هل يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية للتعقيم الميكروبي؟

نعم، يمكن تطبيق تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية لتعقيم الكائنات الحية الدقيقة. تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في مجال علم الأحياء الدقيقة، بما في ذلك استخدام الموجات فوق الصوتية لقتل وتعقيم الكائنات الحية الدقيقة.

تولد الموجات فوق الصوتية موجات اهتزاز عالية التردد في السوائل، مما يؤدي إلى تأثيرات فيزيائية شديدة مثل التجويف والتيارات الدوامة وتأثيرات الرنين. يمكن أن تتسبب هذه التأثيرات في تمزق أغشية خلايا الكائنات الحية الدقيقة وإتلاف هياكل الخلايا وتؤدي إلى موت الخلايا.

في التطبيقات العملية، تُستخدم تقنية الموجات فوق الصوتية عادةً جنبًا إلى جنب مع المطهرات المناسبة أو محاليل التعقيم لتعزيز فعالية التعقيم. يمكن أن تساعد الموجات فوق الصوتية المطهرات على اختراق خلايا الكائنات الحية الدقيقة بشكل أكثر فعالية، مما يؤدي إلى تسريع تدمير الخلايا وموتها.

ولذلك، يتم استخدام تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في علم الأحياء الدقيقة في مختلف المجالات، بما في ذلك تعطيل البكتيريا في المختبرات، وتطهير وتنظيف الأدوات الطبية، والسيطرة الميكروبية في صناعة الأغذية، وأكثر من ذلك. من خلال الاستخدام السليم لتكنولوجيا الموجات فوق الصوتية، يمكن إجراء عمليات التعقيم وقتل الميكروبات بشكل فعال.

لقد أثبت نظام المعالجة بالموجات فوق الصوتية فعاليته في قتل البكتيريا والعوالق والكائنات الحية الأكبر حجمًا. التجويف بالموجات فوق الصوتية في معالجة مياه الصابورة هو طريقة معالجة ميكانيكية/فيزيائية تتجنب إضافة أي مواد كيميائية نشطة باهظة الثمن إلى مياه الصابورة. وهذا يضمن عدم تلوث البيئة مع تحقيق تأثير بيولوجي عالي في تدمير وتعطيل الكائنات الحية والكائنات الحية الدقيقة في مياه الصابورة.

خلفية:
عندما لا يكون لدى السفن حمولة كاملة من البضائع، تكون هناك حاجة إلى الصابورة للحفاظ على استقرارها وسلامتها. تُستخدم المياه بشكل شائع كصابورة، ولكن عند جمعها من مصدرها، تدخل مجموعة متنوعة من الكائنات الحية إلى الماء، والتي تتكون عادةً من مجتمعات العوالق. وقد يتم إدخال هذه الكائنات إلى نظام بيئي جديد في الوجهة، مما قد يسبب تلوثًا بيولوجيًا غير ضروري. ولمنع هذا التلوث المحتمل، يجب استخدام نظام تطهير فعال لمعالجة مياه الصابورة.

تم تحديد الانتشار الغازي للكائنات المائية من قبل مرفق البيئة العالمية (GEF) باعتباره أحد التهديدات الأربعة الرئيسية التي تواجه المحيطات. ويمكن أن يكون لذلك آثار خطيرة للغاية على البيئة والاقتصاد والصحة العامة. ومن أجل تجنب إدخال الرخويات الضارة (مثل بلح البحر المخطط، والمحار الآسيوي، وما إلى ذلك)، يمكن استخدام علاجات تعقيم مياه الصابورة المختلفة (المعروفة أيضًا بالتطهير أو التعادل). تتضمن إحدى طرق المعالجة الشائعة تنظيف مياه الصابورة كيميائيًا، لكن المواد الكيميائية المستخدمة ضارة بالبيئة ومكلفة. مع زيادة اللوائح المتعلقة بقوانين إدارة مياه الصابورة، تقوم السفن بدمج طرق مختلفة لمعالجة مياه الصابورة مثل التطهير بالموجات فوق الصوتية للامتثال للوائح.

تعقيم المياه المضغوطة بالموجات فوق الصوتية

معالجة المياه المضغوطة بالموجات فوق الصوتية هي طريقة ميكانيكية/فيزيائية تتجنب استخدام المواد الكيميائية الضارة والمكلفة. يمكن لقوة التجويف أن تقتل الكائنات المائية الصغيرة والكائنات الحية الدقيقة. أظهرت بعض الدراسات أن الموجات فوق الصوتية لها تأثير بيولوجي عالي على بلح البحر المخطط والديدان الخيطية والبكتيريا والفيروسات.

تطهير التجويف بالموجات فوق الصوتية
تولد الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة فقاعات التجويف في السائل، مما يؤدي إلى توليد قوى القص الشديدة والضغوط العالية. عندما تقترن الموجات فوق الصوتية الشديدة بالسائل، تنتشر الموجات الصوتية في الوسط السائل، مما يسبب دورات متناوبة من الضغط العالي والضغط المنخفض، اعتمادًا على التردد. خلال دورات الضغط المنخفض (مرحلة الخلخلة)، تخلق الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة فقاعات فراغ صغيرة أو فجوات في السائل. عندما تصل الفقاعات إلى حجم لا يمكنها فيه امتصاص الطاقة، فإنها تنهار بعنف أثناء دورات الضغط العالي (مرحلة الضغط). وتعرف هذه الظاهرة باسم التجويف. أثناء الانفجار الداخلي، يتم الوصول إلى درجات حرارة موضعية عالية جدًا (حوالي 5000 كلفن) وضغوط (حوالي 2000 ضغط جوي). يؤدي انفجار فقاعات التجويف أيضًا إلى سرعات نفاثة سائلة تصل إلى 280 م/ث.

يؤدي توليد الفقاعات عالية الطاقة وانهيارها إلى قوى القص الهيدروديناميكية والتذبذبات فوق الصوتية، مما يؤدي إلى تعطيل جدران خلايا الكائنات الحية مما يؤدي إلى قتلها بشكل فعال. لا يوجد حاليًا أي مشاكل بيئية معروفة أو متوقعة في التأثير البيئي للتقنيات المدعومة بالموجات فوق الصوتية.

الآثار البيولوجية للموجات فوق الصوتية
أظهرت بعض الدراسات أن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تؤثر بشكل فعال على الفيروسات والبكتيريا. أظهرت دراسات التطهير باستخدام أجهزة الموجات فوق الصوتية على حجم تدفق 100 جرام في الدقيقة (جالون في الدقيقة)، أي ما يعادل 23 م3/ساعة، انخفاضًا بمقدار 7 لوغاريتم لفيروس شلل الأطفال (أقل من 5 ميكرومتر)، وانخفاضًا بمقدار 6-7 لوغاريتم لبكتيريا الكريبتوسبوريديوم. تم تحقيق معدل وفيات بنسبة 100% مع الديدان الخيطية (الإسكاريس) (8-10 ميكرومتر) والرخويات بلح البحر المخطط (70 ميكرومتر). وفي نظام تدفق 600 جالون في الدقيقة، كان معدل وفيات بلح البحر المخطط هو نفسه.

بلغ معدل تعطيل الكائنات الحية الكبيرة 100%، في حين انخفض معدل تعطيل البكتيريا والفيروسات بمقدار 6-7 سجل. تعرض في نظام التدفق المستمر التجريبي لمدة 20 ثانية، وكان معدل تعطيل بويضات الكريبتوسبوريديوم 93-98.6٪، وتناقص في 10 ثانية (4 سجل) في مفاعل دفعة تجريبية. تم الإبلاغ أيضًا عن معدلات التعطيل في الكريبتوسبوريديوم (سجل 7)، وبيض الدودة القابلة للحياة (سجل 4.2)، وفيروس شلل الأطفال (سجل 8)، والسالمونيلا (سجل 9)، والإشريكية القولونية (سجل 9).

ويعني التخفيض بمقدار 2 لوغاريتم أن 99% من الكائنات الحية الموجودة أصلاً في الماء قد تم تعطيلها. يعني تقليل السجل بمقدار 3 أنه تم تعطيل 99.9%، وهكذا.

تعتمد قدرة المعالجة لأنظمة الموجات فوق الصوتية أيضًا على طاقة الخرج. تتطلب أجهزة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة/عالية الكثافة وقتًا أقل للتعرض للتعطيل، مما يسمح بمعالجة معدلات تدفق أعلى. يمكن استخدام نظام الموجات فوق الصوتية هذا للضغط وإزالة الضغط.

فوائد معالجة المياه المضغوطة بالموجات فوق الصوتية

· خالي من المواد الكيميائية

· صديقة للبيئة

· فعال

· التأثيرات التآزرية

· صيانة منخفضة

· آمنة وسهلة التشغيل

· قوي وموثوق

· قابلة للتطوير إلى أي حجم

تظهر الأبحاث في تقنيات المعالجة المدمجة أن الموجات فوق الصوتية تكون متآزرة للغاية عند استخدامها مع طرق تطهير المياه المضغوطة الأخرى (مثل الأوزون أو الكلورة أو الأشعة فوق البنفسجية أو درجة الحرارة أو الضغط العالي). نظرًا لسهولة التركيب ومتطلبات المساحة المنخفضة، فإن معدات الموجات فوق الصوتية مناسبة تمامًا لترقية وتحسين أنظمة معالجة المياه المضغوطة الحالية.