Голяма мазилка с ултразвук

Дали за прегледи за бременност, диагностика на заболявания в недостъпни части на тялото или тестване на материали - медицината и технологиите вече не могат да си представят без ултразвук. Сега се откриват нови области на приложение за звукови вълни с честоти над прага на слуха: при почистване на пречиствателни станции и кладенци за питейна вода.

Ако облъчвате воден разтвор с ултразвук, постоянното изменение на налягането създава безброй мехурчета с размер няколко микрометра, които се пълнят със смес от водни пари и други газове. В рамките на част от секундата тези микромехурчета нарастват многократно до първоначалния си размер и в крайна сметка имплодират. Това създава така наречената гореща точка, в която преобладават температури от около 5000 градуса по Целзий и налягане до 500 бара. Физиците наричат това явление кавитация.

Много може да се направи с адските сили по време на работа: например премахване на токсични химикали от отпадъчните води или третиране на утайки от отпадъчни води. В Техническия университет в Хамбург-Харбург проф. Уве Нейс и колегите му изследват използването на ултразвук в управлението на водите. Най-напредналото е приложението в пречиствателни станции. Там в биологичните почистващи басейни непрекъснато растат огромен брой бактерии, единични клетки и малки многоклетъчни организми, които почистват отработените отпадъчни води с добавка на кислород. Тъй като малките помощници се размножават, големи количества излишна биомаса, "излишната утайка".

Лечението с ултразвук позволява на излишните организми да се разграждат по-бързо и по-задълбочено. Докато в конвенционалните пречиствателни станции само около половината от утайките се превръщат в биогаз, обработката с ултразвук увеличава добива до 75%. Проучване в пречиствателната станция в Дахау показа, че чрез превръщането на биогаза в електричество може да се генерира четири пъти повече електрическа енергия, колкото е необходимо за експлоатацията на ултразвуковото устройство. И колкото по-голям е оборотът на биогаз, толкова по-ниско е количеството утайки от отпадъчни води, които трябва да се изхвърлят с големи разходи.

При обработката на утайки от отпадъчни води се използва механичният ефект на кавитацията - образуването на кухини. Високите температури, когато микромехурчетата се разпадат, от друга страна са особено подходящи за задействане на химични процеси. Подобно на малките фурни за пиролиза, връзките на макромолекулите са напукани. Дори силно токсични вещества като хлоробензен, полиароматични въглеводороди и много пестициди могат да бъдат отстранени от водата. Изследователите от Хамбург успяха да докажат, че не се произвеждат други токсични химикали.

Този относително прост процес на детоксикация срещна голям интерес в индустрията, където досега основният акцент беше върху използването на химикали за детоксикация на отпадъчни води. Методът предлага и предимства за операторите на депа, в чиито просмукващи ями често се натрупва опасен коктейл от токсични вещества.

Ултразвуковата технология е подходяща не само за пречистване на отпадъчни води, но и за производство на питейна вода. В Германия има около 100 000 кладенци, от които се изпомпват подпочвените води. Но количеството вода, изпомпвана от дълбините, намалява с времето, тъй като филми, направени от биологични вещества, запушват входните отвори в шахтата на кладенеца и околните слоеве от чакъл. Крановете за питейна вода трябва да се почистват редовно, за да може водата да продължи да мехурче. Към днешна дата за това са използвани механични или химични методи. Широко разпространено е въвеждането на разредена солна киселина, която разтваря примесите. След това се изсмуква отново с мръсната течност.

В съвместен проект с Германската федерална фондация за околната среда Институтът ESWE за изследвания на водите и водни технологии във Висбаден тества кои кладенци за питейна вода са подходящи за регенерация с ултразвук. На дълъг стоманен кабел изследователите спускат няколко мощни сонотроди - генератори за генериране на ултразвук - в шахтите на кладенеца. Само след няколко минути обработка с ултразвук, входящите отвори и малките водни канали между камъчетата се освобождават от всички отлагания. „Ултразвуковото почистване е екологично, тъй като в кладенците не трябва да се пълнят химикали“, казва Ролф-Дитер Вилкен, ръководител на ESWE. "Освен това звуковите вълни намаляват броя на бактериите в кладенеца, така че биофилмите не се образуват отново толкова бързо."

Генератор на звукови вълни вече работи в пречиствателната станция за питейна вода на язовир Wahnbach близо до Зигбург. „Това ни позволява да премахнем почти всички плаващи организми от суровата вода“, обяснява Юрген Класен, управител на лабораторията на завода. Особено през топлите месеци големи количества такъв планктон често се развиват в застояли води като язовири. Досега са правени опити да се свърже в люспи чрез добавяне на желязо или алуминиеви соли и след това да се държи в пясъчни филтри. Много микроорганизми обаче имат един или повече придатъци на тялото с форма на конец, които им помагат да се движат през водата. Така те се плъзгат през окото на мрежата от люспи и попадат в тръбите за питейна вода. Звуковите вълни с честота около 40 килогерца, от друга страна, не дават шанс на нежеланите организми: Те също така извеждат мобилния планктон от строя.