Елена Хохрякова - Современные методы обеззараживания воды

Другая, чрезвычайно важная особенность ультразвука – достижение очень большой колебательной скорости при небольших амплитудах. Передаваемый ультразвуком поток энергии характеризуется высокой плотностью и вызывает кавитацию – цепную реакцию возникновения, роста и распространения каверн – пузырьков газа с высоким внутренним давлением. Микровзрывы кавитационных каверн, происходящие при их попадании в области локального разряжения, сопровождаются возникновением гидравлических ударов и новых газовых пузырьков. Кавитация в воде наступает уже при частоте колебаний 20 кГц и плотности потока энергии 0,3 Вт/см 2.

Обеззараживание воды ультразвуком основано на использовании явления кавитации. Бактерицидное действие ультразвука сильно зависит от интенсивности колебаний. Для полного уничтожения патогенной микрофлоры, включая ряд спор и грибков, необходимы достаточно большие дозы поглощенной энергии, обеспечить которые при широком практическом применении метода затруднительно. Поэтому ультразвуковое воздействие целесообразно применять в комбинации с каким-либо другим видом обработки воды, например УФ-облучением.

В качестве примера реализации данного метода подготовки воды можно упомянуть серию установок «Лазурь-М» производства компании «Сварог», в которой излучение с длиной волны 253,7 и 185 нм воздействует на воду в комбинации с ультразвуковыми волнами.

В технике ультразвук получают с помощью генераторов, которые можно условно разбить на две группы. К первой относятся механические излучатели, обладающие невысоким КПД и широким спектром излучаемых частот, что сильно ограничивает область их использования. Вторую, основную, группу ультразвуковых генераторов составляют преобразователи, которые тем или иным способом преобразуют электрические колебания в механические. Для получения низкочастотных колебаний используются электрические излучатели, работающие на основе эффекта магнитострикции с сердечниками из никеля, ферритов и других сплавов.

Сдерживающим фактором применения обеззараживания ультразвуком является отсутствие нормативно подтвержденных критериев и методов контроля эффективности процесса.

Магнитострикционные излучатели представляют собой цилиндрические или кольцевые сердечники с обмоткой, через которую пропускается переменный электрический ток определенной частоты. Получение ультразвука средней и высокой частоты производится главным образом за счет использования пьезоэлектрического эффекта: колебания генерируются пластинами из специальных материалов (кристаллы кварца, ниобата лития и дигидрофосфата калия), на которые и воздействует переменное электрическое поле. Во всех видах излучателей для увеличения интенсивности излучения применяют ультразвуковую фокусировку, а для повышения амплитуды – концентраторы излучения. В этом проявляется их схожесть с рядом оптических приборов.

В настоящее время областями широкого применения ультразвука являются водоснабжение и водоподготовка. Кроме общих приемов обнаружения трещин и других повреждений в трубопроводах и технологическом оборудовании с помощью методов ультразвуковой дефектоскопии, ультразвук применяется в контрольно-измерительных приборах для определения и расхода жидкости в напорных и безнапорных каналах. Важное место занимает также ультразвуковая обработка оборудования для удаления минеральных отложений, обеззараживания питьевой воды и удаления из нее загрязнений. Один из примеров такого применения – удаление из воды примесей железа, марганца, а также растворенных газов. Ультразвуковое воздействие на воду предотвращает рост кристаллов нерастворимых солей до размеров, необходимых для их выпадения в осадок. При этом минеральные отложения не группируются на твердых поверхностях, а образуют мелкодисперсный шлам.

Очистка воды ультразвуком считается одним из новейших методов дезинфекции.