الجمع بين الموجات فوق الصوتية وتقنيات معالجة المياه الأخرى

الجمع بين الموجات فوق الصوتية وتقنيات معالجة المياه الأخرى

1. الموجات فوق الصوتية – تكنولوجيا معالجة المياه التقليدية

تولد الموجات فوق الصوتية قوى قص وتأثيرات تجويف قوية، مما يؤدي إلى تدمير الملوثات في الماء بشكل فعال، مثل أيونات المعادن الثقيلة والمواد العضوية والمواد المغذية مثل النيتروجين والفوسفور. إن الجمع بين هذا وبين طرق معالجة المياه التقليدية، مثل التخثر والترسيب والترشيح، يمكن أن يزيد من كفاءة معالجة المياه. على سبيل المثال، تحتوي مياه الصرف الصحي البتروكيماوية على كميات كبيرة من المواد العضوية والمواد السامة، مما يشكل مخاطر جسيمة على البيئة وصحة الإنسان. يمكن لتكنولوجيا الموجات فوق الصوتية إزالة هذه المواد العضوية والسامة بشكل فعال من مياه الصرف الصحي البتروكيماوية من خلال التأثيرات التآزرية للتأثيرات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية، وتحقيق المعالجة الفعالة. تحتوي مياه الصرف الصحي الصباغة على كميات كبيرة من الأصباغ والمواد المساعدة، مما يجعل من الصعب معالجتها. لا يمكن لطرق معالجة المياه التقليدية سوى إزالة الملوثات البسيطة الموجودة في مياه الصرف الصحي. تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية يمكن أن تعطل التركيب الكيميائي للأصباغ والمواد المساعدة، وتعزيز تجميعها وهطول الأمطار. تعمل الموجات فوق الصوتية أيضًا على تنشيط الأكسجين المذاب في الماء، مما يؤدي إلى توليد مواد مؤكسدة قوية مثل جذور الهيدروكسيل، والتي تزيد من تحلل الملوثات العضوية. وو وآخرون. معالجة مياه الصرف الصحي لليورانيوم المشع باستخدام عملية مدمجة محسنة للتلبد بالموجات فوق الصوتية وهطول الأمطار. ووجدوا تأثيرًا تآزريًا كبيرًا بين جرعة الموجات فوق الصوتية والندفة، مما أدى إلى تحقيق معدل إزالة أيون اليورانيوم بنسبة 95.4%.

2. تقنية غشاء الموجات فوق الصوتية

تلعب تكنولوجيا الأغشية دورًا حيويًا في معالجة مياه الشرب، لكن تلوث الأغشية يمثل مشكلة رئيسية تواجه معالجة الأغشية. أظهرت الأبحاث أن الاهتزازات الميكانيكية والتدفق الصوتي والتجويف الصوتي الناتج عن الموجات فوق الصوتية لا يعزز قدرة فصل الغشاء فحسب، بل ينظف أيضًا سطح الغشاء بشكل فعال، ويمنع استقطاب التركيز وتلوث الغشاء، وبالتالي تحسين تدفق الغشاء إلى حد ما. علاوة على ذلك، كشكل من أشكال الطاقة، يمكن أن يؤدي انتشار الموجات فوق الصوتية في المحلول إلى ضغط وتوسيع المحلول بشكل دوري، مما يولد اهتزازات دقيقة في الماء. في حين أن السعة صغيرة، فإن التسارع مرتفع، مما يعزز عملية فصل الغشاء. موثوكوماران وآخرون. نعتقد أن هناك أربع آليات للتعزيز في عملية فصل الغشاء المعزز بالموجات فوق الصوتية: 1) يمكن للموجات الصوتية تكتل الجزيئات متناهية الصغر، مما يقلل من امتصاص الغشاء المذاب وانسداد المسام، وبالتالي يمنع تلوث الغشاء؛ 2) يمكن أن توفر الموجات فوق الصوتية طاقة اهتزاز ميكانيكية كافية لتحريك بعض الجزيئات المعلقة في المحلول بعيدًا عن سطح الغشاء، مما يمنع ترسب الجسيمات، ويخفف بشكل فعال استقطاب التركيز وتكوين طبقة كعكة المرشح، ويقلل بشكل كبير من مقاومة الطبقة الحدودية ومقاومة كعكة المرشح؛ 3) يمكن للموائع الدقيقة الناتجة عن الموجات فوق الصوتية تفتيت طبقة الهلام وطبقة كعكة الترشيح المتكونة على سطح الغشاء، وتشتيتها في السائل؛ 4) يمكن أن يؤدي الاضطراب العياني الناجم عن النفاثات الصغيرة وموجات الصدمة والنبضات الصوتية إلى تعزيز الانتشار داخل التدفق المضطرب الرئيسي وكذلك إحداث اضطراب محلي في الطبقة الحدودية. يحول هذا الاضطراب المحلي الانتشار الجزيئي في الطبقة الحدودية إلى انتشار دوامي، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز نقل كتلة الحمل الحراري بين المادة والواجهة.

3. تقنية الأوزون بالموجات فوق الصوتية

حاليًا، تم إجراء بحث مكثف حول تكنولوجيا الأوزون بالموجات فوق الصوتية. يمكن للأوزون توليد جذور خالية من الأكسجين النشطة كيميائيًا تحت تأثير الموجات فوق الصوتية. يمكن أن تتحد هذه الجذور الحرة مع الأوزون لتوليد الأكسجين، أو تتفاعل مع الماء لتوليد أنواع مؤكسدة قوية مثل ·OH و ·H2O2 (الصيغ من (1) إلى (4))، وبالتالي تعزيز تحلل الأوزون وتحسين كفاءة التفاعل. البحث الذي أجراه هيلفريد وآخرون. [11] أظهر أن الموجات فوق الصوتية يمكنها سحق الفقاعات المحتوية على الأوزون إلى 'فقاعات صغيرة'. تبلغ المساحة السطحية المحددة 'للفقاعات الدقيقة' 101 إلى 104 مرات أكبر من مساحة الفقاعات العادية، مما يزيد من مساحة التلامس بين الأوزون والماء ويسرع معدل ذوبان الأوزون في الماء. زيلاني يافاس وآخرون. [12] درس طريقة الأوزون بالموجات فوق الصوتية لعلاج الباراسيتامول. وأظهرت النتائج أن التكنولوجيا المدمجة عززت إنتاج الأنواع المؤكسدة وحسنت معدل تمعدن الملوثات.

4. تكنولوجيا التحفيز الضوئي بالموجات فوق الصوتية

تشير تقنية التحفيز الضوئي إلى تقنية تستخدم قدرة الأكسدة والاختزال للمحفزات الضوئية تحت الضوء لتنقية الملوثات والمواد الاصطناعية. تحظى تقنية التحفيز الضوئي بشعبية كبيرة بسبب ظروف التفاعل المعتدلة ومجالات التطبيق الواسعة. يمكن أن يؤدي الجمع بين تقنية الموجات فوق الصوتية والتحفيز الضوئي إلى تحلل المواد الكارهة للماء وتوسيع مسار نقل ثقوب الإلكترون المولدة ضوئيًا. نتائج بحث الحمداوي وآخرون. [13] أظهر أنه في ظل نفس الظروف، أدى الجمع بين الإشعاع بالموجات فوق الصوتية والعملية الكيميائية الضوئية إلى زيادة معدل تمعدن الكلوروفينول مقارنة باستخدام تقنيات المعالجة المنفصلة. وهذا يعني أن هناك تأثيرًا تآزريًا كبيرًا بين عمليات الأكسدة الثلاث المتمثلة في العمل الكيميائي الضوئي المباشر والكيمياء الصوتية عالية التردد وتفاعل الأوزون الناتج عن هواء الأشعة فوق البنفسجية. تشمل العوامل التي تؤثر على المعالجة بالموجات فوق الصوتية لموارد المياه بشكل أساسي معلمات استخدام الموجات فوق الصوتية، مثل التردد والطاقة وكثافة الصوت، بالإضافة إلى المعلمات الفيزيائية والكيميائية لمياه الصرف الصحي المراد معالجتها، مثل درجة الحرارة والجسيمات وخصائص الملوثات. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية أيضًا بعوامل مثل كثافة طاقة الموجات فوق الصوتية. خلال عملية التحلل، معدل التفاعل ليس ثابتا. بشكل عام، كلما زادت كثافة الطاقة بالموجات فوق الصوتية، كلما كان معدل التفاعل أسرع. وباعتبارها تقنية صديقة للبيئة، تُظهر الموجات فوق الصوتية إمكانات تطبيقية كبيرة في صناعة معالجة المياه في المستقبل.

على الرغم من أن هذه التكنولوجيا قد حققت نتائج بحثية معينة، إلا أن مشاكل الاستهلاك العالي للطاقة وانخفاض الكفاءة عند استخدامها بمفردها تحتاج إلى مزيد من الحل. على سبيل المثال، كيفية تحسين هيكل وأداء معدات الموجات فوق الصوتية لتحسين استقرارها وكفاءتها، وكيفية إجراء بحث متعمق حول آلية الموجات فوق الصوتية لتحقيق تطبيقها الفعال والآمن والصديق للبيئة، وكيفية تطوير عمليات معالجة جديدة بالموجات فوق الصوتية للتكيف مع أنواع مختلفة من ظروف جودة الصرف الصحي والمياه وتقليل استهلاك الطاقة بالموجات فوق الصوتية. إن اختراق الاختناقات والتغلب على العوائق بناءً على الأبحاث الحالية سيساعدنا على التكيف مع قضايا جودة المياه المتغيرة باستمرار.