кавитации пузырьки образуются, растут и затем взрываются.Давление и температура внутри пузырьков достигают огромных уровней.Когда они взрываются, они выделяют большое количество энергии в виде ударной волны.Эти ударные волны могут разрушить органические вещества.Таким образом, ультразвуковая технология может бороться с бактериальным и водорослевым загрязнением воды.Мы могли бы использовать ультразвуковую технологию, например, для смягчения вредного цветения водорослей в Великих озерах.

Ультразвуковые волны могут генерироваться как непрерывно, так и импульсно.При очистке воды их чаще производят непрерывно, чтобы они могли более эффективно очищать воду.Пузырьки, образующиеся под воздействием пульсирующих ультразвуковых волн, при взрыве производят меньше энергии, что делает их менее эффективными.

Каковы преимущества использования ультразвуковой технологии при очистке воды?

Ультразвуковая технология очистки воды имеет ряд преимуществ:

Снижение мутности: Мутность означает, насколько прозрачна вода.Ультразвуковая технология может помочь сделать воду менее мутной, снизив ее мутность.Исследование 2011 года показало, что ультразвуковые волны могут снизить мутность на целых 76%.

Дезинфекция воды: ультразвуковые волны очень эффективны в борьбе с бактериальным и водорослевым загрязнением воды.Пузырьки, образующиеся в процессе кавитации, достигают температуры в тысячи градусов и давления в тысячи атмосфер.Возникающий в результате взрыв и последующая ударная волна, стресс и внезапное изменение температуры убивают бактерии.В результате это ограничивает бактерии’способность к размножению.Например, исследование 1997 года показало, что после 15 минут воздействия ультразвука 80% бактерий E. coli в питьевой воде погибли.

Разложение органических загрязнителей: ультразвуковая технология может разрушать органические загрязнители, кроме бактерий и водорослей.Он также может расщеплять органические загрязнители, такие как пестициды, фенол и даже взрывчатые вещества.Например, исследование 2004 года показало, что ультразвуковые волны почти полностью разлагают некоторые углеводороды в воде, включая нафталин и аценафтилен.

Будущие разработки ультразвуковых технологий

Ультразвуковая технология также имеет недостатки, которые исследователи должны устранить, прежде чем она получит более широкое распространение:

Новая технология: исследователям необходимо проводить больше исследований и анализа, чтобы упростить проектирование ультразвуковых систем.Им необходимо продолжить разработку теоретических моделей данных для стандартизации конструкции ультразвуковых устройств.Мы сможем расширить использование ультразвуковых устройств, как только они разработают эти модели.Самое главное, это позволит нам масштабировать их для очистки больших объемов воды.

Непомерно высокая стоимость: ультразвуковые технологии могут иметь высокие затраты на техническое обслуживание.Это связано с обслуживанием и заменой ультразвукового датчика, который повреждается во время ультразвуковой деятельности.

Легко ломаются: если ультразвуковые устройства сломаются, для их ремонта может потребоваться помощь специалиста.Это требование может на некоторое время оставить территорию без очистки воды.Поэтому гораздо чаще встречаются технологии, более доступные и простые в ремонте.

Будем надеяться, что ультразвуковые технологии станут более доступными, надежными и доступными.Эта технология — еще один ценный инструмент, который мы можем использовать, чтобы сделать воду чище для всех.