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微納米氣泡發(fā)生器說(shuō)明書

一、微納米氣泡技能的開(kāi)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(kāi)端了關(guān)于毫米級(jí)氣泡在液體中生成、上升進(jìn)程的研討。上個(gè)世紀(jì)50年代，在化工范疇開(kāi)端了對(duì)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(jìn)了化工機(jī)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(jìn)物質(zhì)移動(dòng)，增進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速度的關(guān)鍵技能，但在其時(shí)沒(méi)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(kāi)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(jí)的氣泡。

 二、微納米氣泡的界說(shuō)

 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(jìn)程中都能遇到，當(dāng)氣體在液體中遭到剪切力的作用時(shí)就會(huì)構(gòu)成巨細(xì)、形狀各不相同的氣泡。現(xiàn)在，對(duì)氣泡的分類與界說(shuō)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(shí)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(guò)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(shuō)，在總體積不變（V不變）的情況下，氣泡總的外表積與單個(gè)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(wàn)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(huì)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(huì)遭到0.3個(gè)大氣壓的壓力，而直徑1μm的氣泡會(huì)受高達(dá)3個(gè)大氣壓的壓力。微納米氣泡在水中的溶解是一個(gè)氣泡逐漸縮小的進(jìn)程，壓力的上升會(huì)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(huì)變的越來(lái)越快，然后終究溶解到水中，理論上氣泡行將消失時(shí)的所受壓力為無(wú)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(jiǎn)單接受H+和OH-的特色，并且一般陽(yáng)離子比陰離子更簡(jiǎn)單離開(kāi)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(jià)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(shì)差常使用ζ電位來(lái)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(shí)，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?yàn)闅庖航缑嫦У膭×腋膭?dòng)，界面上集聚的高濃度離子將積儲(chǔ)的化學(xué)能一會(huì)兒釋放出來(lái)，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(qiáng)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(duì)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(jìn)程中比傳統(tǒng)氣泡具有顯著優(yōu)勢(shì)。當(dāng)氣泡直徑較小時(shí)，微氣泡界面處的外表張力對(duì)氣泡特性的影響體現(xiàn)得較為顯著。這時(shí)外表張力對(duì)內(nèi)部氣體發(fā)作了緊縮作用，使得微氣泡在上升進(jìn)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(wú)限縮小，氣泡界面的比外表積也隨之無(wú)限增大，終究因?yàn)楸旧碓鰤盒?yīng)可導(dǎo)致內(nèi)部氣壓增大到無(wú)限大。因而，微氣泡在其體積縮短進(jìn)程中，因?yàn)楸韧獗矸e及內(nèi)部氣壓地不斷增大，使得更多的氣體穿過(guò)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(lái)越顯著，終究?jī)?nèi)部壓力到達(dá)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(jìn)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(qiáng)，并且這種特性使得微氣泡即使在水體中氣體含量到達(dá)過(guò)飽滿條件時(shí)，仍可繼續(xù)進(jìn)行氣體的傳質(zhì)進(jìn)程并堅(jiān)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(jìn)程中逐漸縮小成納米級(jí)，終究消減湮滅溶入水中，然后能夠大大進(jìn)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(dá)飽滿溶解度以上。而微納米氣泡因?yàn)槠鋬?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(guò)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(jìn)行結(jié)構(gòu)規(guī)劃的發(fā)作器，在進(jìn)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(huì)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(shí)，因?yàn)閲娍谔幓旌蠚庖旱某叩男D(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?gòu)?qiáng)力的剪切及高頻率的壓力變化，構(gòu)成人工極點(diǎn)條件，在這種條件下生成許多微米、納米級(jí)氣泡的一起具有打碎聚合分子團(tuán)，構(gòu)成小分子團(tuán)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(qiáng)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(guò)85%，溶解氧濃度能夠到達(dá)飽滿濃度以上，并且微納米氣泡是以氣泡的辦法長(zhǎng)期（上升速度6cm/分鐘）存留在水中，能夠跟著溶解氧的耗費(fèi)不斷地向水中彌補(bǔ)活性氧，為處理污水的微生物供給了足夠的活性氧、強(qiáng)氧化性離子團(tuán)，并確保了活性氧足夠的反應(yīng)時(shí)間，由微納米氣泡處理過(guò)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(lái)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(kāi)展，在這種環(huán)境下，水體中高度溶氧的操控對(duì)魚的健康及成長(zhǎng)來(lái)說(shuō)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(xiàng)革命性的立異，能夠大大進(jìn)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(zhǎng)及增強(qiáng)免疫力的作用。

在日本廣島的牡蠣飼養(yǎng)場(chǎng)中的實(shí)驗(yàn)證明，微納米氣泡能夠促進(jìn)牡蠣血液循環(huán)，進(jìn)步成長(zhǎng)速度，并增強(qiáng)免疫力，下降飼養(yǎng)本錢。在日本的愛(ài)知萬(wàn)國(guó)飽覽會(huì)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(shí)驗(yàn)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(duì)鹽分的改動(dòng)十分敏感的海水魚，鯉魚是淡水魚，如果在沒(méi)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(jì)的。

 2.無(wú)土培養(yǎng)

 生態(tài)農(nóng)業(yè)：在水培植物出產(chǎn)進(jìn)程中，水中溶氧量是影響成長(zhǎng)發(fā)育速度的重要因子，溶氧足夠成長(zhǎng)就快，溶氧度低不只成長(zhǎng)慢，并且低至植物所需溶氧的臨界值以下，還會(huì)呈現(xiàn)缺氧爛根，所以在出產(chǎn)上以進(jìn)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(jìn)步作為其形式的可行性保證，但凡能讓水中溶氧進(jìn)步的技能辦法，都是增進(jìn)植物成長(zhǎng)與促進(jìn)發(fā)育的增產(chǎn)辦法。在未來(lái)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(lái)添加水中溶氧量，進(jìn)步作物根際氧含量，促進(jìn)根系成長(zhǎng)，進(jìn)而添加產(chǎn)值，并進(jìn)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(duì)灌溉水進(jìn)行曝氣處理，能夠使溶氧值敏捷到達(dá)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(jìn)植物的成長(zhǎng)發(fā)育。

 3.果蔬清洗

 機(jī)能性的微納米臭氧氣泡水能夠完成無(wú)害化的非熱滅菌，既能堅(jiān)持其株型與原質(zhì)，又能夠到達(dá)無(wú)菌化的意圖。臭氧具有強(qiáng)氧化性，可與蔬菜、生果中的殘留有機(jī)磷農(nóng)藥發(fā)作反應(yīng)，強(qiáng)氧化劑或自由基的強(qiáng)氧化作用可將農(nóng)藥分子的雙鍵斷開(kāi)，苯環(huán)開(kāi)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(wú)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(dá)解毒意圖。與一般的臭氧水比較，對(duì)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(huì)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(kāi)端增大至微米級(jí)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(jué)。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(bǔ)皮膚、推遲老化，到達(dá)高氧療法之功效。并且沒(méi)有任何添加劑，契合現(xiàn)代人對(duì)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(duì)動(dòng)植物都具有促進(jìn)生物活性的作用。這是因?yàn)?/span>微納米氣泡在水中存在時(shí)間長(zhǎng)，內(nèi)部承載氣體釋放到水中的進(jìn)程較慢，因而可完成對(duì)承載氣體的充分使用，供給足夠的活性氧以促進(jìn)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(shí)，跟著氣泡內(nèi)溶解氧的耗費(fèi)不斷向水中彌補(bǔ)活性氧，可增強(qiáng)水中好氧微生物、浮游生物以及水生動(dòng)物的生物活性，加快其對(duì)水體及底泥中污染物的生物降解進(jìn)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(shí)間長(zhǎng)、溶解功率高，并具有自增氧、帶負(fù)電荷和富含強(qiáng)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(duì)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(duì)COD、氨氮及總磷也具有較好的去除作用。

 難降解有機(jī)污染物的強(qiáng)化分化

 微納米氣泡決裂時(shí)釋放出的羥基自由基，可氧化分化許多有機(jī)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(qiáng)氧化手法進(jìn)行協(xié)同作用，如紫外線、純氧以及臭氧等強(qiáng)氧化手法，以更好地發(fā)揮對(duì)廢水中有機(jī)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(fèi)的首要本源，如果船只阻力下降了，主機(jī)耗費(fèi)的能量就下降，船只能源耗費(fèi)天然就下降了，一起，下降船只阻力在主機(jī)功率耗費(fèi)不變的情況下，能夠顯著進(jìn)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(duì)成熟的下降船只沖突阻的技能，首要是在規(guī)劃船體時(shí)，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(guò)改動(dòng)邊界層內(nèi)流體的結(jié)構(gòu)，以完成下降阻力的作用，來(lái)到達(dá)節(jié)約能源的意圖。對(duì)與肥大型低速船只來(lái)說(shuō)，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(shí)船實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)已很好的得到了驗(yàn)證，氣泡減阻技能有很大的開(kāi)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(jì)、軍事價(jià)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(guó)遍及關(guān)注的問(wèn)題。在近幾十年內(nèi)，國(guó)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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(lái)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(shí)科技水平的約束，很難完成。跟著科技水平的不斷提高，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)氣泡減阻技能進(jìn)行了許多的理論和實(shí)驗(yàn)研討，成果大部分標(biāo)明運(yùn)用微納米氣泡減阻技能來(lái)下降沖突阻力十分顯著。