微纳米气泡发生器说明书

一、微纳米气泡技能的开展前史

 早在19世纪，研讨者们就现已使用流体力学和物理学开端了关于毫米级气泡在液体中生成、上升进程的研讨。上个世纪50年代，在化工范畴开端了对气泡和液滴的研讨。这以后，两相流（气液、液液）特别是气液分散相的根底现象的研讨成果，极大地促进了化工机械的大/规划使用。气泡的微细化是化学工业中促进物质移动，增进化学反应速度的关键技能，但在其时没有呈现能够使用于化工范畴的微纳米气泡发作技能和手法。

 微纳米气泡发作技能是20世纪90年代后期发作的，21世纪初在日本得到了蓬勃的开展，其制作办法包含旋回剪切、加压溶解、电化学、微孔加压、混合射流等办法，均可在必定条件下发作微纳米级的气泡。

 二、微纳米气泡的界说

 一般我们把气体在液体中的存在现象称作气泡。气泡的构成现象，在天然界中的许多进程中都能遇到，当气体在液体中遭到剪切力的作用时就会构成巨细、形状各不相同的气泡。现在，对气泡的分类与界说并不是十分严厉，依照从大到小的次序可分为厘米气泡（CMB）、毫米气泡（MMB）、微米气泡（MB）、微纳米气泡（MNB）、纳米气泡（NB）。所谓的微纳米气泡，是指气泡发作时直径在10微米左右到数百纳米之间的气泡，这种气泡是介于微米气泡和纳米气泡之间，具有惯例气泡所不具有的物理与化学特性。



 三、微纳米气泡的特性

 1.比外表积大

 气泡的体积和外表积的联系能够经过公式标明。气泡的体积公式为V=4π/3r3，气泡的外表积公式为A=4πr2，两公式兼并可得A=3V/r，即V总=n·A=3V总/r。也就是说，在总体积不变（V不变）的情况下，气泡总的外表积与单个气泡的直径成反比。根据公式，10微米的气泡与1毫米的气泡比较较，在必定体积下前者的比外表积理论上是后者的100倍。空气和水的触摸面积就添加了100倍，各种反应速度也添加了100倍。



 2.上升速度慢

 根据斯托克斯规律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比。气泡直径越小则气泡的上升速度越慢。从气泡上升速度与气泡直径的联系图可知，气泡直径1mm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径10μm的气泡在水中的上升速度为3mm/min，后者是前者的1/2000。如果考虑到比外表积的添加，微纳米气泡的溶解才能比一般空气添加20万倍。




 3.本身增压溶解

 水中的气泡四周存有气液界面，而气液界面的存在使得气泡会遭到水的外表张力的作用。关于具有球形界面的气泡，外表张力能紧缩气泡内的气体，然后使更多的气泡内的气体溶解到水中。根据杨-拉普拉斯方程， ?P=2σ/r,?P代表压力上升的数值，σ代表外表张力，r代表气泡半径。直径在0.1mm以上的气泡所受压力很小能够疏忽，而直径10μm的细小气泡会遭到0.3个大气压的压力，而直径1μm的气泡会受高达3个大气压的压力。微纳米气泡在水中的溶解是一个气泡逐渐缩小的进程，压力的上升会添加气体的溶解速度，伴跟着比外表积的添加，气泡缩小的速度会变的越来越快，然后终究溶解到水中，理论上气泡行将消失时的所受压力为无限大。



 4.外表带电

 纯水溶液是由水分子以及少数电离生成的H+和OH-组成，气泡在水中构成的气液界面具有简单接受H+和OH-的特色，并且一般阳离子比阴离子更简单离开气液界面，而使界面常带有负电荷。现已带上电荷的外表一般倾向于吸附介质中的反离子，特别是高价的反离子，然后构成安稳的双电层。微气泡的外表电荷发作的电势差常使用ζ电位来表征，ζ电位是决议气泡界面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中缩短时，电荷离子在十分狭小的气泡界面上得到了快速浓缩富集，体现为ζ电位的显着添加，到气泡决裂前在界面处可构成十分高的ζ电位值。



 5.发作许多自由基

 微气泡决裂瞬间，因为气液界面消失的剧烈改动，界面上集聚的高浓度离子将积储的化学能一会儿释放出来，此刻可激起发作许多的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化复原电位，其发作的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分化的污染物如苯酚等，完成对水质的净化作用。

 6.传质功率高

 气液传质是许多化学和生化工艺的限速步骤。研讨标明，气液传质速率和功率与气泡直径成反比，微气泡直径极小， 在传质进程中比传统气泡具有显着优势。当气泡直径较小时，微气泡界面处的外表张力对气泡特性的影响体现得较为显着。这时外表张力对内部气体发作了紧缩作用，使得微气泡在上升进程中不断缩短并体现出本身增压效应。从理论上看，跟着气泡直径的无限缩小，气泡界面的比外表积也随之无限增大，终究因为本身增压效应可导致内部气压增大到无限大。因而，微气泡在其体积缩短进程中，因为比外表积及内部气压地不断增大，使得更多的气体穿过气泡界面溶解到水中，且跟着气泡直径的减小外表张力的作用作用也越来越显着，终究内部压力到达必定极限值而导致气泡界面决裂消失。因而，微气泡在缩短进程中的这种本身增压特性，可使气液界面处传质功率得到持续增强，并且这种特性使得微气泡即使在水体中气体含量到达过饱满条件时，仍可继续进行气体的传质进程并坚持高效的传质功率。

 7.气体溶解率高

 微纳米气泡具有上升速度慢、本身增压溶解的特色，使得微纳米气泡在缓慢的上升进程中逐渐缩小成纳米级，终究消减湮灭溶入水中，然后能够大大进步气体（空气、氧气、臭氧、二氧化碳等）在水中的溶解度。关于一般气泡，气体的溶解度往往受环境压力的影响和约束存在饱满溶解度。在规范环境下，气体的溶解度很难到达饱满溶解度以上。而微纳米气泡因为其内部的压力高于环境压力，使得以大气压为假定条件核算的气体过饱满溶解条件得以打破。

 四、微纳米气泡的发作办法

 旋回式气液混合型微纳米气泡发作技能是依照流体力学核算为根据进行结构规划的发作器，在进入发作器的气液混合流体在压力作用下高速旋转，并在发作器的中部构成负压轴，使用负压轴的吸力可将液体中混合的气体或许外部接入的气体会集到负压轴上，当高速旋转的液体和气体在恰当的压力下从特别规划的喷射口喷出时，因为喷口处混合气液的超高的旋转速度与气液密度比（1:1000）的力学上的相乘作用，在气液触摸界面间发作高速强力的剪切及高频率的压力变化，构成人工极点条件，在这种条件下生成许多微米、纳米级气泡的一起具有打碎聚合分子团，构成小分子团活性水的作用，并能够将小部分水分子电离分化，能够在微纳米气泡空间中发作活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，特别氢氧自由基有超高的复原电位，具有超强氧化作用能够分化水中正常条件下也难以分化的污染物，完成水质的净化。微纳米气泡在水中的溶解率超过85%，溶解氧浓度能够到达饱满浓度以上，并且微纳米气泡是以气泡的办法长期（上升速度6cm/分钟）存留在水中，能够跟着溶解氧的耗费不断地向水中弥补活性氧，为处理污水的微生物供给了足够的活性氧、强氧化性离子团，并确保了活性氧足够的反应时间，由微纳米气泡处理过的水的净化才能远远高于天然条件下的自净才能。



 五、微纳米气泡的使用

 1.水产饲养

 在工厂化渔业的饲养上，特别是未来渔业的陆基饲养技能，大多是往高密度的集约化方向开展，在这种环境下，水体中高度溶氧的操控对鱼的健康及成长来说是至关重要的一环，选用超纤细泡技能以替代传统的增氧办法，将是一项革命性的立异，能够大大进步鱼的活性与产值，是饲养业走向工厂化的有力保证，并且微纳米气泡具有影响生物成长及增强免疫力的作用。

在日本广岛的牡蛎饲养场中的实验证明，微纳米气泡能够促进牡蛎血液循环，进步成长速度，并增强免疫力，下降饲养本钱。在日本的爱知万国饱览会上由日本工业技能研讨所展现的淡水鱼与海水鱼的混合高密度饲养实验中选用了微纳米气泡技能，成果在盐分浓度为1%的含有微纳米纯氧水的水槽中可将鲤鱼和鯛混合饲养。鯛是对盐分的改动十分敏感的海水鱼，鲤鱼是淡水鱼，如果在没有微纳米气泡存在的条件下，这两种鱼都是很难在1%的盐水中生计的。

 2.无土培养

 生态农业：在水培植物出产进程中，水中溶氧量是影响成长发育速度的重要因子，溶氧足够成长就快，溶氧度低不只成长慢，并且低至植物所需溶氧的临界值以下，还会呈现缺氧烂根，所以在出产上以进步水中溶氧作为水培的主体技能，不管是循环办法培养形式怎么多样化，但终究都是为环绕溶氧的进步作为其形式的可行性保证，但凡能让水中溶氧进步的技能办法，都是增进植物成长与促进发育的增产办法。在未来的生态农业技能中，超纤细气泡技能必将是不可或缺的配套新技能。

 在设备园艺和旱地滴灌中，已广泛选用气泵充氧等办法来添加水中溶氧量，进步作物根际氧含量，促进根系成长，进而添加产值，并进步水分和肥料使用功率。可是传统的充氧办法功率比较低，难以使灌溉水中溶氧值敏捷添加，使用微纳米气泡快速发作设备对灌溉水进行曝气处理，能够使溶氧值敏捷到达超饱满状态，构成微纳米气泡水用于灌溉。微纳米气泡水不只能够供给足够的氧气，并且其特有的带电性、氧化性、灭菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促进植物的成长发育。

 3.果蔬清洗

 机能性的微纳米臭氧气泡水能够完成无害化的非热灭菌，既能坚持其株型与原质，又能够到达无菌化的意图。臭氧具有强氧化性，可与蔬菜、生果中的残留有机磷农药发作反应，强氧化剂或自由基的强氧化作用可将农药分子的双键断开，苯环开环，损坏其分子结构，生成相应的酸、醇、胺或其氧化物等小分子化合物，这些小分子化合物大多无毒，易溶于水，可立刻被洗刷出去。一起臭氧可杀灭外表的各种细菌和病毒，到达解毒意图。与一般的臭氧水比较，对去除鲜果、蔬菜上附着的残留农药有更显着的作用。

 4.洗浴保健

 微纳米气泡浴：水中如果含有许多的微纳米气泡，就会下降水的透明度，色彩像牛奶一样发白，故微纳米气泡浴又称牛奶浴。水中的气泡从零开端增大至微米级气泡而幻灭，发作的低声频率具有去除尘垢的作用，一起低声频率更具有影响脑内啡的发作，令人有冷静与愉悦的感觉。此外，如果水中含有以氧气发作的超微氧气泡，当身体浸泡在这种含高氧量的水中，能够滋补皮肤、推迟老化，到达高氧疗法之功效。并且没有任何添加剂，契合现代人对环保及健康日子的要求。

 5.生态修正

 研讨发现富含微纳米氧气气泡的水对动植物都具有促进生物活性的作用。这是因为微纳米气泡在水中存在时间长，内部承载气体释放到水中的进程较慢，因而可完成对承载气体的充分使用，供给足够的活性氧以促进水中生物的推陈出新活性。向污染的缺氧水域中鼓入微纳米气泡时，跟着气泡内溶解氧的耗费不断向水中弥补活性氧，可增强水中好氧微生物、浮游生物以及水生动物的生物活性，加快其对水体及底泥中污染物的生物降解进程，完成水质净化意图。

 6.污水处理

 微纳米气泡是直径小于50微米的极纤细气泡，微纳米气泡在水中上升速度慢、停留时间长、溶解功率高，并具有自增氧、带负电荷和富含强氧化性的自由基等特性。这些特色使得微纳米气泡在水处理上具有广泛的使用远景。

悬浮物的吸附去除

 微纳米气泡不只外表电荷发作的电位高，并且比外表积很大，因而将微纳米技能与混凝工艺联用在废水预处理中，对悬浮物和油类体现出了杰出的吸附作用与高效的去除率，对COD、氨氮及总磷也具有较好的去除作用。

 难降解有机污染物的强化分化

 微纳米气泡决裂时释放出的羟基自由基，可氧化分化许多有机污染物，现在在难降解废水处理与污泥处理方面，已体现出了潜在的使用远景。为了促使微纳米气泡在水中能够发作更多的羟基自由基，常选用其它强氧化手法进行协同作用，如紫外线、纯氧以及臭氧等强氧化手法，以更好地发挥对废水中有机污染物的氧化分化作用。

 7.船只减阻

 船只阻力是船只能量耗费的首要本源，如果船只阻力下降了，主机耗费的能量就下降，船只能源耗费天然就下降了，一起，下降船只阻力在主机功率耗费不变的情况下，能够显着进步船只的飞行速度。船只阻力首要包含冲突阻力、兴波阻力、粘压阻力，其间冲突阻力要占许多部分。现有相对成熟的下降船只冲突阻的技能，首要是在规划船体时，尽可能减小船体上的湿外表积并使船体外表尽量光顺。选用气泡减阻技能的船只统称为气泡船，气泡减阻技能是把空气通入船底，在船底外表构成流体密度较低的气-水混合两相流，经过改动边界层内流体的结构，以完成下降阻力的作用，来到达节约能源的意图。对与肥大型低速船只来说，冲突阻力占总阻力的80%以上，因而减小冲突阻力是很有必要的，微气泡减阻技能能够很有用的减小冲突阻力，这在实船实验中现已很好的得到了验证，气泡减阻技能有很大的开展远景。跟着关于气泡减阻研讨的不断深入，气泡减阻技能得到了广泛的认同。船只微气泡减阻研讨具有重要的经济、军事价值。特别在现在节能减排环境下，下降船只阻力研讨现已成为各国遍及关注的问题。在近几十年内，国内外的研讨者们以粘性流体力学为根底，一方面经过实验来优化船型，减小船只的形状阻力；另一方面则考虑流体的粘性系数，用粘性系数低的流体替代粘性系数高的流体，以减小船体外表冲突阻力。船只气泡减阻办法于1876年由劳德首次提出，他设想在船外表和水之间注入一层气体，以空气替代水来与船外表触摸，以下降船体外表冲突阻力。可是，这一设想遭到其时科技水平的约束，很难完成。跟着科技水平的不断提高，国内外许多学者对气泡减阻技能进行了许多的理论和实验研讨，成果大部分标明运用微纳米气泡减阻技能来下降冲突阻力十分显着。