Τι είναι
οι νανοφυσαλίδες;

Οι νανοφυσαλίδες είναι φυσαλίδες αερίου που έχουν τεχνητά δημιουργηθεί μέσα σε νερό, έχουν διάμετρο 70-120 nm και είναι αόρατες με γυμνό μάτι. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι μια νανοφυσαλίδα είναι 2.500 φορές μικρότερες από έναν κόκκο αλατιού, ενώ σε ένα 1 ml νερού (μια σταγόνα περίπου) χωρούν 700 – 900 εκατομμύρια νανοφυσαλίδες.
Οι νανοφυσαλίδες μπορούν να δημιουργηθούν με οποιοδήποτε αέριο και να διοχετευτούν στο νερό, σε οποιοδήποτε υδατικό διάλυμα, ακόμη και σε  ενεργό ιλύ.

Οι νανοφυσαλίδες, παρουσιάζουν δύο βασικές φυσικοχημικές ιδιότητες, οι οποίες μας προσφέρουν εντυπωσιακά οφέλη

Λόγω του εξαιρετικά μικρού (νάνο-) μεγέθους τους , οι νανοφυσαλίδες διαθέτουν ορισμένες μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες όπως, ουδέτερη άνωση εντός νερού, ισχυρά αρνητικό επιφανειακό φορτίο και πολύ μεγάλη επιφάνεια σώματος ανά μονάδα όγκου.
Οι ιδιότητες αυτές, κάνουν  τις νανοφυσαλίδες να μη συμπεριφέρονται σαν κοινές μικροφυσαλίδες αέρα μέσα στο νερό αλλά να συμπεριφέρονται πρακτικά, σαν ηλεκτρικά φορτισμένα κολλοειδή αεριούχα μικροσωματίδια.

Με την υψηλή τεχνογνωσία του οίκου Moleaer Inc. USA, που παγκοσμίως οδηγεί την επιστήμη των νανοφυσαλίδων, μπορούμε να εκμεταλλευτούμε και να εφαρμόσουμε αυτήν την τεχνολογία, για την βελτιστοποίηση κάθε δραστηριότητας όπου γίνεται χρήση ή επεξεργασία νερού: αγροτικές καλλιέργειες, ιχθυοπαραγωγή, επεξεργασία υγρών αποβλήτων,  βιομηχανικές διεργασίες, αποκατάσταση λιμνών και υδροταμιευτήρων.

Η εφαρμογή της τεχνολογίας νανοφυσαλίδων με μια γεννήτρια Moleaer Inc, προσφέρει στον χρήστη ή τον παραγωγό, άμεση αύξηση στον βαθμό απόδοσης της δραστηριότητας του, με ταυτόχρονη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, φυσικών πόρων και χημικών προσθέτων και τελικά σημαντικό οικονομικό όφελος.

Ιδιότητες των νανοφυσαλίδων

Οι περισσότερες ουσίες στη φύση, όταν έρθουν σε επαφή με μια πολική ουσία όπως το νερό, αναπτύσσουν ηλεκτρικό (συνήθως αρνητικό) φορτίο στην επιφάνειά τους. Αντίστοιχη συμπεριφορά έχουν και όλες οι φυσαλίδες αέρα, οπότε και παρουσιάζουν επιφανειακό ηλεκτρικό φορτίο. Όσο μικρότερη είναι η φυσαλίδα, τόσο ισχυρότερο είναι το επιφανειακό φορτίο. Οι νανοφυσαλίδες, λόγω ακριβώς του μικρού μεγέθους τους και της μεγάλης επιφάνειας τους ανά μονάδα όγκου, παρουσιάζουν ισχυρότατο αρνητικό επιφανειακό ηλεκτρικό φορτίο. Το φορτίο αυτό είναι που κάνει τις νανοφυσαλίδες να μην συσσωματώνοται μεταξύ τους και να προσκολλούνται επάνω τους, μικροσωματίδια που βρίσκονται στο νερό. 

Το «ζ-δυναμικό» αποτελεί μέτρο των ηλεκτροστατικών απώσεων μεταξύ σωματιδίων και του ηλεκτρικού φορτίου των σωματιδίων που αιωρούνται σε κάποιο υγρό. Χαρακτηρίζει τον βαθμό σταθερότητας των κολλοειδών.

Στα κολλοειδή, το ζ-δυναμικό είναι η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού στο ιοντικό στρώμα γύρω από ένα φορτισμένο κολλοειδές ιόν. Τυπικά, όσο υψηλότερο είναι το ζ-δυναμικό, τόσο πιο σταθερό είναι το κολλοειδές.

Το ζ-δυναμικό που είναι λιγότερο αρνητικό από -15 mV, αντιπροσωπεύει τυπικά την αρχή της συσσωμάτωσης σωματιδίων. Όταν το ζ-δυναμικό ισούται με μηδέν, το κολλοειδές θα καταβυθιστεί σε ένα στερεό.

Το ισχυρό αρνητικό «ζ-δυναμικό» που παρουσιάζουν οι νανοφυσαλίδες (έως και -19mV), εμποδίζει τη συσσωμάτωση μεταξύ τους, που σημαίνει ότι διατηρείται η ακεραιότητα και η μοναδικότητα των νανοφυσαλίδων μέσα στο υγρό, σε οποιοδήποτε βάθος, και για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.

Οι νανοφυσαλίδες διαμέτρου 70-120nm,  έχουν 400 φορές μεγαλύτερη εξωτερική επιφάνεια σώματος, σε σχέση με μια μικροφυσαλίδα διαμέτρου 40 μm. Η πολύ μεγάλη αυτή σχέση μεταξή επιφάνειας και όγκου των νανοφυσαλίδων, δημιουργεί μια ισχυρή επιφανειακή τάση που συνεισφέρει στην σταθερότητα τους.

Η μεγάλη επιφάνεια των νανοφυσαλίδων, προσφέρει ακόμη, αυξημένη διεεπιφάνεια για φυσικοχημικές αλληλεπιδράσεις με τα διάφορα μικροσωματίδια και ενώσεις που βρίσκονται στο νερό. Παράλληλα επιτρέπει την αυξημένη μεταφορά της μάζας οξυγόνου (ή άλλου αερίου) της νανοφυσαλίδας, από την αέρια φάση στην υγρή φάση.

Η εσωτερική πίεση αερίου μέσα στη νανοφυσαλίδα, υπολογίζεται σε περίπου 28bar! Στην πίεση αυτή οφείλεται η μεγάλη σταθερότητα και ανθεκτικότητα των νανοφυσαλίδων στο υδάτινο περιβάλλον.

Η ισχυρά υδρόφοβη επιφάνεια των νανοφυσαλίδων, οδηγεί σε ισχυρή έλξη με αντίστοιχα υδρόφοβες ουσίες όπως τα λίπη, τα έλαια και οι επιφανειοδραστικές ουσίες, βοηθώντας στις διεργασίες καθίζησης και καθαρισμού επιφανειών (scouring).

Η μεγάλη σταθερότητα και ανθεκτικότητα των νανοφυσαλίδων, οφείλεται στο πολύ μικρό μέγεθος τους, και την ισορροπία στα ηλεκτρικά φορτία και στην εσωτερική και εξωτερική πίεση. Αυτή η ισχυρή δομή, τις επιτρέπει να συμπεριφέρονται ως σκληρά και ανθεκτικά μικροσωματίδια καθώς συγκρούονται είτε μεταξύ τους είτε με το βιοφίλμ, το οποίο και καθαρίζουν από μια επιφάνεια.

Συμπεριφορά των νανοφυσαλίδων στο νερό

Όταν οι νανοφυσαλίδες διαχυθούν στο νερό ή σε οποιοδήποτε υδατικό διάλυμα, εμφανίζουν ουδέτερη άνωση και μεγάλη διάρκεια ζωής και έτσι παραμένουν και κινούνται μέσα σε αυτό για μεγάλα χρονικά διαστήματα.  Καθώς και το νερό αποτελεί μια πολική ένωση με εξίσου ιδιαίτερη φυσικοχημική συμπεριφορά, οι νανοφυσαλίδες αλληλεπιδρούν με τα μόρια του νερού και με τα διάφορα συστατικά που κατά περίπτωση περιέχει, παρουσιάζοντας μερικές από τις παρακάτω συμπεριφορές:  

  • Εμφανίζουν ουδέτερη άνωση και μεγάλη διάρκεια ζωής και έτσι παραμένουν και κινούνται μέσα σε στο νερό για μεγάλα χρονικά διαστήματα (μέρες  έως και μήνες). Αυτό ο μεγάλος χρόνος παραμονής επιτρέπει  να αλληλεπιδράσουν βιοχημικά, με το νερό και τα διάφορα συστατικά.
  • Μειώνουν την επιφανειακή τάση του νερού, αλλάζοντας έτσι μια βασική συμπεριφορά του και αυξάνοντας την διεισδυτικότητα του νερού στο έδαφος.
  • Διατηρούν την ακεραιότητα και την ατομικότητα τους και παραμένουν ανεξάρτητες, χωρίς να συσσωματώνονται μεταξύ τους, για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα. 
  • Λόγω του ηλεκτρικού επιφανειακού φορτίου τους και του υδρόφοβου χαρακτήρα τους, έλκουν και προσκολλούν γύρω από την επιφάνεια τους, υδρόφοβα και πολικά ιόντα (π.χ λίπη, έλαια και επιφανειοδραστικές ουσίες), λειτουργώντας ως κροκιδωτικό και θρομβωτικό μέσο.
  • Λόγω της πολύ ισχυρής δομής τους, συμπεριφέρονται ως ανθεκτικά και σκληρά μικροσωματίδια που συγκρούονται με το βιοφίλμ και το αποκολλούν από μια επιφάνεια.
  • Διαλύονται με βίαια έκρηξη κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, διασπώντας τα λίπη και τασιεργά που είχαν προσκολληθεί επάνω τους
  • Με την έκρηξη τους, και λόγω των ηλεκτρικών ιδιοτήτων τους, παράγουν ελεύθερες ρίζες ROS με ισχυρή οξειδωτική δράση και αυξάνοντας το δυναμικό ORP.  Λειτουργούν έτσι ως βιοκαταλύτες που επιταχύνουν τις βιολογικές και βιοχημικές διεργασίες.

Εφαρμόζοντας τις ιδιότητες των νανοφυσαλιδων στο νερό και στα υγρά απόβλητα

Οι νανοφυσαλίδες, παρουσιάζουν δύο βασικές φυσικοχημικές ιδιότητες, οι οποίες μας προσφέρουν εντυπωσιακά οφέλη:

  • στην αγροτική παραγωγή και τις καλλιέργειες
  • στο φυσικό περιβάλλον και σε όλα τα επιφανειακά νερά (λίμνες, θάλασσα, υδροταμιευτήρες)
  • σε κάθε εγκατάσταση φυσικοχημικής και βιολογικής επεξεργασίας υγρών αποβλήτων
  • σε διεργασίες διαχωρισμού ή ανάκτησης πρώτων υλών μέσω επίπλευσης

1) Λόγω της μικρού μεγέθους τους και της φυσικοχημικής σταθερότητας τους, οι νανοφυσαλίδες εμφανίζουν ουδέτερη άνωση, με συνέπεια να μην ανέρχονται στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού όπου θα «σκάσουν», αλλά να παραμένουν αιωρούμενες στο νερό για μεγάλες χρονικές περιόδους (μέρες έως και εβδομάδες), μέχρι να διαχύσουν όλο το αέριο στο υγρό και να διαλυθούν.

Ιδιότητες & συμπεριφορά των νανοφυσαλίδων

Στο διάστημα αυτό, οι νανοφυσαλίδες κινούνται ακανόνιστα και με τυχαία διεύθυνση* μέσα στο υγρό, συμπεριφερόμενες ως ηλεκτρικά φορτισμένα  κολλοειδή σωματίδια, που συγκρούονται, προσκολλώνται και αλληλεπιδρούν με τα διάφορα συστατικά του υγρού. 

Οι πλευστικά ουδέτερες νανοφυσαλίδες, παραμένουν αιωρούμενες στο νερό για μέρες έως και μήνες πριν διαλυθούν. Όσο καταναλώνεται το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό και συνεχίζεται η βιολογική ζήτηση οξυγόνου, οι νανοφυσαλίδες, λειτουργώντας σαν μια μπαταρία οξυγόνου, συνεχίζουν να διαχέουν επιπλέον οξυγόνο, διατηρώντας έτσι υψηλά, τα επίπεδα DO. Ταυτόχρονα, αλληλεπιδρούν ηλεκτροχημικά με τα μόρια του νερού, μεταβάλλοντας προς το ευνοϊκότερο τις χημικές ιδιότητες και τη συμπεριφορά του (όπως π.χ. να μειώνουν την επιφανειακή τάση του νερού, για την άρδευση καλλιεργειών).

(*κίνηση Brown – Brownian motion)

2) Οι νανοφυσαλίδες, όταν τελικά διαχύσουν το περιεχόμενο αέριο τους ή δεχθούν άλλες εξωγενείς δυνάμεις, χάνουν τη σταθερότητα τους και συνθλίβονται βίαια εντός του νερού. Η πολύ έντονη αυτή έκρηξη, σε συνδυασμό με το ισχυρό επιφανειακό φορτίο τους, παράγει ελεύθερες ρίζες ROS (π.χ. υδροξυλία -OH), οι οποίες αυξάνουν το οξειδοαναγωγικό δυναμικό (ORP ή RedOx) του υγρού, από αρνητικές ή ελαφρά θετικές τιμές mV σε υψηλά θετικές τιμές (>400mV, έως και 1000mV). 

Δημιουργείται έτσι – χωρίς τη χρήση χημικών ουσιών – ένα περιβάλλον με ιδιαίτερα ισχυρό οξειδοαναγωγικό δυναμικό, το οποίο ευνοεί τις βιοχημικές αντιδράσεις και την βιοχημική οξείδωση των επιβαρυντικών οργανικών και ανόργανων συστατικών του νερού και των υγρών αποβλήτων. Ως αποτέλεσμα,  μειώνονται οι ανεπιθύμητες οργανικές και ανόργανες ενώσεις του νερού, αναπτύσσονται τα ωφέλιμα βακτήρια και παράλληλα καταστέλονται τα παθογόνα μικρόβια, και απολυμάνεται το νερό και το δίκτυο μεταφοράς του από το biofilm.

ORP_INCREASE_WITH_NB

Πως λειτουργεί η γεννήτρια νανοφυσαλίδων της Moleaer, USA

Η γεννήτρια νανοφυσαλίδων της Moleaer USA, αποτελεί μια πατενταρισμένη και εξαιρετικά αποδοτική τεχνολογία διάλυσης οξυγόνου στο νερό και δημιουργίας νανοφυσαλίδων αέρα (ή οποιουδήποτε άλλου αερίου) στο υδατικό διάλυμα.

Ανάλογα με το επιλεγόμενο μοντέλο Moleaer και τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής, το αέριο που εκχέεται για τη παραγωγή νανοφυσαλίδων μπορεί να είναι:

  • ατμοσφαιρικός αέρας, με 21% περιεκτικότητα καθαρού Ο2.
  • καθαρό οξυγόνο μέσω της ενσωματωμένης γεννήτριας παραγωγής Ο2 ή  σύνδεσης με φιάλη οξυγόνου.
  • καθαρό όζον Ο3, μέσω της ενσωματωμένη γεννήτριας. παραγωγής όζοντος.
  • άλλα βιομηχανικά αέρια σε φιάλη, π.χ. Η2, CO2

Η γεννήτρια Moleaer συνδέεται εύκολα μέσω απλών σωληνώσεων, με τη δεξαμενή αποθήκευσης ή  επεξεργασίας του υγρού.

Η ανακυκλοφορία του νερού ή υγρού στη δεξαμενή, γίνεται μέσω της ενσωματωμένης αντλίας της γεννήτριας ή ξεχωριστής εξωτερικής αντλίας.

Σε περίπτωση που υπάρχει υφιστάμενη αντλία και δίκτυο ανακυκλοφορίας του υγρού, η γεννήτρια μπορεί εναλλακτικά να συνδεθεί απ’ ευθείας σε αυτό.

Με την έναρξη της λειτουργίας της, η γεννήτρια Moleaer, επιτυγχάνει άμεσα τη διάλυση του τροφοδοτούμενου οξυγόνου σε ποσοστό >85% με κύριο σκοπό την αύξηση του διαλυμένου οξυγόνου του νερού ή την δημιουργία τρισεκατομμύριων νανοφυσαλίδων αέρα (με ενδεικτική συγκέντρωση 700 – 900 εκατομμύρια νανοφυσαλίδων σε μια σταγόνα νερού) για την στοχευμένη φυσικοχημική αντίδραση με το νερό και τα διάφορα συστατικά του.