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微納米氣泡發(fā)生器說明書

一、微納米氣泡技能的開展前史

 早在19世紀(jì)，研討者們就現(xiàn)已使用流體力學(xué)和物理學(xué)開端了關(guān)于毫米級氣泡在液體中生成、上升進程的研討。上個世紀(jì)50年代，在化工范疇開端了對氣泡和液滴的研討。這以后，兩相流（氣液、液液）特別是氣液分散相的根底現(xiàn)象的研討成果，極大地促進了化工機械的大/規(guī)劃使用。氣泡的微細(xì)化是化學(xué)工業(yè)中促進物質(zhì)移動，增進化學(xué)反應(yīng)速度的關(guān)鍵技能，但在其時沒有呈現(xiàn)能夠使用于化工范疇的微納米氣泡發(fā)作技能和手法。

 微納米氣泡發(fā)作技能是20世紀(jì)90年代后期發(fā)作的，21世紀(jì)初在日本得到了蓬勃的開展，其制作辦法包含旋回剪切、加壓溶解、電化學(xué)、微孔加壓、混合射流等辦法，均可在必定條件下發(fā)作微納米級的氣泡。

 二、微納米氣泡的界說

 一般我們把氣體在液體中的存在現(xiàn)象稱作氣泡。氣泡的構(gòu)成現(xiàn)象，在天然界中的許多進程中都能遇到，當(dāng)氣體在液體中遭到剪切力的作用時就會構(gòu)成巨細(xì)、形狀各不相同的氣泡。現(xiàn)在，對氣泡的分類與界說并不是十分嚴(yán)厲，依照從大到小的次序可分為厘米氣泡（CMB）、毫米氣泡（MMB）、微米氣泡（MB）、微納米氣泡（MNB）、納米氣泡（NB）。所謂的微納米氣泡，是指氣泡發(fā)作時直徑在10微米左右到數(shù)百納米之間的氣泡，這種氣泡是介于微米氣泡和納米氣泡之間，具有慣例氣泡所不具有的物理與化學(xué)特性。



 三、微納米氣泡的特性

 1.比外表積大

 氣泡的體積和外表積的聯(lián)系能夠經(jīng)過公式標(biāo)明。氣泡的體積公式為V=4π/3r3，氣泡的外表積公式為A=4πr2，兩公式兼并可得A=3V/r，即V總=n·A=3V總/r。也就是說，在總體積不變（V不變）的情況下，氣泡總的外表積與單個氣泡的直徑成反比。根據(jù)公式，10微米的氣泡與1毫米的氣泡比較較，在必定體積下前者的比外表積理論上是后者的100倍。空氣和水的觸摸面積就添加了100倍，各種反應(yīng)速度也添加了100倍。



 2.上升速度慢

 根據(jù)斯托克斯規(guī)律，氣泡在水中的上升速度與氣泡直徑的平方成正比。氣泡直徑越小則氣泡的上升速度越慢。從氣泡上升速度與氣泡直徑的聯(lián)系圖可知，氣泡直徑1mm的氣泡在水中上升的速度為6m/min，而直徑10μm的氣泡在水中的上升速度為3mm/min，后者是前者的1/2000。如果考慮到比外表積的添加，微納米氣泡的溶解才能比一般空氣添加20萬倍。




 3.本身增壓溶解

 水中的氣泡四周存有氣液界面，而氣液界面的存在使得氣泡會遭到水的外表張力的作用。關(guān)于具有球形界面的氣泡，外表張力能緊縮氣泡內(nèi)的氣體，然后使更多的氣泡內(nèi)的氣體溶解到水中。根據(jù)楊-拉普拉斯方程， ?P=2σ/r,?P代表壓力上升的數(shù)值，σ代表外表張力，r代表氣泡半徑。直徑在0.1mm以上的氣泡所受壓力很小能夠疏忽，而直徑10μm的細(xì)小氣泡會遭到0.3個大氣壓的壓力，而直徑1μm的氣泡會受高達3個大氣壓的壓力。微納米氣泡在水中的溶解是一個氣泡逐漸縮小的進程，壓力的上升會添加氣體的溶解速度，伴跟著比外表積的添加，氣泡縮小的速度會變的越來越快，然后終究溶解到水中，理論上氣泡行將消失時的所受壓力為無限大。



 4.外表帶電

 純水溶液是由水分子以及少數(shù)電離生成的H+和OH-組成，氣泡在水中構(gòu)成的氣液界面具有簡單接受H+和OH-的特色，并且一般陽離子比陰離子更簡單離開氣液界面，而使界面常帶有負(fù)電荷。現(xiàn)已帶上電荷的外表一般傾向于吸附介質(zhì)中的反離子，特別是高價的反離子，然后構(gòu)成安穩(wěn)的雙電層。微氣泡的外表電荷發(fā)作的電勢差常使用ζ電位來表征，ζ電位是決議氣泡界面吸附性能的重要因素。當(dāng)微納米氣泡在水中縮短時，電荷離子在十分狹小的氣泡界面上得到了快速濃縮富集，體現(xiàn)為ζ電位的顯著添加，到氣泡決裂前在界面處可構(gòu)成十分高的ζ電位值。



 5.發(fā)作許多自由基

 微氣泡決裂瞬間，因為氣液界面消失的劇烈改動，界面上集聚的高濃度離子將積儲的化學(xué)能一會兒釋放出來，此刻可激起發(fā)作許多的羥基自由基。羥基自由基具有超高的氧化復(fù)原電位，其發(fā)作的超強氧化作用可降解水中正常條件下難以氧化分化的污染物如苯酚等，完成對水質(zhì)的凈化作用。

 6.傳質(zhì)功率高

 氣液傳質(zhì)是許多化學(xué)和生化工藝的限速步驟。研討標(biāo)明，氣液傳質(zhì)速率和功率與氣泡直徑成反比，微氣泡直徑極小， 在傳質(zhì)進程中比傳統(tǒng)氣泡具有顯著優(yōu)勢。當(dāng)氣泡直徑較小時，微氣泡界面處的外表張力對氣泡特性的影響體現(xiàn)得較為顯著。這時外表張力對內(nèi)部氣體發(fā)作了緊縮作用，使得微氣泡在上升進程中不斷縮短并體現(xiàn)出本身增壓效應(yīng)。從理論上看，跟著氣泡直徑的無限縮小，氣泡界面的比外表積也隨之無限增大，終究因為本身增壓效應(yīng)可導(dǎo)致內(nèi)部氣壓增大到無限大。因而，微氣泡在其體積縮短進程中，因為比外表積及內(nèi)部氣壓地不斷增大，使得更多的氣體穿過氣泡界面溶解到水中，且跟著氣泡直徑的減小外表張力的作用作用也越來越顯著，終究內(nèi)部壓力到達必定極限值而導(dǎo)致氣泡界面決裂消失。因而，微氣泡在縮短進程中的這種本身增壓特性，可使氣液界面處傳質(zhì)功率得到持續(xù)增強，并且這種特性使得微氣泡即使在水體中氣體含量到達過飽滿條件時，仍可繼續(xù)進行氣體的傳質(zhì)進程并堅持高效的傳質(zhì)功率。

 7.氣體溶解率高

 微納米氣泡具有上升速度慢、本身增壓溶解的特色，使得微納米氣泡在緩慢的上升進程中逐漸縮小成納米級，終究消減湮滅溶入水中，然后能夠大大進步氣體（空氣、氧氣、臭氧、二氧化碳等）在水中的溶解度。關(guān)于一般氣泡，氣體的溶解度往往受環(huán)境壓力的影響和約束存在飽滿溶解度。在規(guī)范環(huán)境下，氣體的溶解度很難到達飽滿溶解度以上。而微納米氣泡因為其內(nèi)部的壓力高于環(huán)境壓力，使得以大氣壓為假定條件核算的氣體過飽滿溶解條件得以打破。

 四、微納米氣泡的發(fā)作辦法

 旋回式氣液混合型微納米氣泡發(fā)作技能是依照流體力學(xué)核算為根據(jù)進行結(jié)構(gòu)規(guī)劃的發(fā)作器，在進入發(fā)作器的氣液混合流體在壓力作用下高速旋轉(zhuǎn)，并在發(fā)作器的中部構(gòu)成負(fù)壓軸，使用負(fù)壓軸的吸力可將液體中混合的氣體或許外部接入的氣體會集到負(fù)壓軸上，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的液體和氣體在恰當(dāng)?shù)膲毫ο聫奶貏e規(guī)劃的噴射口噴出時，因為噴口處混合氣液的超高的旋轉(zhuǎn)速度與氣液密度比（1:1000）的力學(xué)上的相乘作用，在氣液觸摸界面間發(fā)作高速強力的剪切及高頻率的壓力變化，構(gòu)成人工極點條件，在這種條件下生成許多微米、納米級氣泡的一起具有打碎聚合分子團，構(gòu)成小分子團活性水的作用，并能夠?qū)⑿〔糠炙肿与婋x分化，能夠在微納米氣泡空間中發(fā)作活性氧、氧離子、氫離子和氫氧離子等自由基離子，特別氫氧自由基有超高的復(fù)原電位，具有超強氧化作用能夠分化水中正常條件下也難以分化的污染物，完成水質(zhì)的凈化。微納米氣泡在水中的溶解率超過85%，溶解氧濃度能夠到達飽滿濃度以上，并且微納米氣泡是以氣泡的辦法長期（上升速度6cm/分鐘）存留在水中，能夠跟著溶解氧的耗費不斷地向水中彌補活性氧，為處理污水的微生物供給了足夠的活性氧、強氧化性離子團，并確保了活性氧足夠的反應(yīng)時間，由微納米氣泡處理過的水的凈化才能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然條件下的自凈才能。



 五、微納米氣泡的使用

 1.水產(chǎn)飼養(yǎng)

 在工廠化漁業(yè)的飼養(yǎng)上，特別是未來漁業(yè)的陸基飼養(yǎng)技能，大多是往高密度的集約化方向開展，在這種環(huán)境下，水體中高度溶氧的操控對魚的健康及成長來說是至關(guān)重要的一環(huán)，選用超纖細(xì)泡技能以替代傳統(tǒng)的增氧辦法，將是一項革命性的立異，能夠大大進步魚的活性與產(chǎn)值，是飼養(yǎng)業(yè)走向工廠化的有力保證，并且微納米氣泡具有影響生物成長及增強免疫力的作用。

在日本廣島的牡蠣飼養(yǎng)場中的實驗證明，微納米氣泡能夠促進牡蠣血液循環(huán)，進步成長速度，并增強免疫力，下降飼養(yǎng)本錢。在日本的愛知萬國飽覽會上由日本工業(yè)技能研討所展現(xiàn)的淡水魚與海水魚的混合高密度飼養(yǎng)實驗中選用了微納米氣泡技能，成果在鹽分濃度為1%的含有微納米純氧水的水槽中可將鯉魚和鯛混合飼養(yǎng)。鯛是對鹽分的改動十分敏感的海水魚，鯉魚是淡水魚，如果在沒有微納米氣泡存在的條件下，這兩種魚都是很難在1%的鹽水中生計的。

 2.無土培養(yǎng)

 生態(tài)農(nóng)業(yè)：在水培植物出產(chǎn)進程中，水中溶氧量是影響成長發(fā)育速度的重要因子，溶氧足夠成長就快，溶氧度低不只成長慢，并且低至植物所需溶氧的臨界值以下，還會呈現(xiàn)缺氧爛根，所以在出產(chǎn)上以進步水中溶氧作為水培的主體技能，不管是循環(huán)辦法培養(yǎng)形式怎么多樣化，但終究都是為環(huán)繞溶氧的進步作為其形式的可行性保證，但凡能讓水中溶氧進步的技能辦法，都是增進植物成長與促進發(fā)育的增產(chǎn)辦法。在未來的生態(tài)農(nóng)業(yè)技能中，超纖細(xì)氣泡技能必將是不可或缺的配套新技能。

 在設(shè)備園藝和旱地滴灌中，已廣泛選用氣泵充氧等辦法來添加水中溶氧量，進步作物根際氧含量，促進根系成長，進而添加產(chǎn)值，并進步水分和肥料使用功率。可是傳統(tǒng)的充氧辦法功率比較低，難以使灌溉水中溶氧值敏捷添加，使用微納米氣泡快速發(fā)作設(shè)備對灌溉水進行曝氣處理，能夠使溶氧值敏捷到達超飽滿狀態(tài)，構(gòu)成微納米氣泡水用于灌溉。微納米氣泡水不只能夠供給足夠的氧氣，并且其特有的帶電性、氧化性、滅菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促進植物的成長發(fā)育。

 3.果蔬清洗

 機能性的微納米臭氧氣泡水能夠完成無害化的非熱滅菌，既能堅持其株型與原質(zhì)，又能夠到達無菌化的意圖。臭氧具有強氧化性，可與蔬菜、生果中的殘留有機磷農(nóng)藥發(fā)作反應(yīng)，強氧化劑或自由基的強氧化作用可將農(nóng)藥分子的雙鍵斷開，苯環(huán)開環(huán)，損壞其分子結(jié)構(gòu)，生成相應(yīng)的酸、醇、胺或其氧化物等小分子化合物，這些小分子化合物大多無毒，易溶于水，可立刻被洗刷出去。一起臭氧可殺滅外表的各種細(xì)菌和病毒，到達解毒意圖。與一般的臭氧水比較，對去除鮮果、蔬菜上附著的殘留農(nóng)藥有更顯著的作用。

 4.洗浴保健

 微納米氣泡浴：水中如果含有許多的微納米氣泡，就會下降水的透明度，色彩像牛奶一樣發(fā)白，故微納米氣泡浴又稱牛奶浴。水中的氣泡從零開端增大至微米級氣泡而幻滅，發(fā)作的低聲頻率具有去除塵垢的作用，一起低聲頻率更具有影響腦內(nèi)啡的發(fā)作，令人有冷靜與愉悅的感覺。此外，如果水中含有以氧氣發(fā)作的超微氧氣泡，當(dāng)身體浸泡在這種含高氧量的水中，能夠滋補皮膚、推遲老化，到達高氧療法之功效。并且沒有任何添加劑，契合現(xiàn)代人對環(huán)保及健康日子的要求。

 5.生態(tài)修正

 研討發(fā)現(xiàn)富含微納米氧氣氣泡的水對動植物都具有促進生物活性的作用。這是因為微納米氣泡在水中存在時間長，內(nèi)部承載氣體釋放到水中的進程較慢，因而可完成對承載氣體的充分使用，供給足夠的活性氧以促進水中生物的推陳出新活性。向污染的缺氧水域中鼓入微納米氣泡時，跟著氣泡內(nèi)溶解氧的耗費不斷向水中彌補活性氧，可增強水中好氧微生物、浮游生物以及水生動物的生物活性，加快其對水體及底泥中污染物的生物降解進程，完成水質(zhì)凈化意圖。

 6.污水處理

 微納米氣泡是直徑小于50微米的極纖細(xì)氣泡，微納米氣泡在水中上升速度慢、停留時間長、溶解功率高，并具有自增氧、帶負(fù)電荷和富含強氧化性的自由基等特性。這些特色使得微納米氣泡在水處理上具有廣泛的使用遠(yuǎn)景。

懸浮物的吸附去除

 微納米氣泡不只外表電荷發(fā)作的電位高，并且比外表積很大，因而將微納米技能與混凝工藝聯(lián)用在廢水預(yù)處理中，對懸浮物和油類體現(xiàn)出了杰出的吸附作用與高效的去除率，對COD、氨氮及總磷也具有較好的去除作用。

 難降解有機污染物的強化分化

 微納米氣泡決裂時釋放出的羥基自由基，可氧化分化許多有機污染物，現(xiàn)在在難降解廢水處理與污泥處理方面，已體現(xiàn)出了潛在的使用遠(yuǎn)景。為了促使微納米氣泡在水中能夠發(fā)作更多的羥基自由基，常選用其它強氧化手法進行協(xié)同作用，如紫外線、純氧以及臭氧等強氧化手法，以更好地發(fā)揮對廢水中有機污染物的氧化分化作用。

 7.船只減阻

 船只阻力是船只能量耗費的首要本源，如果船只阻力下降了，主機耗費的能量就下降，船只能源耗費天然就下降了，一起，下降船只阻力在主機功率耗費不變的情況下，能夠顯著進步船只的飛行速度。船只阻力首要包含沖突阻力、興波阻力、粘壓阻力，其間沖突阻力要占許多部分。現(xiàn)有相對成熟的下降船只沖突阻的技能，首要是在規(guī)劃船體時，盡可能減小船體上的濕外表積并使船體外表盡量光順。選用氣泡減阻技能的船只統(tǒng)稱為氣泡船，氣泡減阻技能是把空氣通入船底，在船底外表構(gòu)成流體密度較低的氣-水混合兩相流，經(jīng)過改動邊界層內(nèi)流體的結(jié)構(gòu)，以完成下降阻力的作用，來到達節(jié)約能源的意圖。對與肥大型低速船只來說，沖突阻力占總阻力的80%以上，因而減小沖突阻力是很有必要的，微氣泡減阻技能能夠很有用的減小沖突阻力，這在實船實驗中現(xiàn)已很好的得到了驗證，氣泡減阻技能有很大的開展遠(yuǎn)景。跟著關(guān)于氣泡減阻研討的不斷深入，氣泡減阻技能得到了廣泛的認(rèn)同。船只微氣泡減阻研討具有重要的經(jīng)濟、軍事價值。特別在現(xiàn)在節(jié)能減排環(huán)境下，下降船只阻力研討現(xiàn)已成為各國遍及關(guān)注的問題。在近幾十年內(nèi)，國內(nèi)外的研討者們以粘性流體力學(xué)為根底，一方面經(jīng)過實驗來優(yōu)化船型，減小船只的形狀阻力；另一方面則考慮流體的粘性系數(shù)，用粘性系數(shù)低的流體替代粘性系數(shù)高的流體，以減小船體外表沖突阻力。船只氣泡減阻辦法于1876年由勞德首次提出，他設(shè)想在船外表和水之間注入一層氣體，以空氣替代水來與船外表觸摸，以下降船體外表沖突阻力。可是，這一設(shè)想遭到其時科技水平的約束，很難完成。跟著科技水平的不斷提高，國內(nèi)外許多學(xué)者對氣泡減阻技能進行了許多的理論和實驗研討，成果大部分標(biāo)明運用微納米氣泡減阻技能來下降沖突阻力十分顯著。