微纳米气泡的理论体系

微纳米气泡（高能氧）在

---------污水处理和空气净化中的应用

1、前言

任何微小的粒子都具有非常高的能量，只是能量表现的形式不同，对外的性质也各不相同。如磁性材料钕铁硼，在颗粒度为700目时只能制作成普通磁性的磁铁，当颗粒度达到1200目时，则可以制作磁能级高达70高斯以上的永磁体，当颗粒度达到2000目时，则磁能级可以达到150高斯以上。

高能氧是指具有较高能量的活性氧分子团构成的微小活性氧气泡，主要存在于水或空气环境中。

氧气经过电离后，以高速涡旋运动产生切割作用、并随着高速涡旋运动产生的高压作用，把电离的氧气切割并压缩成微小的气泡，并以极高的线速度射入水中，在水中形成初始运动速度较高、具有比较高的移动效率和转移效率的活性氧分子团——高能氧。

高能氧所拥有的能量全部体现在氧的微观粒子对外表现的特性方面，因此可以称这种能量为粒子能量。

在能量的作用下，高能氧可以快速完成对水和空气中污染物的氧化降解，可以迅速溶解在水中成为高浓度溶解氧，从而彻底解决污水处理中提高氧溶解度的难题。

2、能量的产生

高能氧所含有的粒子能量来源如下五个方面：

2.1、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（O 32—、O 3—）、臭氧分子团（O 3）、氧离子团（O 22—、O 2—）、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。

2.2、高速动能：a

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

L 1为进水口水溶液流速，S

1

为进水口截面积

L 2为出水口水溶液流速，S

2

为出水口截面积

S 1=πd

1

2/4 d

1

为进水口直径

S 2=πd

2

2/4 d

2

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=G1/2”，

蜗旋加速系统的出水口直径d

2=G1/16”

则L

2=64L

1

一般进水口流速L

1的选定范围为4—10米/秒，最高为20米/秒，因此出水口流速L

2

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污水净化的作用。

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污水净化的作用。

微纳米气泡与几种典型的物体运动速度对比

种类速度

氢气分子1768米/秒

步枪子弹700—1000米/秒

活性氧气泡256—1280米/秒

喷气式飞机278米/秒

高速铁路83米/秒

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。

2.4、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水质净化。

2.5、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。

3、水的污染机理

现在世界上大约有一半以上的水处于污染状态，污染的原因在于人类的活动向水中排放了大量的污染物，导致水的溶解氧消失，水失去了自净能力。

水的污染机理如下：

水分子之间以共价键结合，水分子与溶解氧之间也是以共价键结合，在共价键结合中，水分子贡献出电子参与共价键结合，相当于水分子被夺走了电子。当水中进入高浓度的污染物之后，水中的溶解氧被消耗掉，污染物同样以共价键与水分子结合，成为类似于胶体的污染团。

在没有外部电子供应的条件下，水分子无法获得电子，不能恢复独立水分子状态，也不能恢复水中的溶解氧，表现为水质处于严重污染状态。

4、水质净化还原原理-a

使用高能氧可以实现水质净化还原。

将高能氧（活性氧微纳米气泡）以高速射入污水中，极高的线速度和高能氧的离子作用，将在水中产生下述反应：

4.1.负氧离子团在液体中移动，使液体中获得负电子，负电子补充了水被夺走的电子，断裂了水与污染物的共价键结合，使部分水分子裂解：

H

2O ++ e———H+ + OH—（1）

因气泡水溶液高速运动导致部分水分子产生机械电离：H

2

O ——H++ OH—（2）

4.2.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 2O + (M —M)n （3）

H 2O + O 2+ E ——H 2O —O 2（4）

H 2O + O 3+ E ——H 2O —O 3（5）

其中M 为污染物，E 为粒子能量。

4.3.融入水中的溶解氧（O 2、O 3）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（H 2O 2）。

O 2+ e ———O 2—（6）

O 3 + e ———O 3—（7）

2H ++2e —+ 2O 2———H 2O 2+ O 2（8）

2H + + 2e —+ 2O 3———H 2O 2+ 2O 2（9）

4.4.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）（10）

OH—+ H

2O ——H

3

O

2

—（水氧基离子）（11）

4.5.气泡的动能和气泡破裂释放的爆炸能作用，断裂了污染物内部的化学键，活性氧阴离子、氢离子、氢氧根离子、羟基离子、水氧基离子、水和电子（H 2O+e —）等迅速对污染物产生氧化作用，完成对污染物的降解：

(M —M)2n +2nOH —+2nH +——(M —OH)n+(M —H)n

H 2S + H 2O 2+ 4e ———2H 2O + S

2NH 3+ H 2O 2+ O 2 ——N 2 + 4H 2O

………………..

从以上列举的化学反应方程式分析，高能氧在水体中发生多种微观量子化学变化，生成多种氧自由基，这些氧自由基在高能氧含有的粒子能量作用下，与各种污染物发生氧化反应，降解各种污染物，并实现污染物与水分子分离，从而完成水质净化还原。

5、应用领域

高能氧可以用于下述各个领域中：

5.1.工业水质净化及生活污水净化；

5.2.防止河流湖沼等产生蓝藻并消灭蓝藻及水质净化；

5.3.养殖海域、水域中病毒预防与水质净化；

5.4.灭活下水道、湖沼等系统中的大肠杆菌；

5.5.降低了自来水、工业用水、地下水等水质的氧化还原电位（ORP）；

5.6用于冷却塔和锅炉

5.6.1.除去并防止钙质、氧化膜、沉淀物附着；

5.6.2.除去并防止硅石附着；

5.6.3.防止水垢附着；

5.6.4.防止发生红铁锈；

5.6.5.抑制藻类发生；

5.7.灭活洗浴池中的军团类细菌；

5.8.改善水处理中的各种技术指标

5.8.1.电力消耗降低30%；

5.8.2.完全不需要使用各种化学药品；

5.8.3.降低了驱动循环水的水泵等机械设备电力消耗；

5.8.4.藻类发生了质的变化，无害化了；

5.8.5.氧化还原电位（ORP）稳定在200/mv左右。

此外，高能氧还可以用于水果清洗、工业清洗、造纸、美容洗浴、禽畜养殖除臭、空气除臭、垃圾填埋场后处理、医疗灭菌消毒等领域中。

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