浄水における超音波技術の概要

Save The Water の準研究者&ライター、マシューテイラー™ | 2021年3月30日

すべての浄水技術が特定の状況と効果的に一致するわけではありません。たとえば、水から汚染物質を除去する能力、コスト、および容量はそれらを制限します。これらの問題に対処するには、新しいテクノロジーが必要です。超音波技術はソリューションを提供できます。

超音波技術とは何ですか？

超音波技術は、超音波波に基づいて機能します。これらは、人間が聞くには高すぎる高周波波であり、一般的に20キロハーツ以上です。超音波デバイスは、これらの波を生成し、圧力波として水を通過します。トランスデューサーと呼ばれるデバイスは、電力を振動に変換します。トランスデューサーは、ほとんどの場合、これらの波を生成します。

トランスデューサーには、圧電トランスデューサーと磁気方針トランスデューサーの2種類があります。圧電トランスデューサーでは、圧電結晶を使用して振動が作成されます。これらの結晶は、電気が通過すると振動します。磁気式トランスデューサーを使用すると、電流がコイルを通過し、磁場を形成します。その結果、トランスデューサーのコアが拡大および契約します。

水を浄化するのはどのように機能しますか？

超音波デバイスは圧力波を生成します。これらの波は、サイクルで交互になる正と負の両方の正圧と負圧で構成されています。水では、圧力が水の引張強度を克服すると、それを引き離す傾向がある力に抵抗する能力であるため、キャビテーションと呼ばれるプロセスが発生し始めます。

キャビテーション中に、泡が形成され、成長してから破裂します。圧力と温度は、泡の中に大きなレベルに蓄積します。彼らが破裂すると、彼らは衝撃波の形で大量のエネルギーを放出します。これらの衝撃波は有機物を分解する可能性があります。したがって、超音波技術は、水中の細菌および藻類汚染に取り組むことができます。たとえば、超音波技術を使用して、五大湖の有害な藻類の花を緩和することができます。

超音波は、継続的にまたは脈拍を介して生成できます。水処理では、それらはより頻繁に継続的に生成されるため、水をより効果的に浄化することができます。脈動する超音波波で形成されるバブルは、破裂するとより少ないエネルギーを生成し、効果が低下します。

水の浄化に超音波技術を使用することの利点は何ですか？

超音波技術には、浄水にいくつかの利点があります。

濁度の減少：濁度とは、水がどれほど透明であるかを指します。超音波技術は、水を曇らせなくするのに役立ち、濁度を下げます。 2011年の研究では、超音波波が濁度を最大76％減らすことができることがわかりました。

水消毒：超音波は、水中の細菌および藻類の汚染に対処するのに非常に効果的です。キャビテーションプロセス中に形成された泡は、数千度の温度と数千の大気中の圧力に達します。結果として生じる爆発とその後の衝撃波、ストレス、および突然の温度変化は、細菌を殺します。その結果、これにより、細菌の再現能力が制限されます。たとえば、1997年の研究では、15分間の超音波にさらされた後、飲料水中の大腸菌菌の80％が死亡したことがわかりました。

有機汚染物質分解：超音波技術は、細菌や藻類以外の有機汚染物質を分解する可能性があります。また、農薬、フェノール、さらには爆発物などの有機汚染物質を分解する可能性があります。たとえば、2004年の研究では、超音波が水中でナフタレンやアセナフチレンを含む特定の炭化水素がほぼ完全に分解されたことがわかりました。

超音波技術の将来の開発

超音波技術には、研究者がより広く普及する前に対処しなければならない欠点もあります。

新しいテクノロジー：研究者は、超音波システムを設計しやすくするために、より多くの調査と分析を行う必要があります。彼らは、超音波デバイスの設計を標準化するために、理論データモデルをさらに開発する必要があります。これらのモデルを開発すると、超音波デバイスの使用を増やすことができます。最も重要なことは、これにより、より多くの水を浄化するためにそれらをスケーリングできることです。

コスト制限：超音波技術には、メンテナンスコストが高くなる可能性があります。これは、超音波活動中に損傷が発生する超音波プローブの維持と交換によるものです。

簡単に壊れる可能性があります：超音波デバイスが故障した場合、それらを修復するために専門家が必要になる場合があります。この要件は、しばらくの間、水処理なしでエリアを離れる可能性があります。したがって、より手頃な価格で修理が容易なテクノロジーははるかに一般的です。

うまくいけば、超音波技術はよりアクセスしやすく、信頼性が高く、手頃な価格になります。このテクノロジーは、すべての人のためにウォータークリーナーを作るために使用できるもう1つの貴重なツールです。