Thiết bị đồng nhất siêu âm khử trùng nước thải như thế nào?

Các thiết bị đồng hóa siêu âm làm thế nào để khử trùng nước thải?

The core sterilization mechanism of ultrasonic sonochemical devices in wastewater treatment is to utilize the sonochemical effect induced by ultrasound (especially the cavitation effect and its derived physical and chemical reactions) to disrupt microbial structures and inactivate their functions through multiple synergistic mechanismsSo với các thiết bị đồng hóa siêu âm thông thường, các thiết bị sonochemical nhấn mạnh sự kết hợp của quá trình siêu âm và hóa học.dẫn đến hiệu quả khử trùng và khả năng áp dụng cao hơnCác cơ chế cụ thể là như sau:

1Vai trò chủ yếu của hiệu ứng cavitation
Khi sóng âm tần số cao (thường là 20kHz đến 1MHz) phát ra bởi các thiết bị siêu âm sonochemical lan truyền qua nước,các rung động định kỳ của chất lỏng tạo ra vô số "bùi cavitation" nhỏ (bùi chứa khí hoặc hơi)Những bong bóng này nhanh chóng mở rộng dưới sự biến động áp suất và sau đó sụp đổ mạnh mẽ (hố), tạo thành cơ sở của tiệt trùng.

Thiệt hại cơ học: The intense shock waves (pressures reaching thousands of atmospheres) and high-speed microjets (speeds exceeding 100m/s) released instantly by the collapse of cavitation bubbles directly impact the cell membranesVí dụ, khi tường tế bào peptidoglycan của vi khuẩn bị đâm,Các chất trong tế bào rò rỉ raKhi capsid protein của virus bị xé ra, vật liệu di truyền (DNA / RNA) được phơi bày và vô hiệu hóa.

Môi trường khắc nghiệt tại địa phương: Khi một bong bóng hố hố sụp đổ, nó tạo ra nhiệt độ cao tức thời (5000K, khoảng 4727 ° C) và áp suất cao (hàng ngàn khí quyển),đủ để trực tiếp "đốt cháy" vi sinh vật hoặc làm hỏng các phân tử sinh học của chúng (chẳng hạn như biến dạng protein và phá vỡ chuỗi axit nucleic)2. Hiệu ứng oxy hóa của các loài hoạt động được tạo ra bởi các quá trình Sonochemical

Các điều kiện cực đoan của sự sụp đổ bong bóng hố tạo ra sự phân mảnh và phản ứng của các phân tử trong nước, tạo ra một số lượng lớn các loài hoạt động oxy hóa cao.Đây là cơ chế hóa học chính của tiệt trùng hóa học:

Các gốc hydroxy (OH): Các phân tử hydro được phá vỡ dưới nhiệt độ và áp suất cao để tạo ra OH (với tiềm năng redox 2,8V, mạnh hơn ozone và clo).:
Ôxy hóa lipid (chẳng hạn như axit béo không bão hòa) trong màng tế bào vi khuẩn, phá vỡ tính thấm và tính toàn vẹn của màng;
Tấn công protein (phá hủy cấu trúc axit amin) và axit nucleic (phá vỡ chuỗi DNA / RNA) trong tế bào, ức chế hoạt động enzyme và truyền thông tin di truyền.
Các loài hoạt động khác: Nếu oxy hòa tan hoặc chất oxy hóa (như H2O2 hoặc ozone) có mặt trong nước, hiệu ứng hố tạo ra sự hình thành của OH2− (anon superoxide) và H2O2,tăng cường hiệu ứng khử trùng oxy hóa.

3Tăng hiệu ứng hợp tác Sonochemical
Hiệu suất khử trùng của các thiết bị hóa học thường được tăng cường thông qua các hiệu ứng hợp tác, đây là lợi thế cốt lõi của chúng so với các thiết bị siêu âm thông thường:

Tương tác với các tác nhân hóa học: siêu âm có thể tăng cường sự phân hủy các chất oxy hóa (như H2O2 và ClO2), thúc đẩy sản xuất các loài hoạt động hơn (ví dụ:H2O2 dễ phân hủy thành OH dưới siêu âm)Hơn nữa, tác dụng cơ học của siêu âm cho phép các tác nhân thâm nhập dễ dàng hơn vào màng vi khuẩn, cải thiện hiệu quả oxy hóa.
Tương tác với các phương pháp vật lý: Ví dụ, khi kết hợp với bức xạ cực tím (UV), siêu âm phá vỡ cấu trúc vi khuẩn,cho phép bức xạ UV thâm nhập dễ dàng hơn và làm hỏng axit nucleicKết hợp với các trường từ tính có thể tăng cường hiệu ứng hố và tăng mật độ năng lượng địa phương.

4. Không kích hoạt mục tiêu của các vi sinh vật khác nhau
Vi khuẩn: Bức tường tế bào (mảng peptidoglycan) và màng tế bào bị hư hại do tác động cơ học, trong khi OH oxy hóa protein màng,dẫn đến rò rỉ các chất nội bào và rối loạn trao đổi chất.
Virus: Các capsid protein bị vỡ, và các axit nucleic bên trong (DNA / RNA) bị phá hủy bởi nhiệt độ cao hoặc OH, khiến chúng không có khả năng nhiễm trùng.Các thành tế bào và chloroplast bị phá hủy, chlorophyll phân hủy, và OH oxy hóa các enzyme trao đổi chất, ức chế quang hợp và sinh sản.
Vi sinh vật kháng thuốc: Vi sinh vật kháng thuốc truyền thống (ví dụ: clo) (ví dụ:Cryptosporidium) vẫn có thể bị vô hiệu hóa hiệu quả do sự phá hủy vật lý không cụ thể của siêu âm..
Tóm lại
Thiết bị siêu âm sonochemical đạt được khử trùng hiệu quả thông qua phá hủy cơ học thông qua cavitation, bất hoạt hóa vật lý trong môi trường khắc nghiệt địa phương,và oxy hóa hóa học của các loài hoạt động, kết hợp với hiệu ứng phối hợp từ các công nghệ khác. nguyên tắc cốt lõi của nó là chuyển đổi năng lượng siêu âm thành tác động vật lý và oxy hóa hóa học. Nó cung cấp không ô nhiễm thứ cấp,Hiệu quả phổ rộngNó đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng nhạy cảm với các sản phẩm phụ khử trùng hoặc xử lý nước thải phức tạp (ví dụ:nước thải có chứa vi khuẩn kháng thuốc hoặc có độ mờ cao).

IV. Ưu điểm so với các công nghệ khử trùng truyền thống
So với các phương pháp truyền thống như khử trùng clo và khử trùng tia cực tím, khử trùng homogenization siêu âm mang lại những lợi thế sau:

Không có ô nhiễm thứ cấp: Không cần các chất hóa học (như clo) và tránh sản xuất các sản phẩm phụ khử trùng (như chloroform và các chất gây ung thư khác).

Phạm vi rộng: Hiệu quả chống lại vi khuẩn, virus, nấm và tảo, đặc biệt hiệu quả chống lại vi sinh vật kháng clo (như Cryptosporidium và Giardia).

Tương tác hợp tác: Có thể được kết hợp với các công nghệ khác (như ozone và H2O2) để tăng cường cavitation và tạo ra các gốc tự do, cải thiện hiệu quả khử trùng.

Tóm tắt: Đồng hóa siêu âm sử dụng các hiệu ứng ba tác động của tác động cơ học được tạo ra bởi cavitation, nhiệt độ và áp suất cực cao,và oxy hóa gốc tự do để phá hủy vật lý và hóa học cấu trúc và chức năng của vi sinh vậtNguyên tắc cốt lõi của nó là chuyển đổi năng lượng siêu âm thành một lực phá hoại chống lại vi sinh vật.Điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng xử lý nước thải liên quan đến vi sinh vật nhạy cảm với các sản phẩm phụ khử trùng hoặc khó vô hiệu hóa.