行业应用 – NANOscientific微纳米气泡

膜&滤料清洗(Membrane & Filter Cleaning)

膜（超滤膜和微滤膜等）与滤料一般都可以归类为多孔表面和多孔介质，在使用过程中，经常受到堵塞和污染的困扰，污染包括有机污染、无机污染和生物污染等，污染一般都会同时出现。传统上，一般采用在线水流反冲洗（适当添加化学药剂）的方式解决污染和堵塞问题，由于边界层的存在和扰动效果差，后续增加了气液反冲洗，通过同时通入清洗水和压缩空气的方式进行反冲洗，由于压缩空气的使用，可以很大程度提高反冲洗效果。

然而，在很多情况下，尤其是有机、生物污染严重的系统，气液反冲洗容易形成沟流，生物污染尤其是有机污染一般都集中在水流速基本为零的边界层内部，根据贝努力方程，该区域静压力高，气体不易到达，造成反洗效果无法进一步提高。

微米气泡可以非常有效的解决上述问题，由于微米气泡的弛豫时间短，浮力小，减薄边界层、提高边界层孔隙率（有效进入边界层）、可以非常有效的对边界层内部、固体表面进行扰动，提高污染物玻璃效率，进一步地，极少量的表面活性物质可以更有效的提高微米气泡的稳定性和对于疏水有机物、微生物的吸附力，反洗效率大大提高。

对于RO膜、渗透汽化膜、膜蒸馏等的清洗，在上述边界层扰动同样起到非常重要的作用，同时，由于RO膜内孔隙小（膜蒸馏过程主要是结晶层厚度小），微米气泡气泡在塌陷过程中形成空穴造成微空间的高速水流冲击对于RO膜的清洗效果提升非常明显。

RO膜污染一般可以分为悬浮颗粒污染（多为无机物）、不溶性有机物（一般有粘性）、溶解性有机物（也伴有粘性）、无机盐、余氯、微生物污染，一般而言，微米气泡应用在含有少量表面活性剂的清洗环节的效果最好，无表面活性剂时，微气泡的稳定性较低，但表面活性剂浓度过大时，产生泡沫量过大，不仅影响环境、且泡沫的形成会影响微气泡对于边界层的扰动，分散性和吸附能力也随之下降。对于和酸性清洗液和碱性清洗液的搭配，也要视污染物类型的不同而进行选择，此外，微气泡的应用间隔、气体的类型、气泡密度等都需要根据工程实际情况来进行选择。

3年来， NANOscientifc一直在持续研究微米气泡对于RO膜、汽化膜清洗技术，并积累了大量工程数据。NANOscientifc在多个RO膜在线或离线清洗工厂都得到了相近的结论，当RO膜的污染相对单一，污染程度较低或普通反洗效果较好时，微气泡的加入对进一步提高清洗效果的作用不大，然而，当RO膜污染较为严重、普通反洗效果较差时，微气泡的加入对进一步提高清洗效果的作用则非常明显，同时，清洗效果提高对于某些特殊污染的针对性非常好，配合不同的药剂，可以进一步提高RO膜的清洗效果。

对于膜蒸馏过程，除上述清洗机理外，微气泡的表面电荷有效的形成结晶核，从而降低膜表面结晶过程和结晶几率，文章发表在国际核心期刊WATER RESEARCH上。

供水管道&冷却塔抑菌消毒(Water Pipeline & Cooling Tower Disinfection)

无论是工业、食品、医药、电子等等行业，大量工艺都需要纯水系统，而几乎所有纯水系统都需要定期进行消毒处理，以防止工艺用水和纯水处理设备受到细菌的污染。

不断增长的环境挑战需要更可靠的解决方案来减轻能源和水的消耗，减少化学品的使用，并有效应对紧急卫生需求。NANOscientific创新的微纳米气泡臭氧水净化系统可以帮助客户获得更高质量的生产工艺用水，改进净化、消毒流程，降低运行成本。与化学品相比，微纳米气泡臭氧水处理在实现管线消毒的同时可以去除水中异味和部分溶解性有机污染物，更有效去除管道附着的生物膜和有机污染，无需采购、运输和储存化学品，无化学残留物。

越来越多的证据表明，纯水工艺制备的生产用水并不像之前所认为的那样没有病原体和微生物。此外，在许多情况下，工艺水在工艺之前或过程中被交叉污染。在这些情况下，必须进行消毒和灭菌处理，以保持可接受的低水平微生物和有机物含量。美国环保局（EPA）报告指出，臭氧是纯水最有效的消毒剂。事实上，它比氯更有效地对抗微生物，包括抗氯隐孢子虫和贾第鞭毛虫，臭氧还可以在没有任何有毒残留物的情况下，破坏工艺用水中的氯副产品、杀虫剂和有毒有机化合物；此外，纯水臭氧消毒的接触时间一般不超过15分钟，同时无需对水线进行过多的调整。

从食品饮料、制药到半导体生产，大量生产工艺中均需要对纯水管道进行消毒和杀菌处理，长期以来，客户一直使用化学品和热水作为标准溶液进行管线CIP消毒。如今，臭氧水，尤其是更有效的微纳米气泡臭氧水技术为客户带来了更高效、更可靠、更简单、更绿色的管线净化消毒方式。臭氧是目前最有效的消毒剂，在管线消毒过程中可以完全取代传统的次氯酸盐、过氧乙酸（PAA）和过氧化氢等化学制剂。其对于微生物的灭活时间可以缩短20倍，臭氧制备过程无需化学品，使用后迅速自然分解为氧气，无任何化学品残留。

微纳米气泡的引入，令臭氧消毒过程更加高效，同时对于管壁的清洗和抑菌也有明显的作用，微米级气泡对于边界层内部的扰动作用，以及自身的带电性，可以对管道内壁粘附的微生物、有机物进行有效的清楚、净化，在提高消毒效果的同时，深度清洁管道内壁，从而抑制了后续微生物滋生。相比溶解态臭氧分子直接作用在细菌细胞膜上，纳米气泡由于尺度小，可以通过非扩散方式穿透细胞膜，从而直接作用在细胞内部，进一步提升臭氧的消毒效果。

冷却塔应用于空调冷却系统、发电、汽轮机、空压机、工业水冷却等领域，应用最多的为空调冷却，是楼宇等空调系统冷却水散热的主要设备，对制冷机组的工作效率影响巨大，对于大型楼宇，冷却水降低1℃，可能意味着每月节约数万元的电费，因此，冷却塔的散热效果至关重要。

当前，最为常见的冷却塔一般采用顶部喷淋、顶部进风的逆流接触式，并在其间采用铝板、玻璃纤维板增加气液接触面积，达到降低循环水稳定的目的。由于大多冷却塔暴露在空气中，不可避免的有光照射入，导致冷却塔内部接触面滋生细菌、藻类、真菌等，不仅污染冷却水、管道和冷却塔，还会造成管道堵塞、散热能力下降等，由于微生物膜热阻大，大量滋生后导致整个冷却塔冷却效率下降明显，最终造成空调系统能耗增加。

冷却塔消毒目前一般有固定的清洁公司负责，使用化学消毒剂、如次氯酸钠等对冷却塔内进行喷洒消毒，不仅消耗人工、药剂、造成二次污染，同时，由于整个消毒过程是定期进行的，在每次清洗消毒的中后期，微生物污染已经较为严重，整个周期内对于空调系统的额外电能消耗已经不可忽略。

NANOscientifc微米气泡臭氧在线冷却塔消毒技术非常有效的解决了上述问题，采用在线臭氧消毒系统，整机直接安装在冷却塔进水管道上，无需人员维护，整个系统根据冷却塔出水ORP在线控制运行，全年自动运行，全年所消耗的电费几乎可以忽略不计。更令人兴奋的是，微气泡的引入，不仅完美解决了冷却塔细菌和藻类滋生的问题，进一步地，由于微气泡对于边界层的扰动作用（强化边界层内热传导），以及巨大的比表面积，可以提升冷却塔的散热效果、甚至底部降低风量和风压，从而进一步节约能耗。

NANOscientific非常关注微气泡对于散热过程的提升作用。，微气泡对于散热效果的提升无论从理论上和实际工程数据上都是毋庸置疑的，然而，该技术无法在实际工程中得到应用的主要原因是传统微米气泡发生技术能耗高，发生技术复杂、设备成本高。但是，从理论上，一个微气泡形成所需要的能量，简单的可以认为是由于气泡在液体内部形成，造成液体表面积增加而需要外部提供的表面自由能，我们将该过程看做是一个等温等压过程，则

dG=σdA

以20μm的气泡为例，生成一个气泡所需要的能量约10-10J，以每升水中产生1亿个微米气泡计，其所消耗的能量大约相当于1mm水力损失，这在供水系统中完全是可以忽略不计的。也就是说，从理论上，只要有效控制微气泡发生过程所需的能耗，完全可以利用微气泡巨大的比表面积、停留时间长、弛豫时间短和边界层扰动等特性，有效提高冷却塔的散热效率，节约能耗。

根据NANOscientific的经验，加压溶解、减释放过程形成高密度微米气泡过程的能耗与水利剪切形成微米气泡过程的比能耗似乎相差不大，一般都在理论能耗的3-5个数量级，且各有优势，采用微孔曝气法形成微气泡过程的比能耗似乎可以低0-1个数量级，但其由于发生密度低，易堵塞，在散热过程中的应用可能性不大。多年来，NANOscientifc低能耗微气泡发生技术上取得了一些进步，通过结合微孔曝气、水力剪切和减压释放各自有优势，提出一套具有自主知识产权的新颖的微气泡发生方式，其能耗相比现有技术有较大优势，我们也将该技术引入到臭氧微米气泡管道消毒系统中，希望随着技术的不断提高，进一步降低微米气泡发生能耗，更有效的提高冷却塔和其他工艺的散热效率。

超高浓度富氢水&富氧水生产(Super H2/O2 Enriched Water Manufacturing)

近年来，随着经济水平的不断提高，人们对健康、生活品质都有了更高的要求。同时，由于在疫情防控和治疗过程中展现出的作用，以钟南山院士引领的一批专家学者开始呼吁关注和重视氢医学、氢健康。吸氢、饮氢和氢浴对多种疾病、尤其是免疫系统的疾病有非常明显的预防和治疗效果。

活性氧自由基会损伤基因（DNA），还会生成过氧化类脂等老化物质。活性氧不仅会使细胞老化，还会使机体免疫力下降，引发心肌梗塞、中风、动脉硬化、糖尿病、肝功能异常、痴呆症、痛风、胃溃荡、肺气肿、白内障、皮肤斑和皱纹、特异性皮炎等疾病。同时，引起细胞癌变的基因损伤和基因突变也都与活性氧有关。而氢分子很重要的一个特性就是选择性抗氧化。当人身体补充氢分子后，氢气与体内的“毒性氧自由基”进行反应(H2+O=H2O)，生成水排出体外，从而达到抑制上述氧化损伤的目的，我国著名氢医学专家曾表示，氢气对60多种人类常见疾病具有很好改善作用，并指出，饮用的富氢水中氢气含量不应低于2.0ppm，对于溶解态的氢气，其浓度越高效果越好。

富氧水相比富氢水，争议较多。很多专家、学者认为，呼吸是人体吸收氧气的最主要途径，通过饮用富氧水对身体进行增氧意义不大，因此否定富氧水的作用。而另外一些学者确非常认可富氧水的贡献，实际上，肠道的氧吸收途径也是近年来的颠覆性研究成果之一，通过小肠绒毛柱状上皮细胞的腔面膜进入人体血液的速度比人由呼吸系统获得的氧要快10倍左右。可以迅速补氧、恢复体力、提神醒脑、促进新陈代谢、增加皮肤的活性弹性。前苏联医学博士C.M.Ewarsak和医学家N.V.Sirctin在“人类呼吸调整”及“肠胃的氧气疗法”中指出“通过肠胃必能供氧，而且比通过呼吸供氧更为有效。匈牙利科学院化学博士Balla在论文中指出“饮料中的氧分子，能很快进入人体血液中，从多个实验报告中显示，从胃肠系统吸收氧的速度比呼吸系统吸收氧的速度要高出10倍。

NANOscientifc在2020疫情期间，也有幸参与了因新冠病毒引起的肺无力、肺衰竭病人静脉滴注纳米氧气泡维持机体供氧的技术和设备开发，深知在人在丧失肺部呼吸能力后，通过其他途径供氧是有多么重要的意义。同时，NANOscientifc也了解到，对于高海拔、强烈运动后的人群，饮用富氧水还是有比较明显左右的。

饮用的富氧水的氧气含量一般不低于35ppm，有些厂家的富氧水可以达到50ppm，当前对于饮用而言，浓度越高效果越好。

传统的含气饮料主要是碳酸饮料，由于CO2的溶解度高，且在水溶液中存在电离平衡，因此不存在二氧化碳浓度不足问题，但对于H2和O2而言，尤其其在水中的溶解度低，想要达到较高的液相浓度就较为困难，由于液相分压低，不经过有效溶解的水，即使采用等压灌装，也无法达到满意的液相浓度。

近年来，NANOscientific一直尝试通过纳米气泡技术来制备高浓度的富氢水和富氧水，利用纳米气泡停留时间长、稳定性好的特点，内部压力高的特点，将富氢水或富氧水的浓度大幅提高。目前，我们可以将富氢水浓度提高到7.2mg/L（in water），富氧水浓度提高到135mg/L（in water），但理论上可以达到的数值应该高的多，我们也将继续努力。

值得注意的是，尤其对于原本生产瓶装饮用水准备转型生产富氧水和富氢水的企业而言，需要考虑的不仅仅是水中氢气或氧气浓度越高越好的问题，更高的液相气体浓度，意味着对于整个生产流程技术要求的大幅度提高，同时还会引发很多其他问题。比如，氢气由于分子小，渗透性强，PE,PP等普通饮料瓶是无法用于氢水包装的，否则会造成氢气通过瓶身扩散，内部浓度迅速下降；而对于高浓度富氧水而言，平衡压力会造成传统瓶盖的密封出现严重问题….，等等。

晶圆&玻璃基板表面清洗SILICON WAFER&GLASS SUBSTRATE SURFACE CLEANING

晶圆和玻璃基板表面清洗领域，表明微颗粒污染是清洗难度最大的，也是NANOscientific关注的重点。在这里需要注意的是，虽然晶圆和玻璃基板关注的都是颗粒污染，但原理上大不相同，对于玻璃基板，其表面主要是稳定的SiO2，纳米、亚微米、微米级颗粒在固体表面上的吸附，主要受到范德华力、色散力（伦敦力）、静电像力和双电层力影响，上述吸附引力的范德华力可以达到微颗粒自身重力的100-1000万倍，甚至更高。而晶圆其表面主要是不稳定的Si，最难处理的颗粒是与晶圆表面Si原子以共价键结合在一起的Si系颗粒。也可以说，玻璃基板主要的颗粒污染是以分子间引力作用粘附在玻璃基板表面的，而晶圆表面的微颗粒则是通过化学键与表面结合的。

另一方面，玻璃基板微颗粒主要是微米和亚微米颗粒，粒径一般在0.1-30微米左右；而晶圆表面微颗粒主要是纳米级颗粒，粒径一般在45-200nm。

NANOsceintific在玻璃基板清洗过程中主要利用微纳米气泡减薄边界层以及纳米气泡对于微颗粒的杠杆作用来实现微颗粒的深度去除，而在晶圆清洗方面，则是通过纳米气泡提高纯水中臭氧浓度，利用臭氧水将晶圆表面快速氧化形成SiO2稳定薄膜，以防止污染物与Si表面的化学结合；而对于已经形成共价键的颗粒，则通过纳米气泡臭氧水将整个平面氧化池均匀化后，利用氢氟酸的刻蚀作用，打开共价键，实现颗粒的剥离。

纳米气泡增氧&水体修复（Nanobubbe Aeration & Water Renovation）

研究表明，水中交替变化的静水压，对于藻类有一定的破坏作用，导致其细胞膜塌陷破损，造成无法修复的损伤。同时，纳米气泡由于表面带有电荷，容易吸附在藻类细胞表面，从而造成藻类密度发生变化，导致藻类自身浮力调节系统失效，最终造成死亡。

纳米气泡增氧对于净化水质、改善底泥缺氧以及对于贫营养水库尤其是水源地水底生态多样性的研究多有报道。采用传统的增氧过程以图改善底泥缺氧情况的努力往往收效甚微，其原因就在于氧难以在泥水界面以及底泥中存在一定时间。由于纳米气泡的尺寸小，几乎不受浮力影响；研究表明，做布朗运动的纳米气泡可以在水中存在数周的时间，实现持续底泥增氧。

NANOscientifc一直提出这样的设想，传统曝气，在计算曝气效率的时候，所检测的指标为溶解氧，也就是水相中的溶解氧浓度，例如，1m3的立方体水中，若溶解氧浓度为2mg/L，则说明水中溶解的氧分子总量为2g，即需要向水中增加2g的氧气，才能令水中的溶解氧达到2mg/L；但是，如果我们来看微生物生存的环境，对其影响最大的，其实是其周边的水环境中的溶解氧水平，这里我们暂时不考虑氧气纳米气泡以非扩散方式进入微生物的供氧途径，另一方面，我们知道，附着型微生物是消耗氧气、净化水质的大户，包括菌胶团在内的各种存在形式，我们假设微生物覆盖着底泥表面，以10μm作为边界范围，那么，微生物摄氧的水体积约为10-5m3，我们假设在整个周期内，那么气泡最终以吸附的方式停留在泥水界面上，你那么我们只需要提供2×10-5g的氧即可满足微生物的需氧量。

这使低能耗底泥增氧、修复成为可能。

微气泡流体示踪播核系统（Microbubble Seeding For PIV & LDV）

众所周知，微气泡在流体模拟、水力测试装置和系统中有着重要作用，如空化水洞、水力环流回路、泵、阀门和涡轮机试验设施、拖曳水池等。微气泡还可以用于模拟不同压力和速度条件下不同空隙率或气泡尺寸分布的真实两相流。为了准确处理这些问题、优化模拟原型条件，需要大量的理论和实验技术，如包括：

对于溶解过程的控制，从气体分子通过气液相界面进入液体分子内部，形成分散在液体分子直接的气体分子或分子簇，通过控制环境条件如压力、温度等，精准控制气体分子数量和存在形式，准确掌握其分子热运动规律；

控制成核过程，通过经典成核理论通过热力学判断成核条件，通过爱因斯坦自由程方程和衍生方程判断分子簇合并速度与几率，控制成核数量和尺寸，一般为10-50μm的气泡，

气液分离过程，一般指自由气体的脱离，如脱气过程。

另一方面，还需要有专门的测量技术、示踪技术来对气泡以及其运动状态进行测量，其中包括测量乳液和溶解气体中气泡的空隙率和大小的装置等，包括微探头、敏感度计、磁化计、溶解氧仪、极谱仪等等，当用于流体示踪时，大多采用LDV和PIV方式进行测量。

当空化水洞中溶解空气浓度过高时，试验段有产生高浓度空化核甚至两相流的风险。这是必须避免的，因为它对噪声的产生和衰减、气蚀、可视化、性能等有很大的影响。为了消除这些不必要的影响，通常需要降低循环水的溶解气体含量。

水洞中的空化核数对空化效应有很大的影响，包括初始条件、性能、侵蚀或噪声，一般地，引入最小成核的临界压力Ps，将空化起始参数σi与水的“成核敏感性”联系起来，最小成核的临界压力Ps是它爆炸并产生空化泡的压力，实际上可以将其考虑为大曲率小气泡成核时的气液界面的饱和蒸气压。

δ_i=(P_∞-P_s)/(1/2ρU_∞^2 )

实际上，当气泡尺寸达到100μm左右时，该值基本等于液体饱和蒸气压，在脱气条件下时基本为负值。

同时，模型空气核的数量还要考虑到模型和原型的缩小比例，气泡生长等问题。因此，目前最好的解决办法仍然是在隧道水中注入小粒径的微米级气泡，这些微气泡必须足够大，以使临界压力与水蒸气压力差值不至于过大，但又要足够小，从而弛豫时间、浮力等不会对流量和相关测量产生虚假影响。遗憾的是，上述播核过程到目前为止仍没有非常有效的控制，无论在气泡尺寸稳定性、数量稳定性上都很少能做到有效控制，也没有标准化的操作流程，大多数实验室仍然只能间接的控制水中溶解空气含量（如溶解氧）来间接判断和控制播核过程。NANOscientific作为从事细微气泡技术的气液，对上述问题，到目前为止也无能为力，尽管我们已经可以相对粗糙的控制细微气泡密度和尺寸分布，并且有进一步提升的空间，但我们仍然认为采用负压释放的方式，即大尺度气泡生成技术来进行示踪实验，并不是解决问题的最好途径，我们认为，大规模的狭小流场气泡生成技术将会是未来解决上述问题的最终出路，NANOscientifc进入微流体（micro fluid）领域时间较短，但受益于丰富和专业的CFD知识以及精密加工技术，我们可以很快的初步掌握微流体气泡发生技术，从气泡发生数量、尺寸方面，尽管目前为止，受加工工艺的限制，10μm气泡仍是一个较难突破的瓶颈，未来完全可以满足流体示踪的需要。

土壤改良&作物增产 SOIL IMPROVEMENT & PLANT YIELD INCREASE

纳米气泡在农业和养殖领域的应用，国外的研究和数据较多，从已发表文章上的数据来看，纳米气泡，包括不同气体的纳米气泡对于农作物、水产和动物（小鼠）的生长有比较明显的作用。例如，日本学者的研究表明，在农作物种植方面，纳米气泡水显著提高了油菜的株高（19.1cm对16.7cm）、叶长（24.4cm对22.4cm）和空气鲜重（27.3g对20.3g）；在正常水中，甜鱼的总重量从3.0公斤增加到6.4公斤，而在纳米气泡水中，则从3.0公斤增加到10.2公斤。此外，虹鳟鱼的总重量在正常水中由50.0公斤增加到129.5公斤，而在气泡水中由50.0公斤增加到148.0公斤。与正常水相比，自由口服含氧纳米气泡水显著增加小鼠体重（23.5g对21.8g；P<0.01）和体长（17.0cm对16.1cm；P<0.001），该团队认为，氧气和空气纳米气泡水可能是生命成长的潜在有效工具。有研究也表明，即使消除溶解氧提高的因素后，纳米气泡仍然对水产养殖有明显的效果。

国内从事相关研究的机构和企业相对较少，NANOscientific也有幸参与了一些纳米气泡水产养殖和农作物种植项目，并且发现，不仅氧气和空气纳米气泡，其他气体的纳米气泡对农作物生长也有一定作用，同时，纳米气泡对于土壤环境改良也有一定作用，NANOscientific在与农业专家的合作过程中也对于纳米气泡生理作用机制有了一定的认知，实验数据显示，纳米气泡很可能由于内部压力和表面带电，导致微环境的离子强度和溶解氧水平升高，进而令植物或动物细胞产生应激反应，开启快速生长模式，进而得到了表观的产量增加，但是，再没有进行大规模对照试验和进一步直接研究成发表之前，我们对于上述研究的数据还是持有保守的态度，同时，NANOscientific也在积极推进纳米气泡对经济作物改良和增产的中试实验和中等规模实验，也取得了一些可喜的成绩，我们将努力推进大规模对照试验的进行，希望纳米气泡技术尽早为我国农业发展贡献力量。

高效纯氧&臭氧投加（High Efficiency O2&O3 Dosing）

氧气和臭氧的投加在水处理领域非常普遍，包括纯氧曝气、臭氧污泥减量、臭氧消毒、臭氧参与的高级氧化过程等等。NANOscientifc认为，虽然微米气泡、纳米气泡曝气技术在空气曝气过程中也同样可以应用，但对于纯氧、臭氧等气体本身价值较高的场合更可以充分发挥微米气泡曝气、纳米气泡曝气等细微气泡曝气技术的优势。

对于纯氧增氧曝气设备，一般采用标准氧转移效率SOTE(Standard Oxygen Transfer Efficiency), 标准氧转移速率SOTR(Standard Oxygen Transfer Efficiency Rate)和标准曝气效率SAE(Standard Aeration Efficiency)来评价设备的曝气能力和曝气效率。只有当三个参数同时出现时，参数才具有实际意义，因为在一般情况下，SOTE升高会导致SOTR的降低，反之亦然。美国土木工程协会ASCE(American Society of Civil Engineers)给出了上述指标的标准测试方法和流程，我国也颁布了潜水曝气机和微孔曝气器等增氧设备的测试标准。NANOscientifc是国内为数不多的采用标准水池对大型曝气设备进行曝气性能测试的企业，因此也积累了大量的测试数据和经验，我们看到很多曝气机厂家都在宣传产品的SOTE和SAE数值非常高（也有很多厂家连这两个参数尚不清楚含义），SOTE主要指氧气的利用率，也就是说数值越高，说明氧气的利用率越高，也就是气体用量越少，SAE主要是指比曝气能耗，也就是说向水中提供一定数量溶解氧需要的能耗（耗电量），如SAE超过10kg/KWh，SOTE超过90%，在这里，NANOscientific非常希望能帮助客户澄清一些基本的概念，以免受到数值的影响，简单的说， 10kg/KWh和90%这两个数值是非常正常的，也是完全可以实现的，甚至可以说SOTE90%并不高，例如CRUISER-100的SOTE可以达到97.8%， 10kg/KWh的SAE也并不高，实际上SAE几乎没有上限，但是，如果把这两个数值放在一起来讨论就会造成非常大的歧义，因为这两个数值几乎不可能同时出现，对于潜水曝气机、表曝机等等曝气过程来说，对于单位氧传质过程施加的能量越多，传质自然加快，SOTE也就必然升高，但SAE则由于施加的能量加大而导致数值变小。除此之外，SOTR主要指氧传递的速率，也就是说向水中提供一定量溶解氧需要的时间。

我们举一个简单的例子来理解这三个参数，比如我们有一个鱼塘，使用氧气曝气，当氧气价格高的惊人时，我们最关心的是要尽可能减少氧气的使用量，这时SOTE就是我们最为关注的指标；当氧气几乎免费，而电费价格高的惊人或被限制额度时，我们最关心的指标就变成了SAE，以减少用电量；当我们鱼塘里的鱼马上就要缺氧死亡的时候，我们不会再关心价格问题，而是要尽可能快的为鱼增氧，这是我们最关注的指标就是SOTR。当然，上述三种情况是三个非常极端的情况，大多数情况下，我们同时关注三个指标，在曝气设备对比或选型时，不同的设备在不同的指标上更为突出，这和设备曝气原理、设计都有很大关系。

实际上，因为曝气设备，尤其是大型曝气设备的性能测试需要专业的场地（大型水池），高昂的测试费用，中小型的企业很难会去进行相应的测试工作，很多曝气数据都是根据理论计算得到的，造成在计算过程中大量使用保守数值时，则造成巨大的额外能耗，而当在计算过程中大量使用临界数值时会造成工程应用过程曝气量不足。

NANOscientific因项目需要，有幸在中国海洋大学的国家工程中心1500立方米工程水池对CRUISER-100潜水纳米气泡增氧设备进行了曝气性能的全面测试，获得了宝贵的运行参数和设计数据。CRUISER-100采用T-JUNCTON纳米气泡喷嘴技术，通过消耗部分动力，以进一步提升气泡破碎效果，气泡粒径小，表面积大，上浮速度慢，从而有效提高增氧效果；同时，SMI二次混合区的引入实现速度再分配，降低了动力损失，同时提高了气泡表面液膜的更新能力，进一步提高增氧效率。

溶气气浮（Dissolved Air Flotation DAF）

溶气气浮（DAF）是一种水处理工艺，通过去除悬浮物（如油或固体）来澄清废水（或其他水）。通过在压力下溶解水中或废水中的空气，然后在气浮池中在大气压下释放空气来实现去除。释放的空气形成微小的气泡，附着在悬浮物上，使悬浮物浮到水面上，然后用撇沫装置将其除去。溶气气浮广泛应用于炼油厂、石油化工厂、天然气处理厂、造纸厂、一般水处理厂及类似工业设施的工业废水处理。泡沫浮选是选矿中常用的方法，在石油工业中，由于存在爆炸危险，溶解气体浮选装置不使用空气作为浮选介质，而使用氮气制造气泡。

DAF的进水通常（但并非总是）投加混凝剂（如氯化铁或硫酸铝）以凝结胶体颗粒和/或投加絮凝剂将颗粒凝聚成更大的团簇。从DAF槽流出的一部分澄清废水被泵入一个小型压力容器（称为气罐），压缩空气也被引入其中。这会使加压出水充满空气。空气饱和的水流被循环到浮箱的前部，并在进入浮箱前部时通过减压阀，从而导致空气以微小气泡的形式释放。气泡在悬浮颗粒表面的成核点[形成，粘附在颗粒上。随着更多气泡的形成，气泡的升力最终会克服重力。这使悬浮物浮到表面，形成泡沫层，然后用撇沫器除去。无泡沫水作为DAF装置的澄清废水从浮子槽流出。一些DAF装置设计采用平行板填料（如薄片）提供更多的分离表面，从而提高装置的分离效率。

气浮是微纳米气泡最早也最广泛的工程应用之一，整个气浮过程的核心就是微纳米气泡的发生。气浮技术引入我国较晚，到了1978年才开始正式研究和使用气浮技术和设备，但受益于同济大学老一辈专家辛勤的努力，我国的气浮技术很快就追赶和超过了国外，这也让气浮技术在祖国大地上广泛应用。

气浮设备和工艺主要可以分为压力溶气系统、溶气释放系统和气浮分离系统三大部分，每个部分对于气浮处理效果都有非常重要的作用。其中，压力溶气系统是降低能耗的关键，提升溶气效率、降低溶气罐体积和溶气压力，可以有效减少运营电耗和加工材料；溶气释放系统是控制气泡尺寸和气浮效果的关键，尽可能将溶解气体转化为理想区间的微米级气泡，才能提升气浮效果，同时减少对于压力容气量的需求；气浮分离系统是设备占地、净化效果的关键，合理运用流体力学原理，实现更小空间的最佳气浮分离，可以有效的减少设备占地和水力停留时间。

NANOScientific不设计、制造DAF设备，但非常关注DAF设备的压力溶气系统、溶气释放系统以及最新的研究进展，近年来，随着微纳米气泡的日益发展，有些厂家提出纳米气泡气浮等概念来制造产品亮点，高效气液混合泵气浮提升气浮效果，也有一些国外厂商渲染高压DAF（>0.6MPa）优越性等等。作为微纳米气泡技术领域的一员，我们认为，NANOsceintific有责任帮助客户甄别技术宣传，选择真正有效、有价值的技术和设备。例如，气浮技术本身是利用气泡的浮力实现悬浮物分离的，纳米气泡的本身受到的浮力和水分子的作用力相比可以忽略，在水中做布朗运动，这样的纳米气泡如何实现悬浮物上浮分离？高效气液混合泵的主要功能是气液混合，封闭式叶片可以起到非常有效的气液混合溶解，但受到流体力学的限制，其能耗还远高于其他溶解过程，对于小型和紧凑型气浮设备尚可使用，但对于大型气浮设备而言则并不适合。而国外厂商渲染的高压DAF技术就更是不符合技术原理，气浮最关注的气泡密度和尺寸，而对于气浮过程而言，也并非密度越大越好，一般而言，0.2-0.3MPa下溶解的空气量足以满足气浮过程的气量需求。