Tecnologia ultrassônica de tratamento de água

Tecnologia ultrassônica de tratamento de água

Nos últimos anos, o ambiente ecológico tem recebido atenção crescente. Portanto, no contexto atual de restrições ambientais e de recursos cada vez mais severas, protegê-lo melhor é urgente e importante. O ambiente aquático é um componente crucial do ambiente ecológico. A incapacidade de protegê-la eficazmente e de abordar eficazmente a poluição da água não só terá um impacto directo na vida quotidiana dos residentes, mas também desencadeará vários conflitos e problemas sociais, prejudicando o desenvolvimento humano.

A tecnologia ultrassônica de tratamento de água utiliza a cavitação e os efeitos térmicos do ultrassom para tratar profundamente os recursos hídricos. É simples de operar, ecologicamente correto e livre de poluição, atendendo às necessidades do desenvolvimento sustentável. Este artigo, começando com ultrassom e analisando métodos tradicionais de tratamento de água, analisa a contribuição da tecnologia de tratamento de água ultrassônica para a poluição da água sob várias perspectivas, incluindo tipos de corpos d'água, métodos de aplicação, mecanismos e fatores de influência, e oferece perspectivas para o desenvolvimento futuro do tratamento de água ultrassônico.

As ondas ultrassônicas são geralmente chamadas de ondas sonoras com frequência de vibração entre 20 kHz e 10 MHz, bem como ondas elásticas geradas em um meio. Atualmente, muitos investigadores, tanto nacionais como internacionais, estão a explorar a integração do ultrassom com o tratamento da água, na esperança de remover eficazmente os poluentes da água. O ultrassom pode atuar sobre as bactérias do lodo ativado, aumentando a eficiência da remoção de poluentes ao aumentar a atividade bacteriana. A irradiação ultrassônica de baixa intensidade pode efetivamente aumentar a atividade biológica do lodo granular de oxidação anaeróbica de amônio. O ultrassom pode atuar sobre os poluentes orgânicos da água, melhorando assim a composição e o ambiente das águas residuais e aumentando as taxas de degradação das águas residuais. Quando o ultrassom se propaga através do líquido, ele faz com que as partículas do meio vibrem, acelerando as colisões moleculares e submetendo-as a maiores forças mecânicas, removendo assim a sujeira ou contaminação aderida à superfície do meio. Além disso, o ultrassom pode atuar sobre enzimas, aumentando sua atividade e melhorando a eficiência de remoção de poluentes. Embora o ultrassom possa ajudar a remover poluentes orgânicos da água, ele também tem limitações, como consumo de energia, aplicação limitada e fatores que afetam a eficiência do tratamento de poluentes. Portanto, como melhorar a eficiência da remoção do ultrassom, reduzir o consumo de energia e expandir sua aplicação tornou-se um tema quente de pesquisa.

Tipos de água tratada com ultrassom

O ultrassom pode ser usado para tratar uma ampla variedade de tipos de água, incluindo esgoto doméstico, águas residuais industriais, águas superficiais, águas residuais marinhas, águas residuais inorgânicas com alto teor de amônia e nitrogênio, águas residuais de terras raras e águas residuais domésticas de baixa temperatura. O esgoto doméstico é particularmente relevante para a vida humana. O esgoto doméstico refere-se à água descartada da vida diária e das atividades comerciais e industriais, principalmente de residências, escolas, hospitais, lojas, locais públicos e empresas industriais. Esse esgoto contém uma grande quantidade de matéria orgânica e inorgânica, como proteínas, carboidratos, gorduras, uréia e nitrogênio amoniacal, e matéria inorgânica, como lodo e detritos. Além disso, o esgoto doméstico também contém um grande número de microrganismos patogênicos e ovos de parasitas. Esses poluentes representam uma ameaça significativa ao meio ambiente e à saúde humana, necessitando de tratamento imediato. Em alguns casos, o ultrassom é usado para perturbar a estrutura da matéria orgânica no esgoto, promovendo a degradação microbiana. Além disso, os efeitos de cavitação e agitação do ultrassom auxiliam na coagulação e sedimentação de sólidos suspensos. As águas residuais industriais referem-se às águas residuais geradas durante a produção industrial, incluindo água de lavagem, água de resfriamento e água usada para equipamentos e limpeza de locais.

Essas águas residuais contêm matérias-primas industriais perdidas, produtos intermediários, subprodutos e poluentes gerados durante o processo de produção. As águas residuais industriais apresentam normalmente elevadas concentrações de poluentes e uma composição complexa, representando riscos significativos para o ambiente e os ecossistemas. Requer tratamento especializado de águas residuais para atender aos padrões antes da descarga. Por exemplo, um fabricante de eletrônicos utiliza equipamento ultrassônico de alta frequência para tratar águas residuais. Os efeitos mecânicos e químicos do ultrassom quebram as estruturas moleculares da matéria orgânica e do óleo nas águas residuais, decompondo-as em moléculas menores para facilitar o tratamento.

Aplicações da Tecnologia Ultrassônica no Tratamento de Água

A tecnologia ultrassônica pode ser usada sozinha ou em combinação com outras tecnologias de tratamento de água. Geralmente, o ultrassom por si só é ineficiente na degradação de poluentes e consome muita energia. As tecnologias combinadas oferecem maior eficiência e custos mais baixos, representando uma direção promissora de desenvolvimento futuro para aplicações ultrassônicas.

Tecnologia ultrassônica sozinha

1. Esterilização e Desinfecção

A tecnologia ultrassônica pode afinar localmente a superfície da membrana por meio de cavitação em estado estacionário, tornando as células mais permeáveis ​​a outras células durante o processo de empilhamento. Isso acelera a troca de materiais através da membrana celular e promove a purificação de águas residuais. Os seus objectivos de desinfecção e esterilização são alcançados principalmente através da destruição das paredes celulares bacterianas, levando à morte bacteriana. A tecnologia ultrassônica também pode induzir um efeito de ressonância nas bactérias, aumentando ainda mais sua eficácia na esterilização. Embora a tecnologia ultrassônica seja altamente eficaz na esterilização e desinfecção de água potável, água de piscinas e águas residuais hospitalares, o efeito de cavitação pode fazer com que o nitrogênio e o oxigênio dissolvidos na água reajam e produzam subprodutos inorgânicos contendo nitrogênio. Se os subprodutos forem lançados diretamente no meio ambiente sem tratamento, podem poluir os corpos hídricos e até representar riscos de longo prazo para a saúde humana.

2. Biodegradação

A tecnologia ultrassônica é usada principalmente em processos de pré-tratamento biológico, principalmente para reduzir a toxicidade das águas residuais e aumentar a relação DBO5/DQO, promovendo assim sua biodegradabilidade. Os microrganismos são os principais agentes no tratamento biológico de águas residuais. Atualmente, a maioria das estações de tratamento de esgoto ainda utiliza métodos tradicionais de tratamento biológico para tratar matéria orgânica solúvel e facilmente degradável. No entanto, a eficácia do tratamento biológico tradicional é significativamente afetada pela qualidade e quantidade do afluente. A eficácia do tratamento é muitas vezes fraca quando a qualidade e a quantidade do afluente flutuam significativamente ou quando contém substâncias recalcitrantes. O ultrassom de baixa intensidade geralmente aumenta a eficiência do tratamento biológico por meio de efeitos mecânicos, térmicos, de cavitação e de danos. Os mecanismos pelos quais o ultrassom de baixa intensidade promove reações biológicas manifestam-se principalmente das seguintes maneiras: 1) Melhor transferência de massa: aumentando a permeabilidade da membrana celular e facilitando o transporte de substâncias para dentro e para fora das células; 2) Aumento da atividade enzimática: potencializando a entrada e saída de reagentes de produtos dos centros ativos enzimáticos, reduzindo a inibição da atividade enzimática causada pelo acúmulo de metabólitos secundários, aumentando assim a atividade enzimática e promovendo reações catalisadas por enzimas; 3) Crescimento celular acelerado: A frequência, intensidade e duração adequadas do ultrassom podem aumentar a eficiência metabólica celular geral e acelerar o crescimento celular.

3. Promoveu a regeneração de carbono ativado

O ultrassom pode promover a regeneração do carvão ativado por meio da cavitação acústica. Quando o ultrassom se propaga através do líquido, gera bolhas de cavitação. O colapso instantâneo dessas bolhas de cavitação produz intensas ondas de choque e microjatos. Estes efeitos físicos promovem a dessorção de adsorbatos dos poros de carvão ativado, melhorando assim a eficiência da regeneração. Liu Cheng et al. estudaram a eficácia e o mecanismo do ultrassom de baixa frequência na regeneração do carvão ativado. Os resultados mostraram que o ultrassom de baixa frequência melhorou o índice de adsorção do carvão ativado e também pode manter até certo ponto a alta biodegradabilidade do carvão ativado biológico. Eles acreditavam que os microjatos de alta temperatura e alta pressão e os fluxos de microlíquidos gerados pela ruptura das bolhas de cavitação durante o processo ultrassônico promoviam a regeneração do carvão ativado.