Locos por las nanoburbujas
Las nanoburbujas están muy de moda hoy en día. Aquí hablamos de burbujas aún más pequeñas que las microburbujas que forman una nube lechosa. Estas burbujas entran en el ámbito microscópico, donde pueden hacer cosas que las burbujas más grandes no pueden. Las nanoburbujas serían la pelota de playa de los microbios. Son tan pequeñas que no flotan hasta la superficie como las burbujas más grandes y pueden permanecer suspendidas en el agua indefinidamente. Sin duda, estas burbujas de 70-120 nanómetros tienen propiedades únicas que abren nuevas fronteras en el tratamiento del agua. ¿Están las nanoburbujas en posición de poner fin al reinado centenario del ozono en el tratamiento del agua, o están conquistando territorios donde el ozono no tiene poder? Quizás, como fuerza conjunta, las nanoburbujas de ozono trabajen juntas para conquistar la marea cada vez mayor de problemas del agua que enfrentamos hoy.
Moleaer https://www.moleaer.com/ ha sido pionera en el desarrollo de tecnología para generar estas nanoburbujas, y su sitio web promueve una amplia variedad de aplicaciones que a menudo parecen coincidir con las aplicaciones del ozono. Si tengo una aplicación en la que tanto las nanoburbujas como el ozono afirman ofrecer una solución, ¿cuál sería la mejor opción? El ozono es una tecnología relativamente antigua respaldada por cien años de aplicaciones probadas y confiables, así como por bibliotecas de investigaciones y datos. Las nanoburbujas son una tecnología emergente y reciente, impulsada por nuevos estudios y relatos emocionantes sobre aplicaciones exitosas para resolver problemas. En Oxidation Technologies, nuestro objetivo es asegurarnos de que cuente con la información necesaria para tomar una decisión fundamentada.
Al reducir las nanoburbujas y el ozono a su función fundamental, vemos que tanto las nanoburbujas como el ozono sirven como vehículos para suministrar energía al agua, donde puede hacer algo útil. Energía para combatir patógenos. Energía para estimular el crecimiento de las plantas. Energía para descomponer contaminantes. La energía eléctrica hace funcionar los motores que comprimen el aire y empujan el agua para fragmentarla y producir burbujas muy pequeñas. La energía eléctrica hace funcionar los motores que concentran el oxígeno y separan las moléculas de O2 en una celda de plasma para producir O3. En ambos casos, la energía se almacena de tal manera que puede suministrarse y liberarse nuevamente para sobresaturar el agua con oxígeno o destruir objetivos microscópicos y moleculares. Como un resorte fuertemente enrollado, una nanoburbuja transporta esta energía en forma de una burbuja muy pequeña y de alta energía. El ozono transporta esta energía en una estructura molecular de alta energía.
Dondequiera que miremos, se necesita energía para limpiar las cosas. El sol proporciona la energía que impulsa el ciclo del agua y limpia de forma natural los subproductos tóxicos de la vida. Las plantas de tratamiento de agua reproducen este proceso con bombas grandes, aplicación de productos químicos y filtros: todo consume más energía. En este sentido, tanto las nanoburbujas como el ozono requieren un aporte considerable de energía.
Además de entender las nanoburbujas y el ozono como vehículos de energía, es importante comprender que una molécula de ozono es mucho más pequeña que una nanoburbuja. Una nanoburbuja de 127.8 nm tiene un diámetro equivalente al de 1000 moléculas de ozono. Las moléculas de ozono gaseoso pueden viajar dentro de una nanoburbuja como los automóviles en un transbordador. Si bien viajar en un transbordador puede ser útil, por lo general los automóviles son más útiles cuando no están en uno. Lo mismo se aplica a la relación entre el ozono y las nanoburbujas. ¿Es realmente útil tener ozono dentro de una nanoburbuja? Lo exploraremos enseguida. Lo que quiero señalar aquí es que las nanoburbujas flotan en el agua, mientras que el ozono se une al agua a nivel molecular para realizar su trabajo.
La idea del ozono en una nanoburbuja parece la solución mágica definitiva, pero producir una nanoburbuja de ozono no es tan fácil como parece, y el resultado es decepcionante. Cuando un cliente llama buscando un generador de ozono para usar con un generador de nanoburbujas, la primera pregunta que debo hacer es: «¿Cuánta presión necesita para que funcione su generador de nanoburbujas?». En general, cuando se trata de generadores de nanoburbujas, más presión es mejor: de 15 psi a 120 psi. Debo explicar que el ozono se genera con mayor facilidad a presiones más bajas. Hay generadores de ozono de alta presión disponibles… simplemente cuestan más. Además, necesito oxígeno a mayor presión para el gas de alimentación. Un compresor de ozono es una opción, pero requiere mucho mantenimiento, es costoso y propenso a las fugas. Por lo tanto, hay que responder a la pregunta: ¿realmente vale la pena el costo adicional y la energía necesarios para introducir ozono en la nanoburbuja?
Supongamos que invierte en un generador de ozono de alta presión y una fuente de oxígeno de alta presión, y consigue introducir ozono en las nanoburbujas. La ley de Henry hace que el ozono salga rápidamente de la nanoburbuja y pase a la solución, donde enseguida emprende su misión suicida de reaccionar con la molécula oxidable más cercana, y todo termina. La nanoburbuja sigue flotando por el agua mientras la ley de Henry extrae de ella las moléculas de oxígeno restantes hasta que se establece el equilibrio. La pregunta es: ¿realmente valió la pena todo el esfuerzo de introducir ozono en la nanoburbuja?
Si el objetivo es disolver ozono y oxígeno en el agua, un generador de ozono de baja presión, una bomba de agua y un venturi lo harán muy bien. El venturi incluso producirá algunas nanoburbujas con una bomba potente y un venturi de buena calidad. Tampoco se necesitan tuberías patentadas, solo comprender las leyes básicas de presión, caudal y solubilidad. Lograr que el 90% del ozono pase a la solución de esta manera está a la altura de los resultados de las nanoburbujas.
Si su objetivo es disolver oxígeno en el agua, entonces una máquina de nanoburbujas es una opción más atractiva. Pero incluso en este caso, hay que comparar la necesidad de oxígeno a alta presión para alimentar el generador de nanoburbujas con la de oxígeno a menor presión para alimentar una bomba y un sistema de inyección venturi. Aún no he visto una comparación directa del rendimiento entre un sistema de nanoburbujas y un sistema de inyección venturi. Me interesaría conocer el costo de mantenimiento a lo largo de 10 años para mantener un nivel determinado de oxígeno disuelto en una masa de agua usando ambos métodos.
Si su objetivo es eliminar patógenos u oxidar otros materiales presentes en el agua, el ozono ha demostrado ser una solución eficaz. Con un potencial electroquímico de 2.07 voltios, el ozono supera con creces al cloro y al peróxido de hidrógeno. Esto convierte al ozono en una opción fantástica para destruir patógenos microscópicos. Pero las nanoburbujas afirman que, en condiciones especiales, colapsan y forman el radical hidroxilo, que posee un potencial electroquímico de 2.8 voltios. Esperamos saber qué se necesita para crear estas condiciones especiales y cuánto radical hidroxilo se produce.
Espero ver dónde y cómo se adopta la tecnología de nanoburbujas para resolver problemas. Si tiene un estanque poco profundo y estancado, o necesita separar partículas suspendidas, las nanoburbujas hacen un excelente trabajo.
También tengo preguntas sobre el uso de nanoburbujas para introducir oxígeno en el agua. No sé si estoy de acuerdo con la siguiente afirmación: «El oxígeno disuelto es una medida de cuánto oxígeno está presente en una masa de agua». Cuando las nanoburbujas permanecen durante mucho tiempo en el agua como nanoburbujas y se acumulan con el tiempo, ¿se consideran oxígeno presente en el agua? Si es así, todavía no está disuelto, por lo que no debería incluirse como medida del oxígeno disuelto. ¿Los peces absorben las nanoburbujas como oxígeno a través de sus branquias o estas participan en la oxidación del hierro disuelto, o sirven más bien como cápsulas de liberación prolongada que reponen los niveles de oxígeno disuelto a medida que se agotan?
También tengo muchas preguntas
¿Existe un tamaño de burbuja óptimo para la transferencia de masa? Si la burbuja es demasiado grande, contiene un gran volumen de oxígeno, tiene una baja relación entre superficie y volumen y flota rápidamente hasta la superficie: todos estos factores limitan la transferencia de masa del oxígeno del gas a la solución. Si la burbuja es más pequeña, asciende más lentamente y se disuelve una mayor parte del oxígeno que contiene. Está claro que cuanto más pequeña, mejor, pero ¿hay un punto en el que los beneficios disminuyen? ¿Cuánto tiempo debe durar una burbuja? ¿Cuánto tarda el oxígeno en pasar del gas a la solución? La ley de Henry tiene en cuenta la presión y la temperatura. Entonces, ¿qué beneficio aporta una burbuja que permanece suspendida mucho después de que todo el oxígeno haya pasado a la solución?
El siguiente gráfico de Science Direct ayuda a responder algunas de estas preguntas. Muestra claramente que las nanoburbujas son especialmente adecuadas en situaciones de aguas muy poco profundas, donde la única opción es. La profundidad del agua aumenta la presión y también el tiempo. Un sistema de inyección bien diseñado incorpora esta presión y este tiempo, y demuestra que incluso las macroburbujas se aprovechan al 100%.
En conclusión, cuestiono las siguientes afirmaciones sobre la tecnología de nanoburbujas:
Mayor solubilidad del oxígeno: «superior a todos los demás métodos escalables de transferencia de gases». Esto puede ser cierto en comparación con los difusores de burbujas, pero no con un venturi ni siquiera con un mezclador estático a presión.
Aplicación de ozono: «permite a los clientes aplicar más ozono, un gas oxidante conocido, con una mayor eficiencia de transferencia». Esta afirmación no cuenta con pruebas ni documentación. Dado que el ozono es 16 veces más soluble que el oxígeno y su vida media es bastante corta, cuestiono la necesidad de usar nanoburbujas de larga duración para aumentar la eficiencia de transferencia.
En Oxidation Technologies, estamos especialmente interesados en disolver ozono en el agua. Cuando el ozono gaseoso se disuelve en el agua, las moléculas individuales del gas se unen a las moléculas de agua, donde pueden oxidar incluso el patógeno más pequeño y oxidar Nuestro sistema actual de inyección de ozono en agua está diseñado para generar ozono y disolver el 90% del ozono en el agua a medida que esta entra y sale del sistema.
Información adicional sobre nanoburbujas
Puede encontrar generadores de oxígeno AQUÍ
Información sobre la solubilidad del ozono AQUÍ