Trong xử lý nước thải, phân hủy yếm khí là một kỹ thuật thường được sử dụng để xử lý bùn, ổn định chất rắn và tạo ra khí biogas. Tuy nhiên, phân hủy yếm khí thường diễn ra chậm, sự thủy phân các chất hữu cơ dạng hạt trong bùn bị hạn chế, nếu như không có phương pháp giúp quá trình này diễn ra thuận lợi thì sẽ khó khăn trong các công đoạn sau.

Để giải quyết được vấn đề này có thể sử dụng sóng siêu âm để tiền xử lý bùn trước khi phân hủy yếm khí nhằm giúp cho quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ diễn ra nhanh hơn, nâng cao hiệu suất xử lý, rút ngắn thời gian lưu, tiết kiệm được chi phí.

Khi dao động tần số cao của đầu dò siêu âm tác động vào nước, nó sẽ tạo ra các hiệu ứng sau:

• Tác dụng cơ học: Sóng siêu âm gây ra dao động cơ học của các vật liên quan trong quá trình truyền sóng.
• Hiệu ứng nhiệt: Rung động tần số cao có thể làm cho nhiệt độ môi trường tăng lên và năng lượng dao động được chuyển thành nhiệt năng.
• Hiệu ứng tạo khoang: Cavitation là sự nổ của các bong bóng chân không cực nhỏ được tạo ra bởi rung động siêu âm của các đầu dò khi tác động đến môi trường nước. Khi máy tạo sóng siêu âm được kích hoạt, các đầu dò làm cho đáy bể rung động như một lớp màng tạo ra các bong bóng, lớp màng này sẽ phát nổ khi tiếp xúc với các vật thể trong môi trường. Nếu như các chất bẩn trên đồ dùng bị tác động và đánh bật ra khỏi bề mặt thì tảo trong ao bị xé rách, phân thành nhiều mảng nhỏ và khó có thể tiếp tục quá trình sinh sản.
• Hiệu ứng nhiệt phân và gốc tự do: Hơi nước sinh ra do nhân vi bong bóng phân tách và chuỗi ở nhiệt độ cao và áp suất cao tạo ra gốc tự do OH. Khi bong bóng xẹp, OH đi vào nước, OH là chất oxy hóa mạnh. Đối với các chất hữu cơ trong trường siêu âm, bao gồm các chất quan trọng trong cuộc sống như protein và axit nucleic, các phản ứng hóa học có thể diễn ra nhanh chóng dưới tác dụng của các gốc tự do. Nói chung, các hợp chất hữu cơ kỵ nước và dễ bay hơi có thể đi vào bong bóng tạo lỗ để nhiệt phân. Các hợp chất hữu cơ kỵ nước và dễ bay hơi có thể oxy hóa bằng OH tại bề mặt phân cách khí-lỏng của bong bóng cavat hoặc trong dung dịch nước.

Phân hủy nitơ

Sự phân hủy nitơ sinh học diễn ra thông qua quá trình nitrat hóa và khử nitơ. Một quá trình phân huỷ thành công đòi hỏi phải cung cấp thêm một lượng cacbon cho giai đoạn khử nitơ. Thông thường, metanol hoặc một nguồn cacbon bên ngoài khác được thêm vào cho mục đích này. Khi sử dụng sóng siêu âm trong xử lý nước thải, sóng siêu âm phá vỡ sinh khối. Điều này giải phóng các chất bên trong tế bào – hay giải phóng chất mang carbon, nguồn cacsbon này sẽ tham gia vào giai đoạn khử nitơ trong nước thải. Nhờ đó, quá trình phân hủy nitơ sinh học trong nước thải được duy trì. Việc sử dụng sóng siêu âm để phân hủy nitơ đã được thử nghiệm thành công trong thực tế và đã được đưa vào hoạt động tại nhà máy xử lý nước thải thành phố Bünde từ năm 2006.

Khử trùng

Siêu âm cũng có thể được sử dụng để khử trùng các môi trường có độ đục và cô đặc cao, ví dụ như xử lý nước và nước thải- nơi các phương pháp khử trùng bằng clo và UV thực hiện không thành công. Vi trùng bám vào các hạt hoặc vật lơ lửng và dễ dàng thoát khỏi quá trình khử trùng bằng tia UV. Siêu âm có thể được sử dụng để phá vỡ những kết tụ này. Điều này làm quá trình khử trùng bằng UV hay clo đạt hiệu quả cao hơn.