發(fā)布時(shí)間:2019-03-06 瀏覽量:2741
氣體通入水中構(gòu)成氣泡是一件十分常見(jiàn)可是卻很有意思的工作,尤其是氣泡標(biāo)準(zhǔn)不斷縮小今后,氣泡能夠表現(xiàn)出一系列有趣的特性。
眾所周知,氣體的密度小于液體,當(dāng)氣泡出現(xiàn)在水中的時(shí)分,因?yàn)楦×Φ淖饔脷馀輹?huì)緩慢上升直到升到水面。科學(xué)研討標(biāo)明,氣泡標(biāo)準(zhǔn)越大受到的浮力就越強(qiáng),氣泡上升速度越快。在理論上能夠經(jīng)過(guò)斯托克斯公式進(jìn)行核算。可是但氣泡標(biāo)準(zhǔn)減小的時(shí)分,氣泡上升速度顯著減慢,乃至能夠在水中逗留數(shù)分鐘之久。氣泡逗留時(shí)間長(zhǎng)了,與液體間的觸摸就愈加充沛,此外還對(duì)氣泡的隨同功能有顯著的提高。
2,氣泡比表面積增加
3,氣泡內(nèi)壓增大
4,對(duì)水中顆粒物油狀物夾藏作用增強(qiáng)
5,其他特性
最終說(shuō)一說(shuō)微氣泡是如何發(fā)作的,首要定性一點(diǎn),就是現(xiàn)在所有的氣體散布設(shè)備均無(wú)法發(fā)作微氣泡,這是因?yàn)槌R?guī)氣體散布設(shè)備開(kāi)孔都在毫米級(jí),試驗(yàn)室能夠得到最小的氣體散布設(shè)備,氣散布口標(biāo)準(zhǔn)都在百微米級(jí),這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氣泡因?yàn)闅馀菥鄄⒌脑颍馀輹?huì)自發(fā)構(gòu)成大氣泡,最終得到毫米等級(jí)的氣泡。此外還有射流混合,即使用文丘里管進(jìn)行氣液混合,相關(guān)研討標(biāo)明在不添加發(fā)泡劑的情況下,盡管文丘里管喉管內(nèi)的氣泡何以達(dá)到幾十微米,可是在擴(kuò)散段仍不可避免的發(fā)作氣泡合并現(xiàn)象。
現(xiàn)在市面上常見(jiàn)的微納米氣泡發(fā)作器均歸于高剪切發(fā)作器,選用動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的高速剪切設(shè)備,將氣液混合物內(nèi)的氣泡切碎,因?yàn)檫@些構(gòu)件的強(qiáng)大剪切力,能夠?qū)馀萸兴橹翈资{米到幾微米,最終構(gòu)成微納米氣泡。這種方法能耗較大,但卻是現(xiàn)有僅有發(fā)作微氣泡的方法。
首先,說(shuō)一說(shuō)微納米氣泡的特性。
氣體通入水中形成氣泡是一件非常常見(jiàn)但是卻很有意思的事情,尤其是氣泡尺度不斷縮小以后,氣泡能夠表現(xiàn)出一系列有趣的特性。
1,氣泡的伴隨性能提高
眾所周知,氣體的密度小于液體,當(dāng)氣泡出現(xiàn)在水中的時(shí)候,由于浮力的作用氣泡會(huì)緩慢上升直到升到水面。科學(xué)研究表明,氣泡尺寸越大受到的浮力就越強(qiáng),氣泡上升速度越快。在理論上可以通過(guò)斯托克斯公式進(jìn)行計(jì)算。但是但氣泡尺寸減小的時(shí)候,氣泡上升速度明顯減慢,甚至可以在水中停留數(shù)分鐘之久。氣泡停留時(shí)間長(zhǎng)了,與液體間的接觸就更加充分,此外還對(duì)氣泡的伴隨性能有顯著的提高。
氣泡在液體中的運(yùn)動(dòng)分為兩種,一種是氣泡的上浮,由密度差導(dǎo)致。另外一種就是氣泡隨著液體的流動(dòng),也就是液體對(duì)氣泡有曳力。一般情況下,氣泡體積較大,前一種運(yùn)動(dòng)占據(jù)主導(dǎo)。但前面說(shuō)了,氣泡體積減小后前一種作用力減弱,后一種作用力占據(jù)主導(dǎo)地位。這就表現(xiàn)為微納米氣泡很容易隨著水流流動(dòng)。
2,氣泡比表面積增加
氣泡體積越小,單位體積氣泡面積就越高,10微米的氣泡與1毫米的氣泡相比較,在一定體積下前者的比外表積是后者的100倍。空氣和水的觸摸面積就增加了100倍,我們知道對(duì)于任何傳質(zhì)過(guò)程來(lái)說(shuō),比表面積越大傳質(zhì)過(guò)程越迅速,二者是成正比的,因此對(duì)于氣體吸收與氣體溶解過(guò)程,前者比后者快100倍。在水處理中可以用于生化處理的曝氣與臭氧氧化等通氣過(guò)程。
3,氣泡內(nèi)壓增大
為了形成氣泡,氣泡在水中需要滿足一個(gè)平衡關(guān)系,那就是氣泡內(nèi)壓力必須等于水壓與水對(duì)氣泡表面張力產(chǎn)生的補(bǔ)充壓力。而這個(gè)壓力與氣泡直徑呈現(xiàn)反相關(guān),氣泡越小表面張力產(chǎn)生的補(bǔ)充壓力越大。在氣泡尺寸較大的情況下,水壓遠(yuǎn)大于補(bǔ)充壓力,但是隨著氣泡減小后者明顯增大。這導(dǎo)致在一些情況下,微氣泡內(nèi)部的壓力可以達(dá)到幾十個(gè)大氣壓。當(dāng)然在微氣泡維持正常形態(tài)的時(shí)候這種壓力得不到釋放沒(méi)有任何問(wèn)題。可是一旦微氣泡收到剪切破裂會(huì)潰滅,這種壓力瞬間釋放可以形成超高速的微射流和局部的超高溫。一個(gè)眾所周知的例子就是所謂泵的空蝕,如果水泵中存在微小氣泡由于這種效應(yīng)就會(huì)導(dǎo)致泵葉片的損壞。但是對(duì)于廢水處理這卻有可能是一種有利的效應(yīng)。有一種理論認(rèn)為,這樣的局部高溫高壓條件可以將污染物的分子鏈打斷,達(dá)到降解有機(jī)物甚至殺滅水中細(xì)菌的目的。
通常我們可以采用氣浮的方法去除水中的顆粒物與油狀物,這種原理類(lèi)似于夾帶,氣泡與顆粒物結(jié)合,裹挾著顆粒物上升到達(dá)水面。而氣泡越細(xì)微,顆粒物就更容易與氣泡親和,同時(shí)氣泡越小可以?shī)A帶的顆粒物越小,可以浮選更多物質(zhì),因此微氣泡氣浮可以達(dá)到更好的去除效果,這一原理目前已經(jīng)在環(huán)保領(lǐng)域得到應(yīng)用。
5,其他特性
此外還有文獻(xiàn)報(bào)道微氣泡有其他的特性,比如說(shuō)帶有表面電荷等等,目前來(lái)看這些特性還沒(méi)有得到確切的證實(shí)。從目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,采用微氣泡進(jìn)行廢水處理主要還是利用氣浮原理,同時(shí)可以增加水體內(nèi)溶氧有利于生化過(guò)程或者其他氣液混合過(guò)程。而微氣泡潰滅過(guò)程中產(chǎn)生的局部高溫與局部高壓,目前來(lái)看沒(méi)有證據(jù)證明其可以處理水中的有機(jī)物。理論上是可行的,也有一些實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)這一點(diǎn),可是重新分析這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以后,我認(rèn)為目前的研究數(shù)據(jù)都不太可靠,這一機(jī)理目前還只是噱頭。個(gè)人認(rèn)為,實(shí)際上在廢水處理過(guò)程中,微氣泡可以發(fā)生但沒(méi)有潰滅條件,因此難以利用這一特點(diǎn)處理廢水。
最后說(shuō)一說(shuō)微氣泡是如何發(fā)生的,首先定性一點(diǎn),就是目前所有的氣體分布裝置均無(wú)法產(chǎn)生微氣泡,這是由于常規(guī)氣體分布裝置開(kāi)孔都在毫米級(jí),實(shí)驗(yàn)室可以得到最小的氣體分布裝置,氣分布口尺度都在百微米級(jí),這個(gè)尺寸的氣泡由于氣泡聚并的原因,小氣泡會(huì)自發(fā)形成大氣泡,最后得到毫米等級(jí)的氣泡。此外還有射流混合,即利用文丘里管進(jìn)行氣液混合,相關(guān)研究表明在不添加發(fā)泡劑的情況下,雖然文丘里管喉管內(nèi)的氣泡何以達(dá)到幾十微米,但是在擴(kuò)散段仍不可避免的發(fā)生氣泡合并現(xiàn)象。
目前市面上常見(jiàn)的微納米氣泡發(fā)生器均屬于高剪切發(fā)生器,采用動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的高速剪切裝置,將氣液混合物內(nèi)的氣泡切碎,由于這些構(gòu)件的強(qiáng)大剪切力,可以將氣泡切碎至幾十納米到幾微米,最終形成微納米氣泡。這種方式能耗較大,但卻是現(xiàn)有唯一發(fā)生微氣泡的方法。
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