Технология ультразвуковой очистки воды

Технология ультразвуковой очистки воды

В последние годы экологической среде уделяется все больше внимания. Таким образом, в нынешнем контексте все более серьезных экологических и ресурсных ограничений, более надежная защита является неотложной и важной задачей. Водная среда является важнейшим компонентом экологической среды. Неспособность эффективно защитить его и эффективно решить проблему загрязнения воды не только напрямую повлияет на повседневную жизнь жителей, но и спровоцирует различные социальные конфликты и проблемы, препятствуя человеческому развитию.

Технология ультразвуковой очистки воды использует кавитацию и тепловые эффекты ультразвука для глубокой очистки водных ресурсов. Он прост в эксплуатации, экологически безопасен и не загрязняет окружающую среду, отвечая потребностям устойчивого развития. В этой статье, начиная с ультразвука и анализируя традиционные методы очистки воды, рассматривается вклад технологии ультразвуковой очистки воды в загрязнение воды с различных точек зрения, включая типы водоемов, методы применения, механизмы и влияющие факторы, а также предлагаются перспективы будущего развития ультразвуковой очистки воды.

Ультразвуковыми волнами обычно называют звуковые волны с частотой вибрации от 20 кГц до 10 МГц, а также упругие волны, генерируемые в среде. В настоящее время многие исследователи, как внутри страны, так и за рубежом, изучают возможность интеграции ультразвука с очисткой воды, надеясь эффективно удалить загрязняющие вещества из воды. Ультразвук может воздействовать на бактерии в активном иле, повышая эффективность удаления загрязняющих веществ за счет увеличения бактериальной активности. Ультразвуковое облучение низкой интенсивности может эффективно повысить биологическую активность гранулированного ила анаэробного окисления аммония. Ультразвук может воздействовать на органические загрязнители в воде, тем самым улучшая состав и окружающую среду сточных вод и увеличивая скорость разложения сточных вод. Когда ультразвук распространяется через жидкость, он заставляет частицы в среде вибрировать, ускоряя молекулярные столкновения и подвергая их большим механическим силам, тем самым удаляя грязь или загрязнения, прикрепленные к поверхности среды. Кроме того, ультразвук может воздействовать на ферменты, повышая их активность и повышая эффективность удаления загрязняющих веществ. Хотя ультразвук может помочь удалить органические загрязнители из воды, он также имеет ограничения, такие как потребление энергии, ограниченное применение и факторы, влияющие на эффективность очистки загрязнителей. Поэтому вопрос о том, как повысить эффективность удаления ультразвука, снизить потребление энергии и расширить его применение, стал горячей темой исследований.

Типы воды, обработанной ультразвуком

Ультразвук можно использовать для очистки самых разных типов воды, включая бытовые сточные воды, промышленные сточные воды, поверхностные воды, морские сточные воды, неорганические сточные воды с высоким содержанием аммиака и азота, сточные воды с редкоземельными элементами и низкотемпературные бытовые сточные воды. Бытовая канализация имеет особое значение для жизни человека. Под бытовыми сточными водами понимаются воды, сбрасываемые в результате повседневной жизни, коммерческой и производственной деятельности, в первую очередь из домов, школ, больниц, магазинов, общественных мест и промышленных предприятий. Эти сточные воды содержат большое количество органических и неорганических веществ, таких как белки, углеводы, жиры, мочевина и аммиачный азот, а также неорганических веществ, таких как ил и мусор. Кроме того, бытовые сточные воды также содержат большое количество патогенных микроорганизмов и яиц паразитов. Эти загрязнители представляют собой серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека, что требует незамедлительного лечения. В некоторых случаях ультразвук используется для нарушения структуры органических веществ в сточных водах, способствуя микробному разложению. Кроме того, кавитационные и перемешивающие эффекты ультразвука способствуют коагуляции и осаждению взвешенных твердых частиц. Промышленные сточные воды — это сточные воды, образующиеся в ходе промышленного производства, включая промывочную воду, охлаждающую воду и воду, используемую для очистки оборудования и площадок.

Эти сточные воды содержат потерянное промышленное сырье, промежуточные продукты, побочные продукты и загрязняющие вещества, образующиеся в процессе производства. Промышленные сточные воды обычно имеют высокие концентрации загрязняющих веществ и сложный состав, что представляет значительный риск для окружающей среды и экосистем. Перед сбросом требуется специальная очистка сточных вод, чтобы они соответствовали стандартам. Например, производитель электроники использует высокочастотное ультразвуковое оборудование для очистки сточных вод. Механическое и химическое воздействие ультразвука разрушает молекулярные структуры органических веществ и масел в сточных водах, разбивая их на более мелкие молекулы для облегчения очистки.

Применение ультразвуковых технологий в очистке воды

Ультразвуковую технологию можно использовать отдельно или в сочетании с другими технологиями очистки воды. Как правило, ультразвук сам по себе неэффективен для разложения загрязняющих веществ и потребляет много энергии. Комбинированные технологии обеспечивают более высокую эффективность и более низкие затраты, представляя собой многообещающее будущее направление развития ультразвуковых приложений.

Ультразвуковая технология в одиночку

1. Стерилизация и дезинфекция

Ультразвуковая технология может локально утончить поверхность мембраны за счет устойчивой кавитации, делая клетки более проницаемыми для других клеток во время процесса укладки. Это ускоряет обмен веществ через клеточную мембрану и способствует очистке сточных вод. Цели дезинфекции и стерилизации в первую очередь достигаются за счет разрушения клеточных стенок бактерий, что приводит к их гибели. Ультразвуковая технология также может вызывать резонансный эффект у бактерий, еще больше повышая эффективность стерилизации. Хотя ультразвуковая технология очень эффективна при стерилизации и дезинфекции питьевой воды, воды в бассейнах и сточных водах больниц, эффект кавитации может вызвать реакцию растворенных в воде азота и кислорода и образование неорганических азотсодержащих побочных продуктов. Если побочные продукты сбрасываются непосредственно в окружающую среду без очистки, они могут загрязнять водоемы и даже представлять долгосрочный риск для здоровья человека.

2. Биодеградация

Ультразвуковая технология в основном используется в процессах биологической предварительной очистки, в первую очередь для снижения токсичности сточных вод и увеличения соотношения БПК5/ХПК, тем самым способствуя их биоразлагаемости. Микроорганизмы являются основными агентами биологической очистки сточных вод. В настоящее время большинство очистных сооружений по-прежнему используют традиционные методы биологической очистки для удаления растворимых, легко разлагаемых органических веществ. Однако эффективность традиционной биологической очистки существенно зависит от качества и количества притока. Эффективность лечения часто бывает низкой, когда качество и количество поступающей воды значительно колеблется или когда она содержит устойчивые вещества. Ультразвук низкой интенсивности часто повышает эффективность биологической очистки за счет механического, термического, кавитационного и повреждающего воздействия. Механизмы, с помощью которых ультразвук низкой интенсивности стимулирует биологические реакции, в первую очередь проявляются в следующих путях: 1) усиление массообмена: повышение проницаемости клеточных мембран и облегчение транспорта веществ в клетки и из них; 2) Повышение активности ферментов: усиление входа реагирующих веществ в активные центры ферментов и выход продуктов из них, уменьшение угнетения активности ферментов, вызванного накоплением вторичных метаболитов, тем самым повышая активность ферментов и способствуя ферментативно-катализируемым реакциям; 3) Ускоренный рост клеток. Соответствующая частота, интенсивность и продолжительность ультразвука могут повысить общую эффективность клеточного метаболизма и ускорить рост клеток.

3. Ускоренная регенерация активированного угля.

Ультразвук может способствовать регенерации активированного угля посредством акустической кавитации. Когда ультразвук распространяется через жидкость, он генерирует кавитационные пузырьки. Мгновенный коллапс этих кавитационных пузырьков вызывает мощные ударные волны и микроструи. Эти физические эффекты способствуют десорбции адсорбатов из пор активированного угля, тем самым повышая эффективность регенерации. Лю Ченг и др. изучили эффективность и механизм действия низкочастотного ультразвука на регенерацию активированного угля. Результаты показали, что низкочастотный ультразвук улучшает индекс адсорбции активированного угля, а также может в определенной степени поддерживать высокую биоразлагаемость биологического активированного угля. Они полагали, что высокая температура, микроструи высокого давления и потоки микрожидкостей, образующиеся в результате разрыва кавитационных пузырьков во время ультразвукового процесса, способствуют регенерации активированного угля.