1、微納米氣泡發(fā)展史

上個世紀50年代，在化工領域開始了對氣泡和液滴的研究。其后，兩相流（氣液、液液）特別是氣液分散相的基礎現(xiàn)象的研究成果，極大地促進了化工機械的大規(guī)模應用。氣泡的微細化是化學工業(yè)中促進物質移動，增進化學反應速度的關鍵技術，但在當時尚未出現(xiàn)能夠應用于化工領域的微納米氣泡發(fā)生技術和手段。

微納米氣泡發(fā)生技術是20世紀90年代后期產生的，21世紀初在日本得到了蓬勃的發(fā)展，其制造方法包括旋回剪切、加壓溶解、電化學、微孔加壓、混合射流等方式，均可在一定條件下產生微納米級的氣泡。

2、微納米氣泡的定義

所謂的微納米氣泡，是指氣泡發(fā)生時直徑在50微米左右到幾十納米之間的氣泡，這種氣泡是介于微米氣泡和納米氣泡之間，具有常規(guī)氣泡所不具備的物理與化學特性。

3、微納米氣泡的特性

3.1 、比表面積大

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表面積理論上是后者的100倍?？諝夂退慕佑|面積就增加了100倍，各種反應速度也增加了100倍。

3.2 、上升速度慢

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。

3.3、自身增壓溶解

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受到水的表面張力的作用。對于具有球形界面的氣泡，表面張力能壓縮氣泡內的氣體，從而使更多的氣泡內的氣體溶解到水中。

3.4、表面帶電

純水溶液是由水分子以及少量電離生成的H+和OH-組成，氣泡在水中形成的氣液界面具有容易接受H+和OH-的特點，而且通常陽離子比陰離子更容易離開氣液界面，而使界面常帶有負電荷。已經帶上電荷的表面一般傾向于吸附介質中的反離子，特別是高價的反離子，從而形成穩(wěn)定的雙電層。微氣泡的表面電荷產生的電勢差常利用ζ電位來表征，ζ電位是決定氣泡界面吸附性能的重要因素。當微納米氣泡在水中收縮時，電荷離子在非常狹小的氣泡界面上得到了快速濃縮富集，表現(xiàn)為ζ電位的顯著增加，到氣泡破裂前在界面處可形成非常高的ζ電位值。

3.5、產生大量自由基

微氣泡破裂瞬間，由于氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學能一下子釋放出來，此時可激發(fā)產生大量的羥基自由基。

羥基自由基具有超高的氧化還原電位，其產生的氧化作用可降解水中正常條件下難以氧化分解的污染物如等，實現(xiàn)對水質的凈化作用。

3.6、傳質效率高

氣液傳質是許多化學和生化工藝的限速步驟。研究表明，氣液傳質速率和效率與氣泡直徑成反比，微氣泡直徑極小， 在傳質過程中比傳統(tǒng)氣泡具有明顯優(yōu)勢。

微氣泡在收縮過程中的這種自身增壓特性，可使氣液界面處傳質效率得到持續(xù)增強，并且這種特性使得微氣泡即使在水體中氣體含量達到過飽和條件時，仍可繼續(xù)進行氣體的傳質過程并保持高效的傳質效率。

3.7、氣體溶解率高

微納米氣泡具有上升速度慢、自身增壓溶解的特點，使得微納米氣泡在緩慢的上升過程中逐步縮小成納米級，最后消減湮滅溶入水中，從而能夠大大提高氣體（空氣、氧氣、臭氧、二氧化碳等）在水中的溶解度。

對于普通氣泡，氣體的溶解度往往受環(huán)境壓力的影響和限制存在飽和溶解度。在標準環(huán)境下，氣體的溶解度很難達到飽和溶解度以上。而微納米氣泡由于其內部的壓力高于環(huán)境壓力，使得以大氣壓為假定條件計算的氣體過飽和溶解條件得以打破。

4、微納米氣泡裝置結構與工作原理

該裝置結構簡單，僅由一對帶有螺紋的轉子和定子組成。 當電機帶動轉子旋轉時，轉子螺紋對其槽內介質產生兩方面的作用：一方面攜帶介質克服摩擦阻力作圓周運動，另一方面推動介質沿軸向前進。此時轉子將水和氣自動吸入，介質經過“離式螺旋體”多級擠壓與切割后，產生微納米氣泡排出。

迷宮螺旋體:   是由一對整體全部帶有相同的多頭螺紋且旋向相反的轉子和定子組成 ，轉子和定子之間留有間隙。

5、微納米氣泡發(fā)生裝置 ：目前該設備已標準化生產

ZMWNM-01    H=10m  Q水=1-1.5m³/h   Q空氣=0.1-0.3m³/h     P=1.5Kw

運行出水圖                                      出水后5分鐘

微納米氣泡在顯微鏡下

納米氣泡分析圖

6、微納米氣泡常規(guī)應用

1、環(huán)保行業(yè)：水處理設備中關聯(lián)設施；河湖污染水體增氧、氣浮設備、結合臭氧高效去除COD、生化曝氣、基于納米氣泡臭氧脫色，解決超濾膜污染等。

2、水產行業(yè)：湖泊、水庫及人工魚塘增氧、高密度養(yǎng)殖、高檔水產養(yǎng)殖、活魚運輸等。

3、健康領域：牛奶浴、氣泡水皮膚按摩+清潔、氣泡水美容等。

4、醫(yī)藥行業(yè)：基于納米氣泡技術臭氧殺菌消毒、。

5、農業(yè)行業(yè)：無土栽培、土地澆灌、水氣肥一體澆灌等。

7、微納米氣泡裝置的優(yōu)勢

1、該裝置能夠自動吸進空氣或其它氣體，進氣量在25%左右，少量氣泡在水中存留數月。

2、該裝置制造的氣泡不是直線上升而是擴散分布、氣泡量大、氣泡尺寸以微米為主（介質乳白色）小于50μm和納米氣泡（介質透明）。

3、該氣泡內部壓力大小可以根據具體情況調節(jié)。

4、該裝置1m³空氣增氧效果大約是鼓風曝氣100m³ 左右空氣的增氧效果。

5、該裝置可以在水下數百米深處曝氣增氧。

6、 該裝置用在污水處理項目深度氧化部分，與臭氧結合將COD去除率提高到90%以上。

7、該裝置運行特別可靠平穩(wěn)、結構簡單、維修保養(yǎng)方便和噪音小等。

8、該裝置人工增氧方法是物理法，對環(huán)境。

8、微納米氣泡具體試驗簡介

河湖增氧                           海淀區(qū)國家城市翠湖濕地公園

污水曝氣                                                     中石化濟南分公司

氣浮                                                             中淼環(huán)境

臭氧利用                                                     中淼環(huán)境

微納米氣泡清洗                                          航材院百慕合金公司

微納米氣泡浴                                              稻香湖酒店洗浴中心

水產養(yǎng)殖                                                      常興莊魚場

解決超濾膜膜污染                                      碧水源、北排研發(fā)中心

農業(yè)無土栽培施肥、灌溉、增氧與消毒 一體機   江西灌溉中心站

9、微納米氣泡應用項目介紹

9.1、鼓風氣泡與微納米氣泡溶解氧釋放時間對比

9.2、解決超濾膜污染的新方法

目前膜污染主要途徑：

沉淀污染

吸附污染

生物污染

比較常用的清洗方法：

曝氣清洗

酸洗

堿洗

解決超濾膜污染具體方法：

具體解決方法是：將原進水泵更換為“微納米氣泡裝置”。該裝置將進入超濾膜柱內的污水“微氣泡化”。此時“微氣泡化的污水”包圍在超濾膜內部膜絲的周圍，污水中的微氣泡在超濾內部膜絲的周圍不斷地爆裂，在膜絲表面納米氣泡能夠產生很強的爆裂沖擊波，以此清除、阻止污染物吸附在膜絲上，由氣泡上浮原理經上排錯流閥將污染物排放。而達到減緩或最終解決超濾膜污染。該氣泡還有分解污水內部污染物的作用，從而改善了超濾膜的工作環(huán)境。該減緩超濾膜污染的方法是物理法，所以該方法不會造成其他環(huán)境污染。

常規(guī)超濾與微納米氣泡超濾對比圖

解決超濾膜污染試驗現(xiàn)場

階段：采用微納米氣泡進水運行方式：
連續(xù)進水、產水，不進行氣水沖洗，不進行化學清洗

該系統(tǒng)僅在白天開啟。運行24天，產水流量基本穩(wěn)定，跨膜壓差緩慢上升，由19kPa上升至30kPa。

第二階段微納米氣泡裝置連續(xù)工作，自身不進氣與進氣對比試驗：
該裝置不進氣連續(xù)進水，該裝置產水時不進行氣水沖洗，不進行化學清洗。不進氣按照常規(guī)進水運行方式的效果。

在7小時內，跨膜壓差由30kPa穩(wěn)步升高至43kPa。同時，在進水量相對穩(wěn)定條件下，產水量不斷降低，由4m³/h下降至3m³/h，回收率由55%下降至44%。

解決超濾膜污染對比試驗參數表

9.3、納米氣泡發(fā)生器在液體脫色中的應用：

臭氧對色度去除率可達到90%左右，一般情況下臭氧對色度的去除率不到80%，盡管加大了臭氧的投加濃度，但發(fā)現(xiàn)色度去除率并沒有得到很大的提高，也只有90%，微納米氣泡發(fā)生器與臭氧結合后，臭氧的脫色率可提高到99%，脫除效率提高15-25倍以上。

9.4以微納米氣泡發(fā)生器為核心綜合治理河湖污染

以微納米氣泡發(fā)生器為核心與中國林科院濕地所承擔的成果推廣項目：“退化濕地恢復技術”的五步措施綜合治理河湖污染。

1、浮水植被區(qū)、

2、挺水植被區(qū)、

3、沉水植被區(qū)

4、礫石溪、

5、生態(tài)景觀塘。

生物浮床、人工水草等技術。

9.5、河流湖泊增氧試驗

微納米泡發(fā)生裝置試驗在河流湖泊使用中，集提水式曝氣機、潛水曝氣機、潛水推流設備性能為一體。

該裝置不但能夠將相對封閉缺氧的水體，讓上下層水位得到交換達到水體增氧的目的，更能制造出大量的微納米氣泡。

該裝置即可用動力電、又可用風力電或太陽能電源。

該裝置可以安裝在水下或水面既增氧又有景觀效果，該裝置還可以安裝在陸地和船上等。

9.6、提高去除COD的效率

微納米氣泡發(fā)生器在水處理設備的關聯(lián)應用中有很大意義，其中對提高COD的去除效率尤為明顯，在臭氧消毒系統(tǒng)采用普通的添加方式臭氧在水中溶解的效率很低，平均每3克臭氧可以去除1克COD，而微納米氣泡發(fā)生器能夠使臭氧在各種水環(huán)境中溶解的量增大，將臭氧對COD去除效率提高20至30倍。

（微納米氣泡裝置在集裝箱式智能一體化生活污水處理項目中的應用）

我公司將微納米氣泡發(fā)生器運用在集裝箱式智能一體化生活污水處理項目中作為高級氧化部分，微納米氣泡發(fā)生器可使污水中COD降解效率提高20倍以上，去除率達到90%以上。本工藝設計可穩(wěn)定達到北京市水污染物綜合排放標準《DB11/307-2013》中A排放限值標準。

近年來，人們對微納米氣泡特性的認識不斷深入與提高。微納米氣泡質量的優(yōu)劣對增氧能力有極大的影響，高質量的 微納米氣泡能夠產生人們意想不到的顯著效果和作用。

可以預測我們特色的“微納米氣泡發(fā)生器”市場將非常廣泛， 必將為國家為人民做出貢獻。