Combinando ultrassom com outras tecnologias de tratamento de água

Combinando ultrassom com outras tecnologias de tratamento de água

1. Ultrassom – Tecnologia Tradicional de Tratamento de Água

O ultrassom gera poderosas forças de cisalhamento e efeitos de cavitação, destruindo efetivamente os poluentes da água, como íons de metais pesados, matéria orgânica e nutrientes como nitrogênio e fósforo. Combinar isso com métodos tradicionais de tratamento de água, como coagulação, sedimentação e filtração, pode aumentar ainda mais a eficiência do tratamento de água. Por exemplo, as águas residuais petroquímicas contêm grandes quantidades de matéria orgânica e substâncias tóxicas, representando sérios riscos para o ambiente e para a saúde humana. A tecnologia de ultrassom pode remover com eficácia essas substâncias orgânicas e tóxicas das águas residuais petroquímicas por meio dos efeitos sinérgicos dos efeitos físico-químicos e biológicos, alcançando um tratamento eficaz. As águas residuais de tingimento contêm grandes quantidades de corantes e auxiliares, dificultando o tratamento. Os métodos tradicionais de tratamento de água só podem remover poluentes simples das águas residuais. A tecnologia de ultrassom pode perturbar a estrutura química de corantes e auxiliares, promovendo sua agregação e precipitação. O ultrassom também ativa o oxigênio dissolvido na água, gerando oxidantes fortes, como os radicais hidroxila, que degradam ainda mais os poluentes orgânicos. Wu et al. águas residuais de urânio radioativo tratadas usando um processo combinado otimizado de ultrassom, floculação e precipitação. Eles encontraram um efeito sinérgico significativo entre o ultrassom e a dosagem do floculante, alcançando uma taxa de remoção de íons urânio de 95,4%.

2. Tecnologia de membrana de ultrassom

A tecnologia de membrana desempenha um papel vital no tratamento de água potável, mas a incrustação da membrana é um problema fundamental enfrentado pelo tratamento de membrana. A pesquisa mostrou que as vibrações mecânicas, a transmissão acústica e a cavitação acústica geradas pelo ultrassom não apenas aumentam a capacidade de separação da membrana, mas também limpam efetivamente a superfície da membrana, inibindo a polarização da concentração e a incrustação da membrana, melhorando assim o fluxo da membrana até certo ponto. Além disso, como forma de energia, a propagação do ultrassom em uma solução pode causar compressão e expansão periódica da solução, gerando microvibrações na água. Embora a amplitude seja pequena, a aceleração é alta, promovendo o processo de separação da membrana. Muthukumaran et al. acreditam que existem quatro mecanismos de aprimoramento no processo de separação de membrana aprimorado por ultrassom: 1) As ondas acústicas podem aglomerar partículas ultrafinas, reduzindo a adsorção de soluto na membrana e o entupimento dos poros, inibindo assim a incrustação da membrana; 2) O ultrassom pode fornecer energia de vibração mecânica suficiente para mover algumas partículas suspensas na solução para longe da superfície da membrana, evitando a deposição de partículas, mitigando efetivamente a polarização da concentração e a formação de uma camada de torta de filtro e reduzindo significativamente a resistência da camada limite e a resistência da torta de filtro; 3) A microfluídica gerada pelo ultrassom pode romper a camada de gel e a camada de torta de filtro formada na superfície da membrana, dispersando-os no líquido; 4) A turbulência macroscópica causada por microjatos, ondas de choque e pulsos acústicos pode aumentar a difusão dentro do fluxo turbulento principal e também induzir turbulência local na camada limite. Esta turbulência local transforma a difusão molecular na camada limite em difusão turbulenta, melhorando em última análise a transferência de massa convectiva entre o material e a interface.

3. Tecnologia de ozônio ultrassônico

Atualmente, tem havido extensas pesquisas sobre a tecnologia de ozônio ultrassônico. O ozônio pode gerar radicais livres de oxigênio quimicamente ativos sob a ação do ultrassom. Esses radicais livres podem combinar-se com o ozônio para gerar oxigênio ou reagir com a água para gerar espécies oxidantes fortes, como ·OH e ·H2O2 (Fórmulas (1) a (4)), promovendo assim a decomposição do ozônio e melhorando a eficiência da reação. Pesquisa de Helfred et al. [11] mostraram que o ultrassom pode esmagar bolhas contendo ozônio em “microbolhas”. A área superficial específica das “microbolhas” é 101 a 104 vezes maior que a das bolhas comuns, o que aumenta a área de contato entre o ozônio e a água e acelera a taxa de dissolução do ozônio na água. Ziylani-Yavas et al. [12] estudaram o método de ozônio ultrassônico para o tratamento do paracetamol. Os resultados mostraram que a tecnologia combinada melhorou a produção de espécies oxidantes e melhorou a taxa de mineralização de poluentes.

4. Tecnologia fotocatalítica ultrassônica

A tecnologia fotocatalítica refere-se a uma tecnologia que utiliza a capacidade redox dos fotocatalisadores sob a luz para purificar poluentes e substâncias sintéticas. A tecnologia fotocatalítica é altamente popular devido às suas condições de reação suaves e amplos campos de aplicação. A combinação de ultrassom e tecnologia fotocatalítica pode decompor substâncias hidrofóbicas e expandir o caminho de transferência de buracos de elétrons fotogerados. Os resultados da pesquisa de Hamdaoui et al. [13] mostraram que, nas mesmas condições, a combinação de radiação ultrassônica e processo fotoquímico levou a um aumento na taxa de mineralização do clorofenol em comparação com o uso de tecnologias de tratamento separadas. Isso significa que existe um grande efeito sinérgico entre os três processos de oxidação de ação fotoquímica direta, sonoquímica de alta frequência e reação de ozônio gerada pela radiação ultravioleta do ar. Os fatores que afetam o tratamento ultrassônico de recursos hídricos incluem principalmente os parâmetros de uso do ultrassom, como frequência, potência e intensidade sonora, bem como os parâmetros físicos e químicos das águas residuais a serem tratadas, como temperatura, partículas e propriedades poluentes. Além disso, o processo de tratamento ultrassônico também é afetado por fatores como a intensidade da potência ultrassônica. Durante o processo de degradação, a taxa de reação não é constante. De modo geral, quanto maior a intensidade da potência ultrassônica, mais rápida será a taxa de reação. Por ser uma tecnologia ecologicamente correta, o ultrassom apresenta grande potencial de aplicação na futura indústria de tratamento de água.

Embora esta tecnologia tenha alcançado alguns resultados de pesquisa, os problemas de alto consumo de energia e baixa redução de eficiência quando usada isoladamente precisam ser resolvidos. Por exemplo, como otimizar a estrutura e o desempenho do equipamento ultrassônico para melhorar sua estabilidade e eficiência, como conduzir pesquisas aprofundadas sobre o mecanismo do ultrassom para alcançar sua aplicação eficiente, segura e ecologicamente correta e como desenvolver novos processos de tratamento ultrassônico para se adaptar a diferentes tipos de esgoto e condições de qualidade da água e reduzir o consumo de energia ultrassônica. Romper os estrangulamentos e superar as barreiras com base na investigação existente irá ajudar-nos a adaptar-nos às questões em constante mudança da qualidade da água.