CN102908886A - 一种微米气泡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种满足防止大气污染及排水基准的微米气泡装置。由该装置用微米气泡发生器产生微米气泡，结合让水微粒子浮游的轴流风机使水微粒子流与喷涂气雾混流、令VOC或有机树脂涂料附着于这些水微粒子群、并通过微米气泡的破灭使VOC或有机涂料失去活性或将其分解。该微米气泡装置，能产生由空穴现象生成的粒径峰值在10～19μm的微米气泡，在气泡喷雾流内浮游落下的水微粒子内使微米气泡破灭、从而阻止有机树脂涂料的凝集硬化发生。通过微米气泡破灭时产生的弯曲能的释放，使得这些物质无害化。采用该微米气泡发生器能生成气泡径分布高峰值在10～30μm的范围内的微米气泡、对挥发性有机化合物进行确实有效的氧化处理。

Description

一种微米气泡装置

本申请是申请号201010159199.4、申请日为2010年3月23日，享有日本专利申请JP2009-162215的优先权的发明名称为“微米气泡装置”的分案申请。

技术领域

粒径在50微米以下的气泡（微米气泡）、在破灭时形成的活性氢氧基（hydroxyl radical）能使化合物分解或使其失去活性，特别是对使用有机涂料时产生的挥发性有机化合物的分解起了重要作用。本发明旨在通过使用本装置可轻松达到排气和排水的公害标准、提升作业环境。

背景技术

微米气泡在破灭时对化合物的分解机能已逐渐被阐明，但是作为理论背景、自由氢氧基（称作活性氢氧基）理论更具说服力（专利公开2008－93612号记载）。本专利申请人在专利申请2008－180727号中、已对微米气泡对挥发性有机化合物（以下称作VOC）的分解能力进行了验证。本次发明的专利申请是上述专利的延伸。活性氢氧基的有效生成，使鳉鱼在喷涂排放的废液中都得以保持存活状态。

发明内容

在反应筒内，喷涂气雾流与气泡喷雾流的接触时间非常短暂，另外、流速和水微粒子直径及被水微粒子包含的微米气泡的粒径的选定等方面进行了反复的试验。虽然采用了空穴方式来产生微米气泡，但是、要使空穴（空洞、即微米气泡）的粒径达到上述专利申请中图2所述的粒径分布（1～40μm）要求，需要相当的努力才能达到。与此同时，还必须阐明微米气泡在破灭时分解化合物的作用原理。

用微米气泡发生器（可产生内含大量微米气泡的水微粒子），和让水微粒子浮游的轴流风机，使水微粒子流与喷涂气雾混流、令VOC或有机树脂涂料附着于这些水微粒子群、并通过微米气泡的破灭使VOC或有机涂料失去活性。

微米气泡破灭时氢氧基离子变成活性氢氧基。生成的活性氢氧基的半衰期仅10的-9次方秒。破灭前微米气泡的外壁表面的氢氧基离子浓度和微米气泡近旁的VOC浓度越高效果越好。本发明的原理是，让含有大量微米气泡的水微粒子群浮游落下、使分散在气流中的VOC等浓缩附着于水微粒子表面，当微米气泡粒径急剧缩小时、气泡外壁表面的氢氧基离子浓度升高、因附着产生的电荷移动和压力变动使微米气泡破灭，此时产生的活性氢氧基（hydroxyl radical）能瞬间接触到VOC，并使其失去活性或被分解。一般来说，喷涂气雾的有机树脂涂料到达水溶液表面的话，会凝集、硬化，但是由于附着于水微粒子在混流中因活性氢氧基的作用而不发生反应，所以不会因硬化生成喷涂淤渣。

作为微米气泡的产生方法，被熟知的方式有高速旋转回流法、特殊文丘里管、还有空穴现象等方式。水管压力也可以产生空穴现象。微米气泡发生器1的部分切割截取出来作为图2来说明。放大文丘里管11与压扩部12的连接部分。高速水流在压扩部因突然减速而产生乱流、这个漩涡能量会在空穴现象发生的位置产生微米气泡。文丘里管11的内径是3.2毫米、压扩部位12的内径是5.5毫米，锥形部位10连接水压为0.4Mpa、流量为30L/ml的水源。

产生的微米气泡的粒径分布是，在10～19μm范围是高峰值、两侧分别是30～40μm和2～9μm。峰值粒径的气泡数量为10000个/10ml。微米气泡发生器1由出口处配置喷水器13构成。由此、微米气泡水流以圆锥薄膜状喷洒出来。如果仅按上述配置，是无法得到数毫升内含微米气泡的水微粒子群的。

在反应筒3的上部、安装向下喷洒气泡喷雾流的微米气泡产生器1，在其上方安装产生上升气流的轴流风机。被吸入到吸入筒4的喷涂气雾流经过轴流风机2从上方排出。以薄膜状喷洒出来的微米气泡水流受上升气流扇动、不断回旋上升并进一步微粒子化、生成气泡喷雾流8。要设定上升气流的流速，使内含大量气泡径在40μm以下的微米气泡的水微粒子群能以浮游状态落下。

将有机树脂溶于有机溶剂，用喷涂枪6向被喷涂物喷雾。喷涂气雾会附着于被喷涂物然后硬化。这种喷涂气雾中含有VOC。被吸入到吸入筒4的喷涂气雾流伴随着上升气流上升、在气泡喷雾流8的区域内被搅拌、含有VOC的喷涂气雾的绝大部分就会附着于水微粒子群。被内含大量微米气泡的水微粒子捕捉到的喷涂气雾、在水微粒子下落过程中被分解。有机树脂涂料不发生反应、不硬化而变成稀松的状态，VOC失去活性。反应筒3上部的排气出口处测得的VOC测量值为98vol-ppmC（以环境署第61号公告为基准的测量），就是一个佐证。另外，吸入筒4的入口处的VOC值为2300vol-ppmC。微米气泡破灭时的这种特异分解作用稍后进行阐述，喷涂气雾依据库仑定律附着于带有电荷的水微粒子，分散在气流中的喷涂气雾使水微粒子表面的浓度升高。在气泡喷雾流8内慢慢地浮游落下的水微粒子里面的微米气泡、其气泡外壁表面的氢氧基离子的浓度不断增高、其粒径则急剧地缩小、直至破灭。喷涂气雾附着时的电荷移动和压力变动促进了微米气泡的破灭、或者说、水微粒子在接触到底部水溶液受到冲击时破灭的可能性很高。

必须确认这一点。用水桶把吸入筒4底部的水溶液取出，用喷涂枪6喷涂相同的喷涂气雾的话，在水面上喷涂气雾会凝集、喷涂淤渣浮于水面上。这种淤渣非常粘稠，沾到手上的话用水冲洗是无法脱落干净的。另一方面，水微粒子群呈雨雾状向吸入筒4内的水面落下、从喷涂枪6喷上喷涂气雾的话、水面的喷涂淤渣呈现出非粘稠性、用手触碰感到沙沙的松散感觉、用水冲洗就能干净。有机树脂涂料附着于水微粒子的期间，因生成的活性氢氧基（hydroxyl radical）使有机树脂涂料不发生反应、不硬化，即使到达水面也不发生凝集、硬化。VOC也同样就此失去活性。

不发生凝集、硬化、松散的有机树脂涂料和失去活性的VOC，与水溶液一起经由排水管7流向回收槽5。槽内的过滤器把沙沙松散的有机树脂涂料过滤除去。此水溶液经由水泵流向微米气泡发生器1进行循环使用。

有关微米气泡破灭时的分解作用

氧原子最外层有二个电子。这两个电子的自旋不配对(spin-unpaired)时呈基态（稳定的三线态），当自旋配对(spin-paired)时变为单线态、表现出极强的活性。超氧化物（super oxide）和活性氢氧基（hydroxyl radical）中的氧原子是单线态所以非常活跃，反应性高。这种活性氢氧基的半衰期为10的-9次方秒，是非常短暂的。VOC（＝R－H）因活性氢氧基的作用会变成R（烷基）、变成稳定的R-O2。另一方面，水溶液中的水分子（H₂O）与氢氧根离子（OH）、氢离子（H）的浓度处于热平衡状态。由温度决定浓度，被称作波耳茨曼分布。随着温度上升、虽然只有很少量但（OH）较（H）增加的多一些。微米气泡的表面张力大意味着表面温度也高。因此，微米气泡带负电。水呈现出很高的表面张力，是以水分子/氢氧根离子的电极化与氧结合为依据的。带有合成偶极矩的水分子、激烈旋转、以10的-6次方秒/周的速度快速旋转、但其与物质接触界面的速度则为10的-12次方秒/周。温度很高的微米气泡外壁表面，会弹出因与氧结合而产生结群的氢氧根离子群。微米气泡外壁表面的氢氧根离子密度变高，气泡变小。随着微米气泡的变小电荷密度会上升，最终破灭。此时产生的电磁波、冲击波使氢氧根离子变成活性氢氧基（hydroxyl radical），附着于水微粒子的VOC、有机树脂涂料因这种活性氢氧基的作用而失去活性。

数毫米大小的雨雾以浮游状态落下的水微粒子群，与流向相反的喷涂气雾流相遇时，甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮、异丙醇、四氯乙烯等VOC，即有机树脂涂料的绝大部分都会附着于水微粒子表面。在气流中扩散的喷涂气雾的绝大多数都会附着到微粒子表面。微米气泡破灭时的库仑斥力，以电磁波、冲击波的形式释放出来。微米气泡外壁表面的高密度氢氧根离子会被激活成为活性氢氧基。半衰期极短（10的-9次方）的活性氢氧基、会立即与附着在水微粒子表面的VOC发生反应并使VOC失去活性。有机树脂涂料变成沙沙的松散状态的理由也是在于此道理。

附图说明

图1是净化喷涂气雾流的概要说明图。

图2是微米气泡发生器的部分切面图。

1    微米气泡发生器

2    轴流风机

3    反应筒

4    吸入筒

8    气泡喷雾流

具体实施方式

通过使微米气泡产生、并喷洒内含大量微米气泡的水的微米气泡发生器1、和令被喷洒的水流以水微粒子的状态浮游的轴流风机2，使水微粒子流与喷涂气雾流混流、让VOC、有机树脂涂料附着到含有大量微米气泡的水微粒子群、在微米气泡发生破灭时使这些物质失去活性的微米气泡装置（A）。

附着了含有大量微米气泡的水微粒子的VOC、被微米气泡破灭时生成的活性氢氧基在气泡破灭前与之接触并被分解。

上述微米气泡装置（A）采用的是微米气泡发生器1。该发生器能产生由空穴现象而生成的粒径峰值在10～19μm的微米气泡。这种粒径峰值的微米气泡在水微粒子自由落下时缩小至数微米以下，其应变能以附着VOC和有机树脂涂料为契机，在微米气泡破灭时得以释放。

在上述微米气泡装置A中、用通过溶解臭氧或作为气泡的水流，令其产生微米气泡。喷洒出来的水微粒子内的微米气泡外壁表面的氢氧根离子被促进氧化，从而增加活性氢氧基。

在上述微米气泡装置A中、采用干净的气流代替喷涂气雾流、给微米气泡发生器1供给含细菌或被高含量有机碳（TOC）净化的水流。在上述被净化的水流中预先溶解臭氧。在气泡喷雾流8内浮游落下的水微粒子内的TOC、在浮游落下中，因微米气泡破灭产生的机能将其分解。

在上述微米气泡装置A中、采用含有病毒或VOC的污染空气替代喷涂气雾流、在气泡喷雾流8内让病毒或VOC附着于浮游落下的水微粒子，在浮游落下中，因微米气泡破灭产生的机能使其失去活性或被分解。特别是、因为病毒带有电荷、能在水微粒子表面库仑附着并被捕捉。

在上述微米气泡装置A中、喷水器13，也可以采用打了微细孔的喷雾器代替，轴流风机2也可以用普通的送风风机替代。重要的是，让内含微米气泡的水微粒子浮游落下、使气泡喷雾流区8能够形成就可以了。

其他理论

作为微米气泡缩小的理由、有理论说是由于气泡内的气体溶解于壁面、随着氢氧基离子的增加表面张力也增大。对此理论本人抱有疑问。下面介绍一下本人理解的假设。

力的传播就是空间弯曲的传播。从地球上不可能看到的隐藏在太阳中的光线仍然照射到了地球，这个现象证明了引力透镜的存在。由于太阳的引力周围的空间弯曲了。这个宏观世界的现象套用到微观世界的微米气泡（微小太阳）上一点也没有不协调的感觉。微米气泡的壁面空间是弯曲的。这种弯曲能以电磁波的方式被释放。壁面高浓度的氢氧基离子变成活性氢氧基（hydroxyl radical）、将附着于内含有大量微米气泡的水微粒子上的VOC和有机树脂涂料分解。使空间弯曲的“力”、被认为是氢的结合力、高电荷密度产生的库仑力的话还不足够吧。最近才得知，原来地球磁场是由于地球内部的外壳附近积存了大量的水（是地表的5倍）而产生的。大概是高温高压的水内的铁离子的缘故吧。反过来，把布满在微米气泡外壁表面的高密度氢氧基离子看作是静止的话是不自然的、从处在界面的水分子以10的-12次方秒/周的速度在旋转来看、不得不判断它是在“回旋”着的。而且、微米气泡也是一个迷你地球、也发生磁场。磁力线被弯曲时产生的张力叫做麦克斯韦应力（stresses）。高速回旋的氢氧基离子流产生的这种张力、毫无疑问是非常大的。因这种张力导致的空间弯曲与电荷密度是成比例的、所以微米气泡的曲率会逐渐变大（即气泡径变小）。到达（与库仑斥力的）临界点时、空间弯曲就会以电磁波的形式一次性被释放。吸收了这种电磁波的氢氧基离子就变成活性氢氧基（hydroxyl radical）。本发明当中所阐述的、VOC等附着于水微粒子就是以电磁波发生的时点为契机的。

Claims (2)

1.一种微米气泡装置，其特征是：在反应筒上方配置产生上升气流的风机，从反应筒下方被吸入的喷涂气雾流回旋上升，所述风机下方配置向下喷洒薄膜状水雾的喷嘴，被上升气流煽动的浮游水微粒子群将喷涂气雾和挥发性有机化合物吸收。

2.根据权利要求1所述的微米气泡装置，其特征是：所述水微粒子为采用溶解了臭氧的水流而产生含有大量臭氧的微米气泡的水微粒子。

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