Wpływ twardości wody na usuwanie związków humusowych metodą ultradźwiękową

The research aimed to determine the effect of water hardness on the efficiency of removing humic compounds by ultrasound method. This problem was considered in the context of the possibility of using ultrasounds for the treatment of waters containing the tested natural organic admixtures, which complicate water treatment processes. A solution of 10 mg/L humic substances (SH) was prepared from a sodium humic acid formulation. The solutions were prepared on the basis of deionized water, at five degrees of water hardness. The ultrasonic disintegrator VCX 750 with a frequency of 20 kHz and power of 750 W was used for sonification of the examined samples. The following ultrasonic parameters were used: sonication time of 1,5 and 10 minutes, vibration amplitude 20, 70 and 115 μm. The intensity of the ultrasonic field was sufficient to evoke the impact wave and form cavitation bubbles in the solution. Under these conditions, sonochemical oxidation processes occur, including the generation of free radicals responsible for reactions with high oxidation potential. The energy density determining the dose of ultrasound was from 5.9 to 509 kJ/L, depending on the ultrasonic parameters. To assess the impact of mechanical and chemical processes on SH removal from the water of different hardness, changes in the content of dissolved organic carbon (DOC) were studied. Based on the conducted tests, significant influence of water hardness on the effectiveness of removing humic substances by ultrasound was confirmed. Attention is paid to very hard alkaline water in which SH is dissociated, and Ca2⁺ cations inhibit radical formation. In this case, the sonochemical oxidation in the radical reactions was not intense. The influence of the vibration amplitude and the time of sonication decisive for the energy density introduced into the tested medium was also shown. Over 60% of the effectiveness of the process was recorded in samples of medium hard and hard water. The most favorable SH removal effect was found for hard water and it was 65% (t = 1min, A = 20 μm). In very hard water the process was less effective. The maximum parameters of the applied ultrasonic field did not substantially increase the effects of DOC reduction.

Badania miały na celu określenie wpływu twardości wody na skuteczność usuwania związków humusowych metodą ultradźwiękową. Problem ten rozpatrywano w kontekście możliwości wykorzystania ultradźwięków do oczyszczania wód zawierających badane naturalne domieszki organiczne, które komplikują procesy uzdatniania wody. Roztwór substancji humusowych (SH) o stężeniu 10 mg/l sporządzono z preparatu soli sodowej kwasów humusowych. Roztwory przygotowano na bazie wody o różnych stopniach twardości. Do sonifikacji badanych próbek wykorzystano dezintegrator ultradźwiękowy VCX 750 częstotliwości 20 kHz i mocy 750 W. Do oceny wpływu procesów mechanicznych i sonochemicznych na usuwanie SH z wody o różnej twardości badano zmiany zawartości rozpuszczonego węgla organicznego (RWO). Na podstawie przeprowadzonych badań potwierdzono istotny wpływ twardości wody na skuteczność usuwania substancji humusowych metodą ultradźwiękową. Wykazano także wpływ amplitudy drgań i czasu nadźwiękawiania decydujących o gęstości energii wprowadzonej do badanego ośrodka. Ponad 60% skuteczności procesu notowano w próbkach wody o średniej twardości i twardej. Najkorzystniejszy efekt usuwania SH stwierdzono dla wody twardej i wynosił on 65% (t = 1 min, A = 20 μm). Zwrócono uwagę na wodę bardzo twardą alkaliczną, w której SH są zdysocjowane, a kationy Ca2⁺ inhibitują powstawanie rodników. W tym przypadku badany proces był mniej skuteczny. Maksymalne parametry stosowanego pola ultradźwiękowego zasadniczo nie zwiększały efektów obniżenia RWO.