超音波と他の水処理技術の組み合わせ

超音波と他の水処理技術の組み合わせ

1. 超音波 – 伝統的な水処理技術

超音波は強力なせん断力とキャビテーション効果を生成し、重金属イオン、有機物、窒素やリンなどの栄養素などの水中の汚染物質を効果的に破壊します。これを凝集、沈殿、ろ過などの従来の水処理方法と組み合わせることで、水処理効率をさらに高めることができます。例えば、石油化学廃水には大量の有機物や有害物質が含まれており、環境や人の健康に重大なリスクをもたらします。超音波技術は、物理化学的効果と生物学的効果の相乗効果により、これらの有機物や有害物質を石油化学廃水から効果的に除去し、効果的な処理を実現します。染色廃水には染料や助剤が大量に含まれており、処理が困難です。従来の水処理方法では、廃水中の単純な汚染物質しか除去できません。超音波技術は、染料と助剤の化学構造を破壊し、それらの凝集と沈殿を促進する可能性があります。また、超音波は水中の溶存酸素を活性化し、有機汚染物質をさらに分解するヒドロキシルラジカルなどの強力な酸化剤を生成します。ウーら。最適化された超音波、凝集、沈殿を組み合わせたプロセスを使用して放射性ウラン廃水を処理しました。彼らは、超音波と凝集剤の投与量の間に顕著な相乗効果があり、95.4% のウランイオン除去率を達成したことを発見しました。

2. 超音波膜技術

膜技術は飲料水処理において重要な役割を果たしていますが、膜の汚れは膜処理が直面する重要な問題です。研究の結果、超音波によって生成される機械的振動、音響ストリーミング、および音響キャビテーションは、膜分離能力を高めるだけでなく、膜表面を効果的に洗浄し、濃度分極や膜の汚れを抑制し、それによって膜流束をある程度改善することが示されています。さらに、エネルギーの一形態として、溶液中の超音波の伝播は溶液の周期的な圧縮と膨張を引き起こし、水中に微振動を発生させる可能性があります。振幅は小さいですが加速度が高く、膜分離プロセスを促進します。ムトゥクマランら。超音波増強膜分離プロセスには 4 つの増強メカニズムがあると考えられています。 1) 音波は超微粒子を凝集させ、膜溶質の吸着と細孔の詰まりを減少させ、それによって膜の汚れを抑制します。 ２）超音波は、溶液中に浮遊する一部の粒子を膜表面から遠ざけるのに十分な機械的振動エネルギーを提供し、粒子の堆積を防止し、濃度分極とフィルターケーキ層の形成を効果的に軽減し、境界層抵抗とフィルターケーキ抵抗を大幅に低減することができる。 3) 超音波によって生成されたマイクロ流体工学は、膜表面に形成されたゲル層とフィルターケーキ層を破壊し、それらを液体中に分散させることができます。 4) マイクロジェット、衝撃波、音響パルスによって引き起こされる巨視的乱流は、主な乱流内の拡散を促進し、境界層に局所的な乱流も誘発する可能性があります。この局所的な乱流は境界層内の分子拡散を渦拡散に変換し、最終的に材料と界面の間の対流物質移動を促進します。

3. 超音波オゾン技術

現在、超音波オゾン技術について広範な研究が行われています。オゾンは、超音波の作用により化学的に活性な酸素フリーラジカルを生成する可能性があります。このフリーラジカルはオゾンと結合して酸素を発生したり、水と反応して・OHや・H2O2（式(1)～(4)）などの強力な酸化種を生成することでオゾンの分解を促進し、反応効率を向上させることができます。ヘルフレッドらによる研究。 [11] は、超音波がオゾンを含む泡を「マイクロバブル」に粉砕できることを示しました。 「マイクロバブル」の比表面積は通常の気泡の101～104倍で、オゾンと水の接触面積が大きくなり、オゾンの水への溶解速度が速くなります。 Ziylani-Yavas ら。 [12] はパラセタモールを処理するための超音波オゾン法を研究しました。その結果、技術を組み合わせることにより酸化種の生成が促進され、汚染物質の無機化速度が向上することがわかりました。

4.超音波・光触媒技術

光触媒技術とは、光触媒の酸化還元能力を光の下で利用し、汚染物質や合成物質を浄化する技術のことです。光触媒技術は、反応条件が穏やかで応用分野が広いため、非常に人気があります。超音波と光触媒技術を組み合わせることで、疎水性物質を分解し、光生成された正孔の移動経路を拡大することができます。 Hamdaouiらの研究結果。 [13] は、同じ条件下で、超音波放射と光化学プロセスを組み合わせると、別個の処理技術を使用した場合と比較して、クロロフェノールの石灰化速度が増加することを示しました。これは、直接光化学作用、高周波音響化学、紫外線放射空気によって生成されるオゾン反応という 3 つの酸化プロセスの間に大きな相乗効果があることを意味します。水資源の超音波処理に影響を与える要因には、主に、周波数、出力、音響強度などの超音波の使用パラメータと、温度、粒子、汚染物質の特性など、処理される廃水の物理的および化学的パラメータが含まれます。さらに、超音波治療プロセスは超音波出力の強度などの要因にも影響されます。分解プロセス中の反応速度は一定ではありません。一般に、超音波出力の強度が大きいほど、反応速度は速くなります。環境に優しい技術として、超音波は将来の水処理産業において大きな応用可能性を示しています。

この技術は一定の研究成果を上げていますが、単独ではエネルギー消費量が多く効率低下が少ないという課題をさらに解決する必要があります。たとえば、超音波装置の構造と性能を最適化して安定性と効率を向上させる方法、超音波のメカニズムを徹底的に研究して効率的、安全、環境に優しい応用を実現する方法、さまざまなタイプの下水や水質条件に適応して超音波エネルギー消費を削減する新しい超音波処理プロセスを開発する方法などです。既存の研究に基づいてボトルネックを突破し、障壁を克服することは、刻々と変化する水質問題に適応するのに役立ちます。