Tencuială la scară largă cu ultrasunete
Fie pentru examinări de sarcină, diagnosticarea bolilor în părți inaccesibile ale corpului sau testarea materialelor - ultrasunetele au devenit o parte indispensabilă a medicinei și tehnologiei. Acum se deschid noi domenii de aplicare pentru undele sonore cu frecvențe peste pragul auditiv: în curățarea stațiilor de epurare și a puțurilor de apă potabilă.
Dacă iradiați o soluție apoasă cu ultrasunete, schimbarea constantă a presiunii creează nenumărate bule de câțiva micrometri, care sunt umplute cu un amestec de vapori de apă și alte gaze. Într-o fracțiune de secundă, aceste microbule cresc de multe ori dimensiunea inițială și, în cele din urmă, implodează. Acest lucru creează un așa-numit punct fierbinte în care predomină temperaturi de aproximativ 5000 de grade Celsius și o presiune de până la 500 de bari. Fizicienii numesc acest fenomen cavitație.
Se pot face multe lucruri cu forțele infernale de la locul de muncă: de exemplu, eliminarea substanțelor chimice toxice din apele uzate sau tratarea nămolului de canalizare. La Universitatea Tehnică din Hamburg-Harburg, prof. Uwe Neis și colegii săi cercetează utilizarea ultrasunetelor în gestionarea apei. Cea mai avansată este aplicarea în stațiile de epurare. Acolo, un număr mare de bacterii, celule unice și mici organisme multicelulare cresc în mod constant în bazinele biologice de curățare, care curăță bulionul de canalizare evacuat cu adăugarea de oxigen. Deoarece micii ajutoare se înmulțesc, cantități mari de exces de biomasă, „excesul de nămol”.
Tratamentul cu ultrasunete permite organismelor supranumerare să se descompună mai repede și mai temeinic. În timp ce doar aproximativ jumătate din nămol este transformat în biogaz în stațiile de epurare convenționale, sonicarea crește randamentul până la 75 la sută. Un studiu efectuat la stația de epurare Dachau a arătat că, prin transformarea biogazului în energie electrică, se poate genera de patru ori mai multă energie electrică decât este necesară pentru funcționarea dispozitivului cu ultrasunete. Și cu cât este mai mare cifra de afaceri din biogaz, cu atât este mai mică cantitatea de nămol de epurare care trebuie eliminat cu cheltuială mare.
În tratarea nămolului de epurare se folosește efectul mecanic al cavitației - formarea cavităților. Temperaturile ridicate atunci când microbulele se dezintegrează, pe de altă parte, sunt deosebit de potrivite pentru punerea în mișcare a proceselor chimice. Ca și în micile cuptoare de piroliză, conexiunile macromoleculelor sunt crăpate. Chiar și substanțele extrem de toxice, cum ar fi clorobenzenul, hidrocarburile poliaromatice și multe pesticide, pot fi eliminate din apă. Cercetătorii din Hamburg au reușit să demonstreze că nu se produc alte substanțe chimice toxice.
Acest proces relativ simplu de detoxifiere a întâmpinat un mare interes în industrie, unde până acum accentul principal a fost pus pe utilizarea substanțelor chimice pentru detoxifierea apelor uzate. Metoda oferă, de asemenea, avantaje pentru operatorii depozitelor de deșeuri, în a căror fosă de levigat se adună deseori un cocktail periculos de substanțe toxice.
Tehnologia cu ultrasunete nu este potrivită numai pentru tratarea apelor uzate, ci și pentru producerea apei potabile. În Germania există în jur de 100.000 de puțuri din care sunt pompate apele subterane. Dar cantitatea de apă pompată din adâncimi scade în timp, deoarece filmele realizate din substanțe biologice înfundă orificiile de intrare în arborele puțului și straturile de pietriș din jur. Robinetele de apă potabilă trebuie curățate în mod regulat, astfel încât apa să poată continua să baloneze. Până în prezent, au fost utilizate metode mecanice sau chimice pentru aceasta. Introducerea acidului clorhidric diluat, care dizolvă impuritățile, este larg răspândită. Apoi este aspirat din nou cu lichidul murdar.
În cadrul unui proiect comun cu Fundația Federală Germană pentru Mediu, Institutul ESWE pentru Cercetarea Apei și Tehnologia Apei din Wiesbaden testează care fântâni de apă potabilă sunt potrivite pentru regenerare cu ultrasunete. Cercetătorii scad mai mulți sonotrozi puternici - generatori pentru generarea ultrasunetelor - în puțurile de sondă ale unui cablu lung de oțel. După doar câteva minute de sonicare, orificiile de admisie și canalele mici de apă dintre pietricele sunt libere de toate depunerile. „Curățarea cu ultrasunete este ecologică, deoarece nu trebuie introduse substanțe chimice în fântâni”, a spus fericit Rolf-Dieter Wilken, șeful ESWE. "În plus, undele sonore reduc numărul de bacterii din arborele puțului, astfel încât biofilmele nu se formează din nou la fel de repede."
Un generator de unde sonore este deja în funcțiune în stația de tratare a apei potabile a barajului Wahnbach de lângă Siegburg. „Acest lucru înseamnă că putem elimina aproape complet organismele plutitoare din apa brută”, explică Jürgen Clasen, managerul laboratorului uzinei. În special în lunile calde, cantități mari de astfel de plancton se dezvoltă adesea în apele stagnante, cum ar fi rezervoarele. Până în prezent, s-a încercat legarea acestuia în fulgi prin adăugarea de săruri de fier sau aluminiu și apoi menținerea acestuia în filtrele de nisip. Cu toate acestea, multe microorganisme au unul sau mai multe anexe ale corpului în formă de fir care îi ajută să se deplaseze prin apă. Așa că alunecă prin rețeaua de fulgi și intră în conductele de apă potabilă. Undele sonore cu o frecvență de aproximativ 40 kilohertz, pe de altă parte, nu oferă o șansă organismelor nedorite: ele pun și planctonul mobil în afara acțiunii.