超声波除藻技术
20世纪90年代日本开始进行超声波抑藻杀藻技术的研究,目前在千叶湖进行较大规模的试验。我国清华大学等单位也进行了一定研究。初步结果表明,适当频率和强度的超声波处理5min就可以严重抑制藻类生长(减少50%)。高效、迅速、简单、无二次污染等显著优点使得超声波抑藻杀藻具有很大的吸引力。
超声波是指振动频率大于20KHz以上的(还有一种说法是振动频率大于16KHz以上),其每秒的振动次数(频率)甚高,超出了人耳听觉的上限(20000Hz),人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是物理介质中的一种弹性机械波,和电、磁、光等同样是一种物理能量形式,超声和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动,通常以纵波的方式在弹性介质内会传播,是一种能量的传播形式,其不同点是超声频率高,波长短,在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。超声波能在水中产生一系列接近于极端的条件,如超过重力加速度几万倍的质点加速度,空化泡破裂产生的瞬间高温和高压(4000K,500大气压)、急剧的放电,以及强烈的冲击波和射流等。由此衍生的二次波、辐射压、声捕捉、自由基、氧化剂等也可能较大程度地改变介质性质。
超声波在传播时,方向性强,能量易于集中; 能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离;超声波是一种波动形式,它可以作为探测与负载信息的载体或媒介(如B超等用作诊断);超声波同时又是一种能量形式,当其强度超过一定值时,它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用,去影响,改变以致破坏后者的状态,性质及结构(用作治疗)。可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播;超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 超声波在液体介质中传播时,可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
根据超声波这种特点,比利时科学家Hilaire Thomas先生于1999年发明了第一台超声波除藻设备,其主要目的是解决开放性水域中的水藻问题。超声波可能的抑藻杀藻机理有:破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。高强度的超声波能破坏生物细胞壁,使细胞内物质流出,这一点已在工业上运用。藻类细胞的特殊构造是一个占细胞体积50%的气胞,气胞控制藻类细胞的升降运动。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可能破坏气胞。在适当的频率下,气胞甚至能成为空化泡而破裂。同时,空化产生的高温高压和大量自由基,可以破坏藻细胞内活性酶和活性物质,从而影响细胞的生理生化活性。此外,超声波引发的化学效应也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物。超声波作用受多种因素影响,其中最重要的是频率和强度,对工艺条件的优化是下一步研究的重点。
超声波有以下技术特点:⑴、高科技超声波灭藻杀菌,防止水藻再生。⑵、对水中生物无害,维持水域的生态平衡,无二次污染。⑶、独家专利,已在欧美各国广泛使用,能耗低,效果显著。⑷、使用范围广泛,不同系列产品可适应不同的需求。⑸、能耗低
超声波除藻的原理:发明人Hilaire Thomas通过对超声波的多年研究。掌握了运用特殊频率的超声波所产生的震荡波,作用于水藻外壁并使之破裂、死亡,以达到消灭水藻平衡水环境生态的目的。超声波抑藻杀藻机理是:破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。藻类细胞的特殊构造是一个占细胞体积50% 的气胞,气胞控制藻类细胞的升降运动。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可以破坏气胞。在适当的频率下,气胞成为空化泡而破裂;同时,空化产生的高温高压和大量自由基,可破坏藻细胞内活性酶和活性物质,从而影响细胞的生理生化活性。此外,超声波引发的化学效应也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物。
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