微纳米气泡臭氧一体机讲解

微纳米气泡一体机净化设备简介
一、微纳米气泡一体机组成
微纳米气泡一体机组成包括以下几个部分
1)微纳米气泡发生装置
2)臭氧放电体及电源部分
3)制氧机系统
4)配套冷干机及气泵
5)配套检测系统
6)自动控制系统
微纳米气泡一体机中2、3、4部分构成臭氧发生装置，提供浓度较高的臭氧气体，然后臭氧气体通入微纳米气泡发生装置，微纳米气泡发生装置产生富含臭氧的微纳米气泡液，用于水体及废气净化。

检测系统包含：微纳米气泡发生装置出水口压力检测、微纳米气泡发生装置进气口流量检测控制、制氧机出口流量检测控制、臭氧放电体循环水温度检测等。

自动控制系统采用人机界面，内容包含：各设备运行电压及电流显示、电流调节、各检测仪表显示、故障原因提示、故障报警。

二、微纳米气泡一体机原理简介
微纳米气泡一体机含有微纳米气泡发生装置及臭氧发生装置，两者协同作用，充分发挥两者各自优势，极大提高了设备净化效率。

其净化原理从一下两个方面做简单介绍。

2.1微纳米气泡粒子能量
1)电离能
氧气经过电离后生成部分氧离子，并形成等离子体，当电离作用消失后，氧等离子体消失，转变成活性氧气团，主要包括臭氧离子团（O32-、O3-）、臭氧分子团（O3）、氧离子团（O22-、O2-）、氧分子团（O2）等，这些活性氧气团具有非常高的电离能，经过气体切割后，各种离子团和分子团分离，切割动能转变为气泡能级跃迁能量，在各个气泡中表现为电离能提高，达到可以随时产生氧化作用的高能级，可以氧化一切接触到的物质。

图原子电离能示意图
2)高速动能
气泡是经过水对目标气体离心切割吸入作用产生的，切割后产生水气混合液体，气泡伴随着切割水溶液在蜗旋加速系统中加速运动，由于蜗旋加速系统的特点是进水总量与喷射出水总量相等，而进水口管径远远大于出水口径，所以出水口的水溶液流速将大幅度提高：
L 1S
1
=2L
2
S
2
S 1=πd
1
2/4
S 2=πd
2
2/4
其中：L
1为进水口水溶液流速，S
1
为进水口截面积，d1为进水口直径
L 2为出水口水溶液流速，S
2
为出水口截面积，d2为出水口直径
则出水口水溶液流速L
2
计算如下：
L 2=L
1
d
1
2/2d
2
2
蜗旋加速系统的进水口直径d
1=G
1
/2
蜗旋加速系统的出水口直径d
2=G
1
/16
则L2=64L1
一般进水口流速L1的选定范围为4—10米/秒，最高为20米/秒，因此出水口流速L2的增速范围为256—640米/秒，最高出水口流速可以达到1280米/秒。

当活性氧气泡流速达到256米/秒以上后，气泡就具有了非常高的动能，这种动能足以在有效传输距离（发生断裂化学键和共价键的传输距离）中打破任何污染物与水分子之间的共价键连接和污染物内部的化学键连接，实现水质净化还原和对污染物的氧化降解，一般有效传输距离为0.5—0.8米；当活性氧气泡流速达到640米/秒甚至更高时，活性氧气泡被压缩得更小，气泡拥有的动能将倍增，
在水中的有效传输距离将提高到3米以上，进一步提高了气泡对污染物的氧化降解作用率和对废气净化的作用。

3)分子间能
任何分子之间都存在分子间的作用力，称为分子间能。

切割后形成的气泡伴随着切割水溶液在蜗旋加速系统中加速运动，在加速运动中来自外部的压力逐渐增高，气泡因外部压力增高而逐渐压缩，活性氧分子间距逐渐缩小，因此导致分子间作用力越来越强，分子间能逐步提高，到含有气泡的水溶液喷射之前，气泡因压力的作用压缩到最小，气泡直径压缩到5微米到几个纳米，分子间能蓄积达到最高，气泡破裂后活性氧分子自由热运动增强，可以随时加入到水分子共价键中成为溶解氧，也可以随时断裂其他物质与水分子形成的共价键，氧化其他物质。

4)爆炸能
活性氧微纳米气泡进入水中后产生三种变化，第一种为气泡破裂，活性氧以分子态溶解于水中成为溶解氧；第二种为气泡融合成为大分子气泡，随着气泡不断融合壮大，气泡将上升出水面；第三种为气泡保持原态在水中横向、向下、向上运动，4—5小时后才能上升到水面，在这个过程中发挥氧化降解和净化水的作用。

我们所说的气泡破裂爆炸能是指第一种情况，活性氧微纳米气泡进入水中后，因气泡内部压力比较高导致气泡壁具有比较高的张力，发生碰撞或其他条件导致气泡破裂，气泡壁的张力作用将释放巨大的爆炸能量，这种爆炸能量可以促使活性氧分子溶解于水，同时可以破坏污染物与水的共价键连接，也可以破坏污染物内部的化学键连接，活性氧同时发挥作用，完成氧化降解污染物和净化废气。

5)结合能
活性氧微纳米气泡进入水中后发生第二种变化即气泡融合成为大气泡时，由于气泡融合导致气泡壁表面张力下降，融合的气泡将释放较大的气泡结合能，这种结合能可以导致气泡周边的污染物与水之间的共价键结合破裂，使气泡中的活性氧对污染物产生氧化降解作用和活性氧分子在水中的溶解作用。

以上五种能量在活性氧微纳米气泡中共存，五种能量结合后使活性氧气泡拥有超高的粒子能量。

活性氧微纳米气泡的运动是由气泡自身能量引发的，气泡
在高速运动中使液体被加热到可以随时发生化学反应的临界状态，其中化学反应将以我们不能想象的、也不能从物理的角度推测的速度发生，从而可以对水中任何污染物发挥氧化作用，达到氧化降解污染物和净化水质目的。

这种高能氧气泡或分子团以溶液喷雾的方式喷洒到空气中，因活性氧气泡具有超高的能量，能够捕集空气中的各种污染物，并对污染物氧化降解，净化空气。

根据微纳米气泡产生的能量，对于废气的反应过程如下：
气泡的动能和气泡破裂释放的爆炸能作用，断裂了污染物与水之间的共价键、水分子之间的共价键，氧分子团在分子键能的作用下迅速离散为氧分子并与部分水分子结合成为水中的溶解氧：
H 2O-(M-M)n+E——H
2
O+(M-M)n
H
2
O+O
2
+E——H
2
O-O
2
H
2
O+O
3
+E——H
2
O-O
3
其中:M为污染物，E为粒子能量。

融入水中的溶解氧（O2、O3）获得电子成为活性氧阴离子，氢离子与活性氧阴离子结合成过氧化氢（H2O2）。

O2+e———O2—
O3+e———O3—
2H++2e—+2O2———H
2O
2
+O
2
2H++2e—+2O3———H
2O
2
+2O
2
氧离子、过氧化氢、氢离子、氢氧根离子对水分子的综合作用，产生了大量的水和离子：
H++H
2O——H
3
O+（羟基离子）
OH-+H
2O——H
3
O2—（水氧基离子）
图氢氧基离子示意图
综上，利用微纳米气泡所含有的五种能量，可以与污染物成分作用，达到净化污染成分的目的。

2.2臭氧净化机理
2.2.1臭氧在水处理中的应用
世纪90年代起，由于怀疑水中的有机物和天然物质与氯发生反应形成的三卤甲烷具有致癌性，美国、日本和英国等国家也逐渐对臭氧在水处理中的应用产生了兴趣，并逐步在一些饮用水处理系统中采用或增设了臭氧处理工艺。

由于臭氧比氯有较高的氧化电位，因此它比氯消毒具有更强的杀菌作用。

对细菌的作用也比氯快，消耗量明显较小，且在很大程度上不受PH的影响。

有关资料报道，在0.45mg/L臭氧作用下，经过2min脊髓灰质炎病毒即死亡；如用氯消毒，则剂量为2mg/L时需经过3h。

当1mL水中含有274~325个大肠菌，在臭氧剂量为1mg/L时可降低在肠菌数86%；剂量为2mg/L时，水几乎可以完全被消毒。

较之传统的氯消毒方法，臭氧消毒还有如下优点：
（1）消毒的同时可改善水的性质，且较少产生附加的化学物质污染。

（2）不会产生如氯酚那样的臭味。

（3）不会产生三卤甲烷等氯消毒的消毒副产物。

（4）臭氧可就地制造获得，它只需要电能，不需任何辅料和添加剂。

（5）某些特定的用水中，如食品加工，饮料生产以及微电子工业等，臭氧消毒不需要从已净化的水中除去过剩杀菌剂的附加工序，如用氯消毒时的脱氯工序。

2.2.2臭氧的主要特性和消毒机理
1）臭氧的主要物理、化学特性臭氧是一种高活性的气体，通过对氧气的放电而形成，其分子式是O3，是氧的同素异形体。

在常温常压下，臭氧是淡蓝色的具有强烈刺激性气味的气体。

臭氧具有很高的氧化电位（2.076V），比氯（1.36V）高出50%以上，因此它具有比氯更强的氧化能力。

臭氧是由氧按以下热化学方程式形成：
3O2→2O3-69kcal
由上式可见臭氧的形成是吸热过程，因此，臭氧分子极不稳定，可自行分解，伴随着分解过程全放出能量因此，臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。

臭氧气体向水中的传递能力也可表示为：单位时间内的传递能力=传递系数×交换面积×交换电位这里所指的交换电位不仅与气液的浓度差有关，而且与臭氧和水中物质发生直接化学反应的活性有关。

许多实验表明，臭氧气体要溶解在水中，首先必须在与之接触的液体表面上完全扩散进而溶解在表面的液体中，最终扩散到液体的内部。

因此，气液两相间的传递率与臭氧净化效率有很大关系。

2）臭氧的氧化反应和消毒机理
臭氧一经溶解在水里，会出现下列两种反应：一种是直接氧化，它是较缓慢的且有明显选择性的反应；另一种则是在水中羟基、过氧化氢、有机物、腐殖质和高浓度的氢氧根诱发下自行分解成羟基自由基，间接地氧化有机物、微生物或氨等。

后一种反应相当快，且没有选择性，另外还能将重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。

这两种反应中后一种反应更强烈，氧化能力更强。

由于氢氧根和有机物等能诱发臭氧自行分解成羟基自由基，所以低pH条件下有利于臭氧直接氧化反应，而高pH值和有机物含量高的条件下则有利于羟基自由基的间接氧化反应。

臭氧的自行分解率在很大程度上取决于pH值、温度、UV值、臭氧浓度以及水中存在的其他可去除物。

其分解速率可由余臭氧的含量来间接表示。

由于重碳酸盐和碳酸盐（尤其是碳酸盐）具有较强的缓冲性能，因此在低pH和高缓冲性能的余臭氧可维持较长时间。

臭氧可杀菌消毒的作用主要与它的高氧化电位和容易通过
微生物细胞膜扩散有关。

臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡。

因此，臭氧对顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力。

此外，臭氧在杀伤微生物的同时，还能氧化水中的各种有机物，去除水中的色、嗅、味和酚等
（1）气液两相的物理特性；
（2）气体通过气液界面的浓度差；
（3）气体湍流的程度。

3）臭氧在水中的溶解浓度大于氧
臭氧在水中的溶解一般遵循亨利定律。

对臭氧在水中的溶解度的主要影响因素是温度和供气压力。

由于臭氧采用在使用现场利用空气或氧气就地制备，制备出来的臭氧气体实际上是一种臭氧化气体，属于混合气体，其中含有大量的空气和氧气。

而亨利定律表示的是某一单纯气体在水中的溶解规律，所以，臭氧在水中的溶解特性除了与上述的温度和供气压力有关外，还与供气中含臭氧的浓度有关。

此外，在一定的大气压力下，臭氧在水中的浓度与供气中的臭氧浓度有关。

虽然臭氧在水中的溶解度大于氧，但溶于水中的臭氧极不稳定，很容易分解。

2.2.3臭氧在废气处理中的应用
臭氧废气净化原理：臭氧的氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于氟，在其应用中主要用这一特性能可快速分解产生臭味及其它气味的物质，如胺、硫化氢、甲琉醇等，臭氧使其氧化分解，生成无毒无气味的小分子物质。

依靠其强氧化性能可快速分解产生臭味及其它气味的有机或无机物质，自然界引起臭味与腐败味的主要成分是胺R3N、硫化氢H2S，甲硫醇CH3SH等。

臭氧对其氧化分解，生成物没有气味。

臭氧可以与它们发生化学反应将其氧化分解为无毒、无臭的物质，从而达到除臭的效果。

反应式如下：
R3N+O3→R3N-O+O2
H2O+O3→S+H2O+O2→SO2+H2O
CH3SH+O3→[CH3-S-S-CH3]--→CH3-SO3H+O2
2.3微纳米气泡一体机
微纳米气泡一体机结合微纳米气泡及臭氧两项净化技术，发挥其各自优势，两者协同效果实现1+1>2的效果。

微纳米气泡发生装置将臭氧注入到微纳米气泡中，由于微纳米气泡表体面积比大的特性，提高了臭氧气液混合效率，利于臭氧与废气、废水中的污染物分子反应，同时利于微纳米气泡自身特殊理化特性，提高净化效率。

三、微纳米气泡一体机应用领域
1.有机废气(VOCs)处理
由于微纳米气泡受到环境中的物理（水的流动过程产生的压缩和膨胀，旋涡流等）的刺激后，会因瞬间（约10的-9次方秒）绝热压缩而产生约10个大气压的超高压和在分子间达4400℃超高温的极限反应场。

将电离现象特有的超氧化物和活性氢氧基，由压坏效应产生大量直径更小的微气泡，并呈现出超声波、带电性、滞留性、自我加压性、扩散性、强氧化性等特性，将有机物(VOCs)分解消灭（化学反应），同时将脏污成分破坏分离而悬浮水面，促使有机化合物(VOCs)部分转化成二氧化碳及水、另一部分被矿化形成颗粒状沉入水中，其特性不燃烧、不溶解、不含毒性，同时配合微纳米气泡中的臭氧，可以和污染物发生氧化反应，将污染物分子氧化分解。

经工程应用测试，对甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮、异丙醇、四氯乙烯等有机物(VOCs)能达到90%以上的去除率，也可以实现更高的去除率要求。

2.污水处理
微纳米气泡是直径小于50微米的极细微气泡，微纳米气泡在水中上升速度慢、停留时间长、溶解效率高，并具备自增氧、带负电荷和富含强氧化性的自由基等特性。

这些特点使得微纳米气泡在水处理上具有广泛的应用前景。

悬浮物的吸附去除
微纳米气泡不仅表面电荷产生的电位高，而且比表面积很大，因此将微纳米技术与混凝工艺联用在废水预处理中，对悬浮物和油类表现出了良好的吸附效果与高效的去除率，对COD、氨氮及总磷也具有较好的去除效果。

难降解有机污染物的强化分解
微纳米气泡破裂时释放出内部含有的臭氧及羟基自由基，可氧化分解很多有机污染物，目前在难降解废水处理与污泥处理方面，已表现出了潜在的应用前景。

微纳米气泡采用臭氧进行协同作用，更好地发挥对废水中有机污染物的氧化分解作用。

3.水产养殖
在工厂化渔业的养殖上，特别是未来渔业的陆基养殖技术，大多是往高密度的集约化方向发展，在这种环境下，水体中高度溶氧的控制对鱼的健康及生长来说是至关重要的一环，采用超细微泡技术以代替传统的增氧方式，将是一项革命性的创新，可以大大提高鱼的活性与产量，是养殖业走向工厂化的有力保障，并且微纳米气泡具有刺激生物生长及增强免疫力的效果。

微纳米气泡可以促进牡蛎血液循环，提高生长速度，并增强免疫力，降低养殖成本。

同时气泡内部含有的臭氧可以杀死水体中大肠菌等病毒细菌，保证水体健康纯净程度，为水产提供良好的生存环境。

4.无土栽培
生态农业：在水培植物生产过程中，水中溶氧量是影响生长发育速度的重要因子，溶氧充足生长就快，溶氧度低不仅生长慢，而且低至植物所需溶氧的临界值以下，还会出现缺氧烂根，所以在生产上以提高水中溶氧作为水培的主体技术，不管是循环方式栽培模式如何多样化，但最终都是为围绕溶氧的提高作为其模式的可行性保障，凡是能让水中溶氧提高的技术措施，都是增进植物生长与促进发育的增产措施。

在未来的生态农业技术中，超细微气泡技术必将是不可或缺的配套新技术。

在设施园艺和旱地滴灌中，已广泛采用气泵充氧等措施来增加水中溶氧量，提高作物根际氧含量，促进根系生长，进而增加产量，并提高水分和肥料利用效率。

但是传统的充氧方式效率比较低，难以使灌溉水中溶氧值迅速增加，利用微纳米气泡快速发生装置对灌溉水进行曝气处理，可以使溶氧值迅速达到超饱和状态，形成微纳米气泡水用于灌溉。

微纳米气泡水不仅能够提供充足的氧气，并且所携带的臭氧能够将滴灌水氧化，其特有的带电性、氧化性、杀菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促进植物的生长发育
5.果蔬清洗
机能性的微纳米臭氧气泡水可以实现无害化的非热杀菌，既能保持其株型与原质，又可以达到无菌化的目的。

臭氧具有强氧化性，可与蔬菜、水果中的残留有机磷农药发生反应，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，破坏其分子结构，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，可马上被洗涤出去。

同时臭氧可杀灭表面的各种细菌和病毒，达到解毒目的。

与一般的臭氧水相比，对去除鲜果、蔬菜上附着的残留农药有更显著的效果。

6.洗浴保健
微纳米气泡浴：水中如果含有大量的微纳米气泡，就会降低水的透明度，颜色像牛奶一样发白，故微纳米气泡浴又称牛奶浴。

水中的气泡从零开始增大至微米级气泡而破灭，产生的低音频率具有去除污垢的效果，同时低音频率更具有刺激脑内啡的产生，令人有镇静与愉悦的感觉。

此外，如果水中含有以氧气产生的臭氧，当身体浸泡在这种含高氧量的水中，可以滋养皮肤、延缓老化，达到高氧疗法之功效。

并且没有任何添加剂，符合现代人对环保及健康生活的要求。

7.生态修复
针对江河湖泊黑臭水处理，采用微纳米气泡一体机，除味脱色，效果显著，不影响原有生物，逐步恢复水体的生态系统。

研究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。

这是由于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过程较慢，因此可实现对承载气体的充分利用，提供充足的活性氧以促进水中生物的新陈代谢活性。

向污染的缺氧水域中鼓入微纳米气泡时，随着气泡内溶解氧的消耗不断向水中补充活性氧，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，加速其对水体及底泥中污染物的生物降解过程，同时协同微纳米气泡含有的大量臭氧及氧气，可以将水体中的氮磷污染物进行氧化分解，达到净化水质的目的。