Veľkoplošná omietka s ultrazvukom
Či už ide o tehotenské vyšetrenia, diagnostiku chorôb v neprístupných častiach tela alebo testovanie materiálu - medicína a technológie si už bez ultrazvuku nemožno predstaviť. Teraz sa otvárajú nové oblasti použitia zvukových vĺn s frekvenciami nad medznou hodnotou sluchu: pri čistení čistiarní odpadových vôd a studní pitnej vody.
Ak je vodný roztok ožarovaný ultrazvukom, výsledkom konštantnej zmeny tlaku sú nespočetné množstvo bublín s veľkosťou niekoľkých mikrometrov, ktoré sú naplnené zmesou vodnej pary a iných plynov. Za zlomok sekundy tieto mikrobubliny dorastú do mnohonásobku svojej pôvodnej veľkosti a nakoniec prasknú. Tak vznikne takzvané horúce miesto, v ktorom prevládajú teploty okolo 5 000 stupňov Celzia a tlak až 500 barov. Fyzici nazývajú tento jav kavitáciou.
S pekelnými silami pri práci sa dá veľa urobiť: napríklad odstránenie toxických chemikálií z odpadových vôd alebo čistenie splaškových kalov. Na Technickej univerzite v Hamburgu-Harburgu profesor Uwe Neis a jeho kolegovia skúmajú využitie ultrazvuku vo vodnom hospodárstve. Najpokročilejšie je jeho použitie v čističkách odpadových vôd. Tam v biologických čistiacich nádržiach neustále rastie obrovské množstvo baktérií, jednotlivých buniek a malých mnohobunkových organizmov, ktoré vypúšťaný odpadový vodný roztok čistia prídavkom kyslíka. Pretože sa malí pomocníci množia, veľké množstvo prebytočnej biomasy, „prebytočný kal“.
Liečba ultrazvukom umožňuje, aby sa nadpočetné organizmy rozkladali rýchlejšie a dôkladnejšie. Zatiaľ čo v bežných čistiarňach odpadov sa iba asi polovica kalu premieňa na bioplyn, pôsobením ultrazvuku sa zvyšuje výťažok až na 75 percent. Štúdia v čistiarni odpadových vôd Dachau ukázala, že premenou bioplynu na elektrinu sa dá vyrobiť štyrikrát viac elektrickej energie, ako je potrebné na prevádzku ultrazvukového zariadenia. A čím vyšší je obrat v bioplyne, tým menšie je množstvo splaškových kalov, ktoré je potrebné likvidovať s veľkými nákladmi.
Pri čistení kalov z čističiek odpadových vôd sa využíva mechanický účinok kavitácie - tvorba dutín. Vysoké teploty, keď sa mikrobubliny rozpadajú, sú naopak zvlášť vhodné na uvedenie chemických procesov do pohybu. Rovnako ako v malých pyrolýznych peciach sú spojenia makromolekúl prasknuté. Z vody sa dajú odstrániť aj vysoko toxické látky, ako je chlórbenzén, polyaromatické uhľovodíky a veľa pesticídov. Hamburským vedcom sa podarilo dokázať, že sa nevyrábajú žiadne ďalšie toxické chemikálie.
Tento pomerne jednoduchý detoxikačný proces sa stretol s veľkým záujmom v priemysle, kde sa doteraz hlavná pozornosť sústredila na použitie chemikálií na detoxikáciu odpadových vôd. Táto metóda ponúka výhody aj pre prevádzkovateľov skládok, na ktorých výluhoch sa často hromadí nebezpečný kokteil toxických látok.
Ultrazvuková technológia je vhodná nielen na čistenie odpadových vôd, ale aj na výrobu pitnej vody. V Nemecku existuje asi 100 000 vrtov, z ktorých sa čerpá podzemná voda. Množstvo vody čerpanej z hlbín však časom klesá, pretože filmy vyrobené z biologických látok upchávajú vstupné otvory v šachte studne a okolité štrkové vrstvy. Kohútiky na pitnú vodu musia byť pravidelne čistené, aby mohla voda naďalej bublať. Doteraz sa na to používali mechanické alebo chemické metódy. Zavádzanie zriedenej kyseliny chlorovodíkovej, ktorá rozpúšťa nečistoty, je veľmi rozšírené. Potom sa znova odsaje so špinavou tekutinou.
Inštitút ESWE pre výskum vody a vodné technológie vo Wiesbadene v rámci spoločného projektu s nemeckou spolkovou nadáciou pre životné prostredie testuje, ktoré studne na pitnú vodu sú vhodné na regeneráciu pomocou ultrazvuku. Vedci ponorili niekoľko silných sonotród - generátorov na generovanie ultrazvuku - do šachiet studní na dlhom oceľovom kábli. Už po niekoľkých minútach pôsobenia ultrazvuku sú vstupné otvory a malé vodné kanály medzi okruhliakmi zbavené všetkých usadenín. „Ultrazvukové čistenie je šetrné k životnému prostrediu, pretože do jamiek sa nemusia plniť žiadne chemikálie,“ uviedol šťastne Rolf-Dieter Wilken, šéf ESWE. „Zvukové vlny navyše znižujú počet baktérií v šachte studne, takže biofilmy sa opäť netvoria tak rýchlo.“
V úpravni pitnej vody priehrady Wahnbach neďaleko Siegburgu už funguje generátor zvukových vĺn. „To znamená, že zo surovej vody môžeme takmer úplne odstrániť plávajúce organizmy,“ vysvetľuje Jürgen Clasen, vedúci laboratória závodu. Najmä v teplých mesiacoch sa veľké množstvo tohto planktónu často vyvíja v stojatých vodách, ako sú priehrady. Doteraz sa robili pokusy viazať ho vo vločkách pridaním solí železa alebo hliníka a potom ich držať v pieskových filtroch. Mnoho mikroorganizmov má však jeden alebo viac vláknitých telesných príveskov, ktoré im pomáhajú pohybovať sa vodou. Prekĺznu teda cez sieť vločkovej siete a dostanú sa do potrubí s pitnou vodou. Zvukové vlny s frekvenciou okolo 40 kilohertzov naopak nedajú šancu nežiaducim organizmom: vyradia z činnosti aj mobilný planktón.