Ultrasoon

Het bedrijf Aqua-D&S is sinds kort actief op de markt met een ultrasoon techniek als een ‘point of entry’ systeem in leidingwaterinstallaties. De techniek is vooral bekend van andere toepassingen, maar nog niet voor legionellabestrijding, waarvoor dit systeem is ontwikkeld.

Ultrasoon geluid is onhoorbaar geluid met een frequentie hoger dan 20 kHz Bij toepassing in water wordt het geluid ingebracht door een transducer. De werking berust op het piézo-elektrisch effect, waarbij een spanningsverandering wordt omgezet in een drukverandering en andersom. Er bestaan transducers met indirecte werking waarbij eerst een wand in trilling wordt gebracht. Er zijn er ook met directe werking waarbij water direct in contact staat met de ‘neus’ van de transducer. De transducer wordt gevoed via een elektrische kabel en generator waarop het vermogen, de frequenties en de werkingstijden kunnen worden ingesteld.

Toepassingen
Ultrasoon techniek kent veel toepassingen, zoals reiniging van vervuilde onderdelen, ultrasone bevochtiging en bacterievrij houden van koeltorens en het in beeld brengen van organen in het lichaam (sonography). Het wordt toegepast in de tuinbouw om reservoirs algen- en bacterievrij te houden. Sinds kort wordt in pilotprojecten getest of het kan worden toegepast in leidingwaterinstallaties.

Bacteriedodende werking
In een studie van de Universiteit Utrecht uit 2007 zijn 45 wetenschappelijke rapporten onderzocht en de conclusies luiden samengevat:
• Bacteriën worden over het algemeen zeer effectief gedood door sonicatie en cavitatie.
• Een combinatie met een andere techniek kan “zeer effectief” zijn.
• De toepassing van ultrasoon techniek kan leiden tot vermindering van het gebruik van chemicaliën.
Door de onderzoekers in deze studie wordt er altijd van uitgegaan dat er ‘cavitatie’ wordt opgewekt. Er zijn ook toepassingen waarbij men succes zegt te boeken zonder cavitatie.

Cavitatie
Cavitatie is het imploderen van zeer kleine dampbellen. Hoe hoger de geluidsintensiteit is des te heftiger is de cavitatie. Heftige cavitatie is nodig om voorwerpen goed en snel te kunnen reinigen en bacteriën heel snel te laten sterven. Is de cavitatie te heftig dan kunnen metalen oppervlakken beschadigen. Bij het imploderen kunnen microjets ontstaan met zeer hoge snelheden (240 m/s), temperaturen (5000 K) en drukken (1000 bar). Daardoor worden membranen van bacteriën beschadigd.

Uitbreiding
In een reservoir met een transducer direct onder het wateroppervlak verspreidt het geluid zich in het water en de geluidintensiteit zal ongeveer kwadratisch afnemen met een verdubbeling van de afstand (6 dB). In een waterleiding kan het geluid zich maar in één richting verspreiden waardoor het intensiteitsniveau veel minder afneemt dan in een reservoir. De demping is ongeveer 0,3 dB per meter. Na 10 meter is dit 3 dB ofwel een halvering van de geluidsintensiteit. In een leidingsysteem zitten meestal T-stukken en soms verwijdingen (bijvoorbeeld een boiler). Daar wordt het aldaar heersende geluidsvermogen verspreid over een groter oppervlak en zal de geluidsintensiteit extra afnemen.

Laag vermogen
Er zijn ook ultrasoon technieken op de markt die geen cavitatie vereisen op de plaatsen waar het ultrageluid haar werk moet doen. Voorbeelden zijn systemen voor reservoirs in de tuinbouw, visvijvers en sinds kort ook in leidingwaterinstallaties. De hier gebruikte transducers hebben een relatief laag vermogen (< 100 Watt) en moeten daarom zeer lang (maanden) in werking zijn (liefst continu) om uiteindelijk een effect te laten zien op het algengroei en biofilm. De werking is bevestigd met slechts enkele wetenschappelijke onderzoeken. Leveranciers melden op internet positieve ervaringen, maar sommigen geven ook aan dat lang niet in alle situaties succes verzekerd is. Een aantal biedt een “no cure no pay” arrangement.

Koeltorens
Voor de beheersing van de microbiologische groei in koeltorens wordt veelal gebruik gemaakt van chemicaliën die slecht zijn voor het milieu. Met ultrasoon techniek is het mogelijk om het gebruik ervan te beperken. Het ultrasoon systeem voor koeltorens bestaat al meer dan 15 jaar. De werking voor een groot watervolume is traag. Vandaar dat het sinds 2016 wordt gecombineerd met een UV-C-techniek (UV = ultraviolet). Het koelwater wordt in ‘sidestream’ langs een transducer geleid die ultrasone geluidsgolven uitzendt en aldaar cavitatie veroorzaakt met als gevolg een stressreactie van bacteriën. Daarnaast wordt het water geforceerd langs UV-C-lampen geleidt. Op deze manier wordt het DNA in de passerende bacteriën beschadigd. Dit zorgt ervoor dat de biofilm verderop in het systeem wordt aangepakt en de kans op legionellagroei vermindert.
Bij opstart van het systeem na lange stilstand zijn wel chemicaliën nodig.

Op de leiding
In 2018 heeft H2O-Technics het idee ontwikkeld om ultrasoon techniek voor legionellapreventie in leidingwaterinstallaties te gaan toepassen. Het bedrijf heeft daarvoor prijzen en nominaties in de wacht gesleept en er zijn artikelen aan gewijd in diverse vakbladen, waaronder Installateurszaken. Een transducer met een relatief hoog vermogen wordt aan het begin van de leidingwaterinstallatie geplaatst en veroorzaakt aldaar cavitatie. Het was de intentie om het concept verder uit te werken met hulp van adviesbureau IF Technology, waterbedrijf Dunea en TU-Delft. Het is echter niet tot uitvoering ervan gekomen. Het bedrijf H2O-Technics bestaat inmiddels niet meer.

In de leiding
Sinds kort is door Aqua D&S een frequentietechniek op de markt gebracht die bedoeld is om biofilmvorming en dus ook legionellagroei te voorkomen in leidingwaterinstallaties.
De transducer met een beperkt geluidsvermogen van 20 Watt wordt in een T-stuk in de leiding geplaatst. De generator levert verschillende frequenties in bepaalde tijdsblokken. Volgens de leverancier is het een systeem zonder cavitatie.

Toelichting
De toelaatbare leidinglengte na de transducer tot aan het verste tappunt is gelimiteerd tot circa 100 m. Dit resulteert in een afname van het intensiteitsniveau met 30 dB, ofwel een afname van de intensiteit met een factor 1000. Bij grotere lengtes moeten dus meer transducers worden geplaatst. Bij deze frequentietechniek zonder cavitatie moet de transducer langdurig werken om effect te hebben, het liefst continu. Een probleem dat daarbij opdoemt, is dat de leidingdelen na mengkranen niet of slechts kort worden blootgesteld aan de hoogfrequente geluidstrillingen. De leverancier heeft de techniek inmiddels geplaatst bij een tiental pilotprojecten. De resultaten van de maandelijkse monsternames zijn wisselend maar hoopgevend, maar zeker nog niet zodanig dat je kunt spreken van een beproefde alternatieve techniek. Daarvoor zijn meer pilotprojecten nodig 

Auteur: Ing. O.W.W. (Oscar) Nuijten (Edu4Install)