Sonochemical Methods of Removing the Organic Impurities from Water

Surface water is characterized by changeability of composition/content and organic intensity of both natural and anthropogenic impurities. As a result of chemical changes developed in the process of oxidation and disinfection, impurities and organic admixtures may become harbingers of damaging by-products of these processes (OBP/DBP). Thus, removing organic impurities from water is a crucial problem in water technology, which predominates in the research subject matter. The decrease of water organic contamination can be obtained by the following methods: coagulation, adsorption, oxidation and membrane processes. The use of different solutions in this field has been researched recently as well. The present research is aimed at so-called ‘hybrid methods’ combining chemical methods with physical factors. For instance, the processes of profound oxidation, in which ultraviolet or ultrasounds are used as hydroxyl radical initiators. The literature based research presented in the first part of the article indicates that the unconventional ultrasound method was described on the basis of the effects obtained with the use of prepared water (most frequently with commercial humic acids preparation). Due to the composition of humic substances in surface water (where fulvic acids are predominant), the verification of these effects in natural water environment is justified. In the following part of the article we presented the research results concerning the effects of the use of ultrasound field with the high intensity and constant frequency of 24 kHz. The substrate for the research was surface water. The laboratory tests were conducted at changing sonification time and vibration amplitude. Changes in water organic impurity were controlled mainly by the TOC index analyses. What was researched as well, was the influence of water pH on the removal of organic impurities measured by the TOC index. In order to characterize it the experiments were conducted at natural water pH, alkaline and acid reaction. At the beginning of the experiment and after the use of the researched sonochemical method we marked the chosen parameters: TOC, DOC, oxygen consumption, UV254, and pH. On the basis of these parameters we evaluated the effects of the process depending on the changing ultrasound parameters.

Wody powierzchniowe charakteryzują się zmiennością składu i stężeń organicznych zanieczyszczeń zarówno naturalnych, jak i antropogennych. Zanieczyszczenia i domieszki organiczne, na skutek przemian chemicznych wywołanych utlenianiem i dezynfekcją, mogą stać się prekursorami szkodliwych ubocznych produktów tych procesów (UPU/UPD). Usuwanie zanieczyszczeń organicznych jest więc istotnym problemem technologii wody, który dominuje w tematyce badawczej. Zmniejszenie organicznego zanieczyszczenia wody uzyskuje się metodą: koagulacji, adsorpcji, utleniania i procesów membranowych. Prowadzone są także badania nad możliwością zastosowania w tym celu także innych rozwiązań. Są one skierowane na tzw. metody hybrydowe, łączące metody chemiczne z czynnikami fizycznymi. Przykładem mogą być procesy pogłębionego utleniania, w których jako inicjatory rodników hydroksylowych wykorzystuje się promieniowanie ultrafioletowe lub ultradźwięki. Badania literaturowe, stanowiące pierwszej część artykułu, wskazują, że niekonwencjonalna metoda ultradźwiękowa jest opisana na podstawie efektów uzyskanych dla wód preparowanych (najczęściej komercyjnymi preparatami kwasów humusowych). Z punktu widzenia składu substancji humusowych w wodach powierzchniowych (gdzie dominują kwasy fulwowe), uzasadniona jest weryfikacja tych efektów w środowisku wód naturalnych. W drugiej części artykułu przedstawiono wyniki badań dotyczące efektów stosowania pola ultradźwiękowego o dużym natężeniu i stałej częstotliwości 20 kHz. Substratem badań była woda powierzchniowa rzeczna pobrana z dwóch źródeł. Testy laboratoryjne prowadzono przy zmiennym czasie nadźwiękowiania i różnej amplitudzie drgań. Kontrolę zmian zanieczyszczenia organicznego wody zapewniały głównie analizy wskaźnika OWO. Na początku eksperymentu i po zastosowaniu badanych metod onochemicznych, wykonywano oznaczenia wybranych parametrów: OWO (TOC), RWO (DOC), utlenialności, UV254 i pH. Na ich podstawie oceniano efekty procesu w zależności od zmiennych parametrów ultradźwiękowych.