Kas yra ultragarsinis homogenizatorius biologiniam skaidymui

Ultragarso biologinio skaidymo technologija, kurios pranašumai yra aplinkai nekenksminga, švelnus veikimas ir galinti suardyti sunkiai{0}}-apdorojamas medžiagas, turi plačias taikymo perspektyvas aplinkos apsaugos, maisto ir biomedicinos srityse. Tačiau šiuo metu ji susiduria su tokiais iššūkiais kaip energijos suvartojimas ir mastelio keitimas. Kadangi technologija ir toliau optimizuojama, jos komercinio ir pramoninio pritaikymo potencialas bus palaipsniui išlaisvintas. Norint pasiekti didelio masto-pritaikymą, ši technologija vis dar turi įveikti keletą kliūčių: Pirma, energijos suvartojimas yra didelis; Dabartinis ultragarsinis apdorojimas susijęs su dideliais energijos nuostoliais, ypač pramonėje, kur eksploatavimo išlaidos yra didelės. Antra, trūksta vieningų standartų; tokie parametrai kaip ultragarso dažnis ir galia nėra standartizuoti skirtingiems scenarijams, todėl apdorojimo efektai labai skiriasi. Tačiau šias problemas galima palaipsniui išspręsti technologiškai optimizuojant, pvz., kuriant didelio-efektyvumo keitiklius, siekiant pagerinti energijos konversijos efektyvumą, kuriant standartizuotas parametrų sistemas įvairiems scenarijams naudojant didelius duomenis ir kuriant modulinę įrangą, pritaikytą prie didelio masto apdorojimo poreikių. Technologijai bręstant, jos taikymo sąnaudos ir toliau mažės, o taikymo scenarijai dar labiau plėsis, todėl bendros jos perspektyvos bus labai perspektyvios.

 

I. Ultragarsinio biologinio skaidymo veikimo principas

Ultragarsinis homogenizatorius yra šerdis: kai ultragarsas sklinda skystyje, jis sukuria daugybę mažų burbuliukų (kavitacijos burbuliukų).

Intensyvus burbulo veikimas: kavitacijos burbuliukai greitai plečiasi, o po to akimirksniu subyra, generuodami vietinę aukštą temperatūrą ir slėgį (iki tūkstančių laipsnių Celsijaus ir šimtus atmosferų) bei stiprias smūgines bangas.

Teršalų skaidymas: esant aukštai temperatūrai ir slėgiui, susidaro stiprios oksiduojančios medžiagos, tokios kaip hidroksilo radikalai. Tuo pačiu metu stiprios smūginės bangos nutraukia cheminius teršalų ryšius, galiausiai suskaidydami didelius molekulinius teršalus į mažas, nekenksmingas molekules (tokias kaip anglies dioksidas ir vanduo).

 

II. Pagrindinės priežastys, kodėl verta naudoti ultragarso įrangą

Didelis skaidymo efektyvumas: stipri oksidacija ir mechaninis kavitacijos poveikis gali greitai suskaidyti nepalankius teršalus (pvz., pesticidų likučius ir pramonines organines nuotekas).

 

Nėra antrinės taršos: nereikia jokių cheminių medžiagų; skilimas priklauso tik nuo fizinių ir cheminių procesų, išvengiant naujos taršos, kurią sukelia pesticidų likučiai.

 

Platus pritaikymas: jis gali apdoroti įvairius organinius ir neorganinius teršalus skysčiuose ir jo neriboja teršalų koncentracija, todėl jis tinka įvairiems scenarijams, pavyzdžiui, nuotekų valymui ir maisto valymui.

 

Paprastas valdymas: įranga veikia stabiliai, nereikalauja sudėtingos priežiūros ir gali būti naudojama kartu su esamais apdorojimo procesais, sumažinant modernizavimo išlaidas.

 

Kokie yra ultragarsinio biologinio skaidymo technologijos taikymo atvejai?

Ultragarso biologinio skaidymo technologija, pasižyminti unikaliu kavitacijos efektu ir oksidacinėmis savybėmis, praktiškai pritaikyta įvairiose srityse, tokiose kaip pramoninis nuotekų valymas, dumblo šalinimas, biologiniai eksperimentai, maistas ir medicina. Toliau pateikiami konkretūs pavyzdžiai: Pramoninių nuotekų valymas

Elektroninių komponentų nuotekos: elektroninių komponentų gamybos įmonė taikė kombinuotą „didelio -efektyvumo filtravimo + neutralizavimo ir reguliavimo + pažangiosios oksidacijos (ozonas) + MBR + ultravioletinių spindulių dezinfekcijos“ procesą. Įvedus ultragarsinį{6}}valymą, nuotekų ChDS pašalinimo greitis pasiekė 93 %, o galutinė nuotekų kokybė atitiko pirmosios-klasės išleidimo standartą, o tai žymiai pagerino pradinio proceso valymo poveikį.

 

Sunkiųjų metalų nuotekų galvanizavimas: galvanizuojant nuotekas, kuriose yra 4000 × 10⁻⁶ mol/L nikelio, ultragarsu apdorojant nikelio jonų pašalinimo greitis viršija 99%. Pramoninių nuotekų, kuriose yra 1000 × 10⁻⁶ mol/L vario, apdorojimas ultragarsu pasiekė 99,8% vario jonų pašalinimo greitį. Pagrindinis principas yra sugriauti sunkiųjų metalų kompleksinę struktūrą vibruojant, palengvinant vėlesnį nusodinimą ir filtravimą.

 

Dažymo ir rauginimo nuotekos: dažymo gamykla naudojo 40 kHz ultragarso-fenton oksidacijos technologiją, kad iš nuotekų būtų veiksmingai pašalinami sunkiai įveikiami organiniai teršalai ir buvo pasiekti nacionalinius išleidimo standartus atitinkantys nuotekų standartai. Kiti eksperimentai parodė, kad išankstinis rauginimo nuotekų apdorojimas ultragarsu, kai garso intensyvumas yra 1,47 W/cm² ir dažnis 24 kHz, kartu su koaguliacija ir sedimentacija padidino ChDS pašalinimo greitį daugiau nei 10%, iki maksimalaus 73,2%, palyginti su paprasta koaguliacija ir sedimentacija.

Biologinių ir eksperimentinių tyrimų sritys

 

Biomolekulinis apdorojimas: atliekant biocheminius tyrimus, ultragarsas gali pagreitinti DNR suskaidymą ir skaidymą. Ši savybė atitinka poreikį sumažinti DNR mėginio dydį atliekant bioinformatikos tyrimus ir taip pat gali būti naudojama aplinkos monitoringe, siekiant analizuoti vandens DNR, siekiant nustatyti taršos šaltinius. Tuo pačiu metu jis gali atskirti baltymų kompleksus, padėdamas patikrinti vaistų kandidatų molekules. Teismo medicinos ir klinikinės diagnostikos srityse ultragarsas taip pat gali padėti iš mėginių išgauti nukleino rūgštis, pagerinti aptikimo efektyvumą ir grynumą.

Su maistu ir medicina susijusios sritys

 

Antibiotikų likučių skilimas maiste: antibiotikai, tokie kaip penicilinas piene, yra labai termostabilūs, o įprastinio sterilizavimo kaitinant nepakanka, kad jie būtų visiškai pašalinti. Xihua universiteto mokslininkų grupė atliko eksperimentą dėl penicilino skaidymo piene. 25 laipsnių ir pH 7 sąlygomis pienas, kuriame yra penicilino, buvo apdorojamas 150 W ultragarsu 35 minutes. Galutinis penicilino likutis piene buvo mažesnis nei 1 ug/l, atitinkantis atitinkamus saugos standartus. Taikant šį metodą išvengiama žalos pieno kokybei, kurią sukelia apdorojimas aukštoje-temperatūroje arba cheminis apdorojimas, ir pateikiamas tinkamas sprendimas antibiotikų likučiams pieno produktuose gydyti.

 

Medicinos prietaisų sterilizavimo pagalba: Ultragarsas gali sunaikinti mikroorganizmų ląstelių membranas ir ląstelių sieneles bei padėti sterilizuoti medicinos prietaisus medicinos srityje. Pavyzdžiui, kai kurių aukštai{1}}temperatūrai-jautrių tiksliųjų instrumentų ultragarsas gali prasiskverbti į plyšius, kad sunaikintų bakterijas ir sumažintų kryžminės-infekcijos riziką atliekant medicinines procedūras. Jis taip pat gali būti derinamas su kitais sterilizavimo būdais, kad dar labiau sustiprintų poveikį.