Очищення та знезараження води ультразвуком
Видалення з води шкідливих та небезпечних домішок провадиться в даний час з використанням різних технологій. Вивчимо докладніше, що такеочищення та знезараження води ультразвуком. У статті ми розглянемо як особливості даного способу, а й перевіримо інші альтернативні рішення подібного действия. Порівняльний аналіз допоможе зробити правильні висновки під час проектування спеціалізованого обладнання.
Що таке ультразвук та як його використовують для виконання окремих функцій?
Ультразвукові хвилі – це коливання високої частоти. Найчастіше використовується поріг 20 кГц. Цей рівень визначається межею чутності людського вуха. Очищення та знезараження води ультразвуком працює при кавітації, виникненні в обсязі великої кількості утворених газом бульбашок. При їх швидкому зростанні та подальшому руйнуванні в рідкому середовищі виникають різке локальне збільшення тиску та температури. Саме ці дії використовуються для отримання необхідних результатів.
Вони руйнують оболонки мікроорганізмів, тверді домішки, що осіли у вигляді шарів на поверхнях труб, інших деталей та вузлів. Додаткові корисні функції виконують активні радикали, що утворюються при кавітації. Ці сполуки пришвидшують окислення. При створенні випромінювача відповідного типу слід зважати на те, що не слід надмірно збільшувати частоту. Кавітація відбувається інтенсивніше в діапазоні від 18000 до 50000 Гц. Щоб знезараження рідини було ефективним, необхідно забезпечити високу щільність поля, від 1,5 до 2 Вт на 1 см. куб. обсягу. Також буде потрібна висока потужність для руйнування шарів механічних забруднень.
Знезараження води ультразвуком: порівняння з іншими технологіями
Знищеннямікроорганізмів ультразвуком у воді досить довго виробляються з використанням хлору. Такий метод ефективний, не пов'язаний із зайвими витратами на реагенти, відрізняється пролонгованою дією. Тільки останніми роками з'явилися докази небезпеки хлорних сполук. Їхня надмірна концентрація шкідлива для людського організму. Вона здатна погіршити працездатність різних технічних пристроїв. Зокрема, виробники установок зворотного осмосу обов'язково вказують гранично допустимі концентрації даної речовини з метою запобігти пошкодженню напівпроникних мембран.
Саме тому, через наявність істотних недоліків наявних технологій, з'явилися нові дослідження у цій галузі і як наслідок – альтернативні рішення. Найбільш прийнятною з урахуванням усіх важливих параметрів є ультрафіолетове знезараження води. Порівняємо її далі із ультразвуковим випромінюванням.
Для створення випромінювання у потрібному діапазоні спектра використовуються спеціальні лампи. Щоб отримати необхідний знезаражуючий ефект (на дослідному зразку з певною концентрацією біологічних домішок), десять літрів рідини необхідно опромінювати протягом години. При цьому було витрачено близько 0,5 Вт електроенергії. Такий же результат було отримано з використанням приблизно 800 Вт та ультразвукового випромінювача. НадмірніВитрати - це перший основний недолік методу. Слід зазначити, що експериментально підтверджено збільшення кількості мікроорганізмів при низьких значеннях часу обробки, інтенсивності випромінювання. У таких випадках спостерігався зворотний, позитивний вплив на їхню життєдіяльність.
Іноді правильне використання методики знезараження води ультразвуком здатне забезпечити наявність так званого синергетичного ефекту, тобто суттєве спільне покращення корисних параметрів. Якщо зробити ультразвукову обробку перед опроміненням ультрафіолетом, то можна буде зруйнувати великі механічні частинки. Надалі згубний вплив опроміненням на мікроорганізми (розміщені перед цим усередині подібних фракцій) буде сильнішим. Але подібні включення набагато простіше та дешевше затримати магістральними фільтрами.
Ультрафіолетові лампи мають один істотний недолік. Їхня ефективність знижується суттєво при закріпленні на зовнішній поверхні непрозорих забруднень. Такі утворення виникають, наприклад, якщо у вихідній рідині присутні сполуки кальцію та магнію, що визначають рівень жорсткості води. При нагріванні вони перетворюються на накип.
Руйнування її, а також видалення іржі та інших шарів проводиться іноді з використанням ультразвукового обладнання. Методика ця не нова, і вона відпрацьована досить добре. Але її застосування пов'язане з такими труднощами:
- Відсутність точної локалізації. Щоб знищення шкідливих відкладень відбувалося швидко, доводиться збільшувати потужність випромінювання. Воно впливає подібним руйнівним чином на зварні з'єднання, паяння, фарбувальні, захисні та декоративні шари;
- Неможливість точного контролю. Так як більшість подібнихоперацій провадиться в закритих для візуального доступу областях, то перевіряти хід робочих процесів буде неможливо. Відповідно, не можна оптимізувати тривалість, інтенсивність обробки, інші параметри.
Для очищення поверхонь ультрафіолетових ламп у побуті використовуються найпростіші механічні методики, а у комерційних та промислових установках – спеціальні хімічні реагенти. Попередня обробка ультразвуком може прискорити ці процеси, але витрати на її добуток будуть надто великі. Якщо ж вивчити різноманітні реальні проблеми, треба пам'ятати у тому, що іноді доводиться видаляти такі види забруднень, які руйнуються ультразвуком.
Очищення та знезараження води ультразвуком обмежено також нормами вітчизняних чинних стандартів безпеки. При експлуатації установок, що використовують випромінювання у відповідному частотному діапазоні, регламентується потужність, відстань до робочого місця та інші параметри. Загальною вимогою є необхідність виключення контакту людини з поверхнею, якою може передаватися ультразвук.
Технології ультразвукового очищення води з невеликими та мінімальними обмеженнями
З наведених вище відомостей можна зрозуміти, що очищення та знезараження води ультразвуком супроводжуються підвищеними витратами, безліччю обмежень. Але є методики, які дозволяють отримати необхідний результат із меншими труднощами.
Якщо передбачається підготовка води для пиття, то тут можна використовувати спеціалізовані фільтри або електрохімічне очищення води. Найпростіші пристрої ультразвукового очищення води, як глечиків, можна переміщати в потрібні користувачам місця. Вони не приєднуються до водопроводу та інших інженерних мереж.
Колинеобхідна стаціонарна обробка великої кількості рідини щодня, а ступінь забруднення велика, то немає нічого кращого, ніж сучасна установка очищення води ультразвуком. У такому устаткуванні використовуються мембрани з дрібними порами. Вони не пропустять хімічні сполуки та біологічні домішки, що перевищують розміри молекули води. Щоб запобігти подальшому вторинному зараженню подібну систему додатково можна укомплектувати блоком із вбудованою УФ-лампою. До речі, у цьому варіанті буде забезпечено попереднє знезараження питної води, тому не буде потрібно періодичне очищення корпусу приладу.
Також слід вивчити можливості професійної серії магнітних перетворювачів, таких як "АкваЩит Pro". Їхня споживана потужність невелика, становить близько 20-ти Ватт на годину. Але її достатньо для зміни електричних потенціалів на оболонках мікроорганізмів, що згодом призводить до їх знищення. Стануть в нагоді і основні функції приладів: зміна структури і форми сполук кальцію і магнію, які унеможливлюють подальше утворення накипу.