Nagyméretű vakolat ultrahanggal
Akár terhességi vizsgálatokra, akár a test elérhetetlen részein lévő betegségek diagnosztizálására, akár anyagvizsgálatra - az orvostudomány és a technológia már nem képzelhető el ultrahang nélkül. Most új alkalmazási területek nyílnak meg a hallási küszöböt meghaladó frekvenciájú hanghullámok számára: szennyvíztisztító telepek és ivóvízkutak tisztításában.
Ha vizes oldatot ultrahanggal besugározunk, az állandó nyomásváltozás számtalan, néhány mikrométer nagyságú buborékot hoz létre, amelyek vízgőz és egyéb gázok keverékével vannak feltöltve. A másodperc töredéke alatt ezek a mikrobuborékok az eredeti méretük sokszorosára nőnek, és végül megrekednek. Ez egy úgynevezett forró pontot hoz létre, amelyben 5000 Celsius fok körüli hőmérséklet és 500 bar nyomás uralkodik. A fizikusok ezt a jelenséget kavitációnak nevezik.
Sokat lehet tenni a munka közbeni pokoli erőkkel: például eltávolítani a szennyvízből a mérgező vegyszereket, vagy a szennyvíziszapot kezelni. A Hamburg-Harburgi Műszaki Egyetemen Uwe Neis professzor és munkatársai az ultrahang vízgazdálkodás területén történő felhasználását kutatják. A legfejlettebb a szennyvíztisztító telepekben történő alkalmazása. Ott hatalmas számú baktérium, egysejtű és kis többsejtű szervezet növekszik folyamatosan a biológiai tisztítómedencékben, amelyek oxigén hozzáadásával tisztítják a szennyvízlevest. Mivel a kis segítők szaporodnak, nagy mennyiségű felesleges biomassza, a "felesleges iszap".
Az ultrahanggal történő kezelés lehetővé teszi a felesleges organizmusok gyorsabb és alaposabb lebontását. Míg az iszapnak csak körülbelül a fele alakul át biogázzá a hagyományos szennyvíztisztító telepekben, az ultrahangos kezelés 75% -ra növeli a hozamot. A dachaui szennyvíztisztító telepen végzett tanulmány kimutatta, hogy a biogáz villamos energiává történő átalakításával négyszer annyi elektromos energia keletkezhet, mint amennyi az ultrahangos készülék működtetéséhez szükséges. És minél nagyobb a forgalom a biogázban, annál alacsonyabb a szennyvíziszap mennyisége, amelyet nagy költséggel kell ártalmatlanítani.
A szennyvíziszap-kezelés során a kavitáció mechanikai hatását - az üregek képződését - használják. A mikrobuborékok felbomlásának magas hőmérséklete viszont különösen alkalmas a kémiai folyamatok mozgatására. Az apró pirolízis kemencékhez hasonlóan a makromolekulák kapcsolatai megrepedtek. Még a nagyon mérgező anyagok is eltávolíthatók a vízből, például klórbenzol, poliaromás szénhidrogének és sok növényvédő szer. A hamburgi kutatók be tudták bizonyítani, hogy más mérgező vegyi anyagok nem termelődnek.
Ez a viszonylag egyszerű méregtelenítési eljárás nagy érdeklődést váltott ki az iparban, ahol eddig a szennyvíz méregtelenítésére szolgáló vegyi anyagok felhasználására helyezték a fő hangsúlyt. A módszer előnyöket kínál a hulladéklerakók üzemeltetői számára is, akiknél a csurgalékvizekben a mérgező anyagok veszélyes koktélja halmozódik fel.
Az ultrahangos technológia nemcsak a szennyvíz tisztítására alkalmas, hanem ivóvíz előállítására is. Németországban körülbelül 100 000 kút van, ahonnan a talajvizet szivattyúzzák. A mélységből kiszivattyúzott víz mennyisége azonban idővel csökken, mert a biológiai anyagokból készült filmek eltömítik a kút aknájának beömlőnyílásait és a környező kavicsrétegeket. Az ivóvízcsapokat rendszeresen tisztítani kell, hogy a víz tovább buborékolhasson. A mai napig mechanikai vagy kémiai módszereket alkalmaztak erre. A szennyeződéseket feloldó híg sósav bevezetése széles körben elterjedt. Ezután a piszkos folyadékkal újra leszívják.
A német szövetségi környezetvédelmi alapítvánnyal közös projektben az ESWE Wiesbaden-i Vízkutatási és Vízügyi Technológiai Intézete teszteli, hogy mely ivóvízkút alkalmas ultrahanggal történő regenerálásra. A kutatók több nagy teljesítményű szonotródot - az ultrahang előállítására szolgáló generátort - engednek le a kútaknákba egy hosszú acél kábelen. Néhány perc ultrahangos kezelés után a bemeneti nyílások és a kavicsok közötti kis vízcsatornák mentesek minden lerakódástól. "Az ultrahangos tisztítás környezetbarát, mivel semmilyen vegyszert nem kell a kutakba tölteni" - mondta boldogan Rolf-Dieter Wilken, az ESWE vezetője. "Ezenkívül a hanghullámok csökkentik a baktériumok számát a kút aknájában, így a biofilm nem alakul ki újra olyan gyorsan."
A Siegburg melletti Wahnbach-gát ivóvízkezelő üzemében már működik egy hanghullám-generátor. "Ez azt jelenti, hogy szinte teljesen eltávolíthatjuk az úszó organizmusokat a nyers vízből" - magyarázza Jürgen Clasen, az üzem laboratóriumi vezetője. Különösen a meleg hónapokban nagy mennyiségű ilyen plankton gyakran fejlődik az állóvizekben, például a gátakban. Eddig megkísérelték pelyhekbe kötni vas- vagy alumíniumsók hozzáadásával, majd homokszűrőkben tartani. Számos mikroorganizmusnak azonban van egy vagy több szál alakú testfüggeléke, amely segíti őket a vízben való mozgásban. Átcsúsznak a pehelyháló hálóján és bejutnak az ivóvízcsövekbe. A 40 kilohertz körüli frekvenciájú hanghullámok viszont nem adnak esélyt a nemkívánatos organizmusoknak: a mozgó planktonot is működésképtelenné teszik.