环保多相流高效分离技术与设备研究团队-微纳气泡-江苏舍科科技股份有限公司

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环保多相流高效分离技术与设备研究团队-微纳气泡

发布时间：

2026-01-21

微纳米气泡具有比表面积大、上浮速度慢、传质效率高、表面带电荷、产生大量羟基自由基等特点，目前已经广泛应用于矿物浮选、污染治理、生态修复、水产养殖、果蔬清洗、洗浴保健、无土栽培、化工反应等领域。将微纳米气泡作为一种过程强化手段，最早由日本研究学者提出并迅速发展。按照国际标准化组织(ISO)的分类标准，粒径低于100μm的气泡称为微细气泡，微纳米气泡主要由粒径在10~50μm的微米气泡和粒径小于200nm的纳米气泡组成。能够稳定产生大量的微纳米气泡是将其应用于过程强化领域的前提和关键，按照成泡机理划分，微纳米气泡产生技术可分为溶气释放式、引气分散式、微孔散气式、旋流剪切式、多相泵送式、电极电解法、超声空化法、化学反应法等几大类。溶气释放式是使气体在一定压力下溶解于水中并达到过饱和状态，然后设法使溶解在水中的气体（溶气水）以微细气泡（气泡直径为20~100μm）的形式从水中析出。引气分散式又称为诱导分散发泡，具体又可分为以文丘里管或射流器负压引气为典型特征的水力诱导分散发泡、以叶轮旋切负压引气为典型特征的机械诱导分散发泡，工程实际中的旋切式浮选机、涡凹气浮(Cavitation Air Flotation，简称CAF)系统等都应归属于此种机理；当然，还可通过压缩机等将目标气体正压泵送到来水管道内，在紧随其后的静态混合器内实现气液混合，产生较为致密的湍流气泡流。微孔散气式是当带压气体通过微孔介质层时，会被其上的多微孔剪切分散成微细气流，进而在液体的流动剪切作用下形成微小气泡；虽然该方法可通过调整微孔介质孔隙尺寸特征、气液间压力差等调节所产生微细气泡的质量，但若微孔介质孔径过小，则易被固体颗粒及黏性组分等堵塞，维护费用较高。旋流剪切式是在射流发泡技术基础上发展而来的一种较为新颖的发泡技术，主要是利用旋流效应提高湍流界面脉动程度和附加局部剪切应力来实现对气泡的剪切破碎作用，根据诱导旋流方式不同可分为轴向旋流式和切向旋流式两种，但都存在气泡质量受初始气相分布影响较大等缺点。多相泵送式是随着气液两相混输泵送技术逐步发展而产生的新型微细气泡产生方式，典型设备就是气液混合泵，如德国Edur气液混合泵、加拿大ONYX™微细气泡泵、日本尼可尼(Nikuni)气液混合泵、国内的离式螺旋微气泡泵等。电极电解法是采用不溶性的阳极和阴极、通入5~10V的直流电，直接电解水而产生氢和氧的微细气泡（在阳极析出氧气、在阴极析出氢气），同时完成氧化还原反应，缺点是电耗大、气泡产量小、电极板极易结垢；当采用可溶性阳极（如Fe、Al等）时，同时具有氧化还原和化学反应的作用。超声空化法通过向液体辐射超声波，基于超声波的空化原理，在超声波负半周时液体被拉伸产生负压，当负压低于液体空化压力时引发液体内部空化，产生微米级气泡；缺点是不能连续产生微气泡，且功耗比较大、效率偏低。化学反应法通过使用化学物质发生化学反应来产生微细气泡，例如有学者利用金属钠和水反应而获得大量氢气微气泡，也有人使用过氧化氢分解获得大量平均直径为3μm的氧气微气泡；缺点是使用化学试剂产生微气泡成本过高，而且容易造成水的二次污染。通过上述简单介绍不难看出，真正在工程实际中能够大规模推广应用的微纳米气泡产生技术应该从溶气释放式、引气分散式、微孔散气式、旋流剪切式、多相泵送式5种类型上去努力。当然，目前还出现了一些组合式微细气泡产生技术，例如将射流负压吸气和静态混合器相结合的管式混合气泡发生器，综合运用微孔散气成泡、文丘里管成泡和旋流成泡等微气泡发生技术的管式微细气泡发生器等。