1、微納米氣泡發(fā)展史

上個(gè)世紀(jì)50年代，在化工領(lǐng)域開始了對(duì)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(chǔ)現(xiàn)象的研究成果，極大地促進(jìn)了化工機(jī)械的大規(guī)模應(yīng)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)鍵技術(shù)，但在當(dāng)時(shí)尚未出現(xiàn)能夠應(yīng)用于化工領(lǐng)域的微納米氣泡發(fā)生技術(shù)和手段。

微納米氣泡發(fā)生技術(shù)是20世紀(jì)90年代后期產(chǎn)生的，21世紀(jì)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(xué)、微孔加壓、混合射流等方式，均可在一定條件下產(chǎn)生微納米級(jí)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(shí)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(xué)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(yīng)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(huì)受到水的表面張力的作用。對(duì)于具有球形界面的氣泡，表面張力能壓縮氣泡內(nèi)的氣體，從而使更多的氣泡內(nèi)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(diǎn)，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(fù)電荷。已經(jīng)帶上電荷的表面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，從而形成穩(wěn)定的雙電層。微氣泡的表面電荷產(chǎn)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(dāng)微納米氣泡在水中收縮時(shí)，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(chǎn)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(xué)能一下子釋放出來，此時(shí)可激發(fā)產(chǎn)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(chǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的凈化作用。

3.6、傳質(zhì)效率高

氣液傳質(zhì)是許多化學(xué)和生化工藝的限速步驟。研究表明，氣液傳質(zhì)速率和效率與氣泡直徑成反比，微氣泡直徑極小， 在傳質(zhì)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(zhì)效率得到持續(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達(dá)到過飽和條件時(shí)，仍可繼續(xù)進(jìn)行氣體的傳質(zhì)過程并保持高效的傳質(zhì)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(diǎn)，使得微納米氣泡在緩慢的上升過程中逐步縮小成納米級(jí)，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(duì)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(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，氣體的溶解度很難達(dá)到飽和溶解度以上。而微納米氣泡由于其內(nèi)部的壓力高于環(huán)境壓力，使得以大氣壓為假定條件計(jì)算的氣體過飽和溶解條件得以打破。

4、微納米氣泡裝置結(jié)構(gòu)與工作原理

該裝置結(jié)構(gòu)簡單，僅由一對(duì)帶有螺紋的轉(zhuǎn)子和定子組成。 當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子螺紋對(duì)其槽內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生兩方面的作用：一方面攜帶介質(zhì)克服摩擦阻力作圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面推動(dòng)介質(zhì)沿軸向前進(jìn)。此時(shí)轉(zhuǎn)子將水和氣自動(dòng)吸入，介質(zhì)經(jīng)過“離式螺旋體”多級(jí)擠壓與切割后，產(chǎn)生微納米氣泡排出。

迷宮螺旋體:   是由一對(duì)整體全部帶有相同的多頭螺紋且旋向相反的轉(zhuǎn)子和定子組成 ，轉(zhuǎn)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(shè)備已標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)

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

運(yùn)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(yīng)用

1、環(huán)保行業(yè)：水處理設(shè)備中關(guān)聯(lián)設(shè)施；河湖污染水體增氧、氣浮設(shè)備、結(jié)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(chǎn)行業(yè)：湖泊、水庫及人工魚塘增氧、高密度養(yǎng)殖、高檔水產(chǎn)養(yǎng)殖、活魚運(yùn)輸?shù)取?/p>

3、健康領(lǐng)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(shù)臭氧殺菌消毒、。

5、農(nóng)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(dòng)吸進(jìn)空氣或其它氣體，進(jìn)氣量在25%左右，少量氣泡在水中存留數(shù)月。

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

3、該氣泡內(nèi)部壓力大小可以根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)。

4、該裝置1m³空氣增氧效果大約是鼓風(fēng)曝氣100m³ 左右空氣的增氧效果。

5、該裝置可以在水下數(shù)百米深處曝氣增氧。

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

7、該裝置運(yùn)行特別可靠平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)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(duì)環(huán)境。

8、微納米氣泡具體試驗(yàn)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(jì)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(chǎn)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(nóng)業(yè)無土栽培施肥、灌溉、增氧與消毒 一體機(jī)   江西灌溉中心站

9、微納米氣泡應(yīng)用項(xiàng)目介紹

9.1、鼓風(fēng)氣泡與微納米氣泡溶解氧釋放時(shí)間對(duì)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(jìn)水泵更換為“微納米氣泡裝置”。該裝置將進(jìn)入超濾膜柱內(nèi)的污水“微氣泡化”。此時(shí)“微氣泡化的污水”包圍在超濾膜內(nèi)部膜絲的周圍，污水中的微氣泡在超濾內(nèi)部膜絲的周圍不斷地爆裂，在膜絲表面納米氣泡能夠產(chǎn)生很強(qiáng)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(jīng)上排錯(cuò)流閥將污染物排放。而達(dá)到減緩或最終解決超濾膜污染。該氣泡還有分解污水內(nèi)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(huì)造成其他環(huán)境污染。

常規(guī)超濾與微納米氣泡超濾對(duì)比圖

解決超濾膜污染試驗(yàn)現(xiàn)場

階段：采用微納米氣泡進(jìn)水運(yùn)行方式：
連續(xù)進(jìn)水、產(chǎn)水，不進(jìn)行氣水沖洗，不進(jìn)行化學(xué)清洗

該系統(tǒng)僅在白天開啟。運(yùn)行24天，產(chǎn)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(jìn)氣與進(jìn)氣對(duì)比試驗(yàn)：
該裝置不進(jìn)氣連續(xù)進(jìn)水，該裝置產(chǎn)水時(shí)不進(jìn)行氣水沖洗，不進(jìn)行化學(xué)清洗。不進(jìn)氣按照常規(guī)進(jìn)水運(yùn)行方式的效果。

在7小時(shí)內(nèi)，跨膜壓差由30kPa穩(wěn)步升高至43kPa。同時(shí)，在進(jìn)水量相對(duì)穩(wěn)定條件下，產(chǎn)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(duì)比試驗(yàn)參數(shù)表

9.3、納米氣泡發(fā)生器在液體脫色中的應(yīng)用：

臭氧對(duì)色度去除率可達(dá)到90%左右，一般情況下臭氧對(duì)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(jié)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(dān)的成果推廣項(xiàng)目：“退化濕地恢復(fù)技術(shù)”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(shù)。

9.5、河流湖泊增氧試驗(yàn)

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

該裝置不但能夠?qū)⑾鄬?duì)封閉缺氧的水體，讓上下層水位得到交換達(dá)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(dòng)力電、又可用風(fēng)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(shè)備的關(guān)聯(lián)應(yīng)用中有很大意義，其中對(duì)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(duì)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(xiàng)目中的應(yīng)用）

我公司將微納米氣泡發(fā)生器運(yùn)用在集裝箱式智能一體化生活污水處理項(xiàng)目中作為高級(jí)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(dá)到90%以上。本工藝設(shè)計(jì)可穩(wěn)定達(dá)到北京市水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)《DB11/307-2013》中A排放限值標(biāo)準(zhǔn)。

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

可以預(yù)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(xiàn)。