अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र डिवाइस अपशिष्ट जल को कैसे स्टरलाइज़ करते हैं?

अल्ट्रासोनिक समरूप करने वाले उपकरण अपशिष्ट जल को कैसे निष्फल करते हैं?

The core sterilization mechanism of ultrasonic sonochemical devices in wastewater treatment is to utilize the sonochemical effect induced by ultrasound (especially the cavitation effect and its derived physical and chemical reactions) to disrupt microbial structures and inactivate their functions through multiple synergistic mechanismsपारंपरिक अल्ट्रासोनिक समरूपता उपकरणों की तुलना में, सोनोकेमिकल उपकरणों ने अल्ट्रासाउंड और रासायनिक प्रक्रियाओं के संयोजन पर जोर दिया है।उच्च निष्फलता और प्रयोज्यता के परिणामस्वरूपविशिष्ट तंत्र इस प्रकार हैंः

1गुहा प्रभाव की मुख्य भूमिका
जब अल्ट्रासोनिक सोनोकेमिकल उपकरणों द्वारा उत्सर्जित उच्च आवृत्ति ध्वनि तरंगें (आमतौर पर 20kHz से 1MHz) पानी के माध्यम से फैलती हैं,तरल पदार्थ के आवधिक कंपन से अनगिनत छोटे-छोटे "कैविटेशन बुलबुले" (ग्यास या भाप युक्त बुलबुले) बनते हैंये बुलबुले दबाव में उतार-चढ़ाव के कारण तेजी से विस्तार करते हैं और फिर विनाशकारी रूप से ढह जाते हैं (कैविटेशन), जिससे नसबंदी का आधार बनता है।

यांत्रिक विनाश: The intense shock waves (pressures reaching thousands of atmospheres) and high-speed microjets (speeds exceeding 100m/s) released instantly by the collapse of cavitation bubbles directly impact the cell membranesउदाहरण के लिए, जब बैक्टीरिया की पेप्टिडोग्लिकन कोशिका दीवार छिद्रित होती है, तो यह एक प्रकार का विषाणु होता है।अंदरूनी कोशिका पदार्थों का रिसाव; जब किसी वायरस का प्रोटीन कैप्सिड टुकड़े-टुकड़े हो जाता है, तो आनुवंशिक सामग्री (डीएनए/आरएनए) उजागर और निष्क्रिय हो जाती है।

स्थानीय चरम वातावरणः जब एक गुहा बुलबुला ढह जाता है, तो यह तत्काल उच्च तापमान (5000K, लगभग 4727°C) और उच्च दबाव (हजारों वायुमंडल) बनाता है,सूक्ष्मजीवों को सीधे "भस्म करने" या उनके बायोमाक्रोमोलेक्यूल को नुकसान पहुंचाने के लिए पर्याप्त (जैसे प्रोटीन विरूपण और न्यूक्लिक एसिड श्रृंखला टूटना)2. सक्रिय प्रजातियों के ऑक्सीकरण प्रभाव सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न

खोखलेपन बुलबुले के ढहने के चरम परिस्थितियों से पानी में अणुओं का विखंडन और प्रतिक्रिया होती है, जिससे बड़ी संख्या में अत्यधिक ऑक्सीकरण करने वाली सक्रिय प्रजातियां उत्पन्न होती हैं।यह सोनोकेमिकल नसबंदी का मुख्य रासायनिक तंत्र है:

हाइड्रॉक्सी कण (OH): हाइड्रोजन के अणु उच्च तापमान और दबाव के तहत विघटित हो जाते हैं ताकि OH (2.8V की redox क्षमता के साथ, ओजोन और क्लोरिन से अधिक मजबूत) का उत्पादन हो सके। ये मुक्त कण:
माइक्रोबियल सेल झिल्ली में लिपिड (जैसे असंतृप्त फैटी एसिड) का ऑक्सीकरण करना, झिल्ली पारगम्यता और अखंडता को बाधित करना;
कोशिकाओं के भीतर प्रोटीन (अमीनो एसिड संरचनाओं को नष्ट करना) और न्यूक्लिक एसिड (डीएनए/आरएनए श्रृंखलाओं को तोड़ना) पर हमला करते हैं, एंजाइम गतिविधि और आनुवंशिक सूचना संचरण को रोकते हैं।
अन्य सक्रिय प्रजातियाँ: यदि पानी में घुल-मिलकर ऑक्सीजन या ऑक्सीडेंट्स (जैसे H2O2 या ओजोन) मौजूद हैं, तो गुहा प्रभाव OH2− (सुपरऑक्साइड एनीयन) और H2O2 के उत्पादन को बढ़ावा देता है,ऑक्सीडेटिव नसबंदी प्रभाव को सामंजस्यपूर्ण रूप से बढ़ाता है.

3सुदृढ़ सोनोकेमिकल सिनर्जेटिक प्रभाव
सोनोकेमिकल उपकरणों की नसबंदी दक्षता अक्सर तालमेल प्रभावों के माध्यम से बढ़ाई जाती है, जो कि पारंपरिक अल्ट्रासोनिक उपकरणों पर उनका मुख्य लाभ हैः

रासायनिक एजेंटों के साथ तालमेलः अल्ट्रासाउंड ऑक्सीडेंट्स (जैसे H2O2 और ClO2) के अपघटन को बढ़ा सकता है, अधिक सक्रिय प्रजातियों (उदाहरण के लिए,H2O2 को अल्ट्रासाउंड में OH में आसानी से विघटित किया जाता है)इसके अतिरिक्त, अल्ट्रासाउंड की यांत्रिक क्रिया एजेंटों को माइक्रोबियल झिल्ली में आसानी से प्रवेश करने की अनुमति देती है, जिससे ऑक्सीकरण दक्षता में सुधार होता है।
भौतिक विधियों के साथ तालमेलः उदाहरण के लिए, पराबैंगनी (यूवी) विकिरण के साथ संयुक्त होने पर, अल्ट्रासाउंड माइक्रोबियल संरचना को बाधित करता है,यूवी विकिरण को न्यूक्लिक एसिड को अधिक आसानी से प्रवेश करने और क्षतिग्रस्त करने की अनुमति देता हैचुंबकीय क्षेत्रों के साथ संयोजन से गुहा प्रभाव को बढ़ाया जा सकता है और स्थानीय ऊर्जा घनत्व बढ़ाया जा सकता है।

4विभिन्न सूक्ष्मजीवों का लक्षित निष्क्रियकरण
बैक्टीरिया: कोशिका की दीवार (पेप्टिडोग्लिकन परत) और कोशिका झिल्ली यांत्रिक प्रभाव से क्षतिग्रस्त हो जाती है, जबकि ओएच झिल्ली प्रोटीन को ऑक्सीकृत करता है,कोशिकाओं के भीतर पदार्थों के रिसाव और चयापचय में व्यवधान का कारण बनता है.
वायरस: प्रोटीन कैप्सिड टूट जाता है, और आंतरिक न्यूक्लिक एसिड (डीएनए/आरएनए) उच्च तापमान या ओएच द्वारा नष्ट हो जाते हैं, जिससे वे संक्रमण के लिए असमर्थ हो जाते हैं। शैवालःकोशिकाओं की दीवारें और क्लोरोप्लास्ट नष्ट हो जाते हैं, क्लोरोफिल विघटित होता है, और ओएच चयापचय एंजाइमों को ऑक्सीकृत करता है, प्रकाश संश्लेषण और प्रजनन को बाधित करता है।
दवा प्रतिरोधी सूक्ष्मजीव: पारंपरिक कीटाणुशोधन (जैसे क्लोरीन) के प्रति प्रतिरोधी सूक्ष्मजीव (जैसे,Cryptosporidium) अभी भी अल्ट्रासाउंड के गैर विशिष्ट भौतिक विनाश के कारण प्रभावी ढंग से निष्क्रिय किया जा सकता है।.
सारांश
अल्ट्रासोनिक सोनोकेमिकल उपकरण स्थानिक चरम वातावरण में कैविटेशन, भौतिक निष्क्रियता के माध्यम से यांत्रिक विनाश के माध्यम से कुशल नसबंदी प्राप्त करता है,और सक्रिय प्रजातियों के रासायनिक ऑक्सीकरण, अन्य प्रौद्योगिकियों से तालमेल प्रभाव के साथ संयुक्त है। इसका मूल सिद्धांत भौतिक प्रभाव और रासायनिक ऑक्सीकरण में अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का रूपांतरण है। यह शून्य माध्यमिक प्रदूषण प्रदान करता है,व्यापक स्पेक्ट्रम दक्षतायह विशेष रूप से कीटाणुशोधन उप-उत्पादों के प्रति संवेदनशील अनुप्रयोगों या जटिल अपशिष्ट जल (जैसे,दवा प्रतिरोधी बैक्टीरिया या उच्च धुंधलापन युक्त अपशिष्ट जल).

IV. पारंपरिक नसबंदी प्रौद्योगिकियों पर तुलनात्मक लाभ
क्लोरिन कीटाणुशोधन और यूवी कीटाणुशोधन जैसे पारंपरिक तरीकों की तुलना में, अल्ट्रासोनिक समरूपण नसबंदी निम्नलिखित फायदे प्रदान करती हैः

कोई द्वितीयक प्रदूषण नहींः किसी रासायनिक एजेंट (जैसे क्लोरीन) की आवश्यकता नहीं होती है, और कीटाणुशोधन उप-उत्पादों (जैसे क्लोरोफॉर्म और अन्य कैंसरजन) के उत्पादन से बचा जाता है।

व्यापक स्पेक्ट्रमः बैक्टीरिया, वायरस, कवक और शैवाल के खिलाफ प्रभावी, विशेष रूप से क्लोरीन प्रतिरोधी सूक्ष्मजीवों (जैसे क्रिप्टोस्पोरियम और जियार्डिया) के खिलाफ प्रभावी।

तालमेलः अन्य प्रौद्योगिकियों (जैसे ओजोन और एच2ओ2) के साथ संयुक्त किया जा सकता है ताकि गुहाओं और मुक्त कणों के उत्पादन को बढ़ाया जा सके, जिससे नसबंदी की दक्षता में सुधार हो सके।

सारांश: अल्ट्रासोनिक समरूपता गुहा, अत्यधिक गर्मी और दबाव द्वारा उत्पन्न यांत्रिक प्रभाव के तीन प्रभावों का उपयोग करती है,और मुक्त कणों का ऑक्सीकरण सूक्ष्मजीवों की संरचना और कार्य को भौतिक और रासायनिक रूप से नष्ट करने के लिएइसका मूल सिद्धांत सूक्ष्मजीवों के खिलाफ विनाशकारी बल में अल्ट्रासोनिक ऊर्जा को बदलना है।यह विशेष रूप से अपशिष्ट जल उपचार अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जिसमें सूक्ष्मजीव शामिल हैं जो कीटाणुशोधन उप-उत्पादों के प्रति संवेदनशील हैं या निष्क्रिय करना मुश्किल है.