微氣泡之污水處理

我是Ms.D,水污染是地球主要問題之一,並且為世界死亡和疾病的主要黑手。開發中國家面臨著嚴峻的水污染問題,已開發國家亦然,例如,美國最新水質告稱,受調查的溪流中的44%,湖泊中的64%,灣與江口的30%受到污染,而在印度每天約有580人死於水污染有關的疾病。

 

那台灣呢?根據環保署的資料,全台50條主要河川中,近四分之一的河段認定為中度及重度汙染,不宜飲用和灌溉,其中汙染程度最嚴重的是北港溪,近25%的河段都遭嚴重汙染,水污染是當務之急,而微氣泡將是解決方法之一。

 

微氣泡的發現Start!! ( 本篇實驗從此篇Free-Radical Generation from Collapsing Microbubbles in the Absence of a Dynamic Stimulus)

事前準備


(圖三)

(A)普通水箱。

(B)操作開始後的示意圖。

(C)微氣泡使水呈牛乳狀。

(D)在關閉設備約2分鐘後,由於微氣泡上升和坍塌,水又開始變得透明,關閉發生器後約5分鐘,水變得完全透明。

 

事實證明

三組測試:坍塌的微氣泡將產生自由基。

Test 1:由電子共振ESR(光譜)測試


(圖五)表明烷基是由污染物產生(光譜不穩定)


(圖六)含0.18 M硫酸的ESR光譜,產生微氣泡羥基自由基(光譜不穩定)


沒有微氣泡的情況下,DMPO(化合物)或添加硫酸都不會誘導自由基產生

 

Test 2:在四個階段過程中測試了微氣泡產生分解苯酚的能力

(圖7)加入酸類化合物到微氣泡水中,水中將跟污染有機物產生反應,產生更多自由基,並且是更強的氧化劑微氣泡,使得污水有機物可以得以分解

 

Test 3:在整個80分鐘的測試中,PFOA(化學物)的質量均保持不變,表明微氣泡坍塌不會導致“熱點”的產生。

 

實驗結果

在坍縮的微氣泡處的瞬時高密度離子描述了自由基產生的現象,並且周圍的離子可能會影響所產生的自由基的類型

(圖8)驗證微氣泡塌陷產生的自由基在有機化學物質分解中的應用。


污水(苯酚)通過微氣泡處理後,產生各類型羥基自由基,不會增加任何刺激性的副作用,對於微氣泡的未來實際應用將是重要的。
 

微氣泡水中小學堂

  1. 正常的大氣泡在水面迅速上升和破裂,而微氣泡在水下較能長時間保持穩定,周圍氣體溶解逐漸減小其尺寸,最終消失
  2. 自由基的產生是微氣泡在劇烈坍縮過程中引起的極高溫度而產生的
  3. 坍塌微氣泡產生自由基的技術可用於廢水處理


參考資料

Free-Radical Generation from Collapsing Microbubbles in the Absence of a Dynamic Stimulus
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