マイクロバブルについて
建設工学専攻 荒木琢也


マイクロバブルとは・・・


マイクロバブルは上の図に示すように、エアーポンプによる気泡に比べて、かなり小さい気泡のことをいう。
その直径は1mm以下と言われ、特に65μm以下では水中で気泡が収縮し、帯電性やフリーラジカルの発生 が起こるとされている。


マイクロバブルの発生機構
圧壊、過飽和析出(加圧溶解)、せん断、微細孔、固体包理、電解、化学反応 などの様々な種類がある。
 この中でも、圧壊、過飽和析出(加圧溶解)、せん断、の三つがマイクロバブルを発生させる方法として一般的に用いられている。 次にその三つの基本的な原理を示す。

@圧壊
いったん減圧した気泡を急激に加圧することでマイクロバブルを発生させる。 気泡を破壊し、マイクロバブルへと変化させる。
その方法として、超音波、衝撃波がある。 また、キャビテーションでマイクロバブルを発生させる方法もある。
この場合の圧壊は、存在している気泡を壊すのではなく、高速の振動により水中で空気を析出させ、圧力変動で気泡を破壊するものである。 ただしこれは、1μmという非常に小さい気泡が出来るため、マイクロバブルというよりもナノバブルの発生方法とも考えられる。

A過飽和析出(加圧溶解)
過飽和状態となって溶解しているガスを乱流などで過飽和となりにくい状態に変えて液体全体から気泡の発生を行う。
ベルヌーイの定理を利用した、ベンチュリー管が代表的な例である。

B乱流またはせん断
気体の塊を引きちぎる。
ノズル、回転攪拌式、高速旋回式などがある。
回転攪拌式は、旋回流が周囲の水と配管からのガスを吸引してマイクロバブルを飛散させる方式である。 高速旋回式は、液体および気体の混層旋回流を発生させ、圧力で細い竜巻状にする。これは高速で旋回しており、竜巻内部の空洞部に気体を自給させ、切断、粉砕しながら混相流を回転する。この切断、粉砕は装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により可能になる。


マイクロバブルを水質浄化に用いる


マイクロバブルは現在、水質浄化にも応用されている。
特に、気泡の収縮性により内部気体の溶解能力が高いことから、ダムの底などの貧酸素水域のDO改善等に用いられている。


(マイクロバブルを水質浄化に用いる際の利点と問題点)
利点
・水と空気だけを用いているので、環境への負荷が少ない
問題点
・その特徴が明確でなく、水(水の基質)にどのような影響を与えるのか明らかでない


現在私は・・・

これまでの実験から、マイクロバブルは発生機構(特に気体の外部流入があるかないか)によって水に与える性質が異なるという結果が得られ、 また、酸素の溶解性に優れているという結果がでている。
そこで、水の基質に対しての影響を調べるとともに、溶存酸素の増加についても総括酸素移動容量を用いて 評価していく。
また現在、超音波とMBを組み合わせた実験をしており、この有用性を実験的に確かめたいと考えている。