マイクロバブルQ&A

マイクロバブルについて,マイクロバブル発生装置や発生方式等よくある質問についてご案内いたします。

マイクロバブルについて

マイクロバブルとは何か。
マイクロバブルの特徴等について。

マイクロバブル発生装置について

ナノプラネット研究所社製マイクロバブル発生装置について。マイクロバブルの発生方式(超高速旋回方式)について。

よくある質問について

その他よくある質問について。

マイクロバブルについて

Q.マイクロバブルとは
A 

マイクロバブルとは、発生時における直径が10~数十マイクロメートルの微細な気泡のことをいいます。 「発生時」と敢えていうことにしたのは、特別な意味があります。なぜなら、そのほとんどのマイクロバブルは自ら収縮し、より小さい「マイクロバブル」に変化するという重要な性質を有するからです。 これらの気泡は、従来よく使用されてきたミリメートルサイズ(ミリバブルという)とは本質的に異なる物理化学的特性を有することが非常に重要です。その意味で、マイクロバブルは、従来にない「革新的機能物質」とも表現されます。 このマイクロバブルの特性を生かすことによって、革新的・独創的な技術開発も可能となり、真に21世紀を切り開く夢の技術としての期待はますます高まりつつあります。

Q.気泡によって呼び方が違うのは

A 

気泡径によってそれぞれ異なる特性を有しているからです。

気泡の直径が10~数十マイクロメートル以下の微細な気泡は、「マイクロバブル」、気泡の直径が数百ナノメートル~10マイクロメートルの微細な気泡は、「マイクナノロバブル」、さらに、数百ナノメートル以下の微細な気泡は、「ナノバブル」と呼びます。

このように、気泡径に呼び方を定義するのは、それぞれの気泡が違った特性を有しているからです。気泡径

Q.マイクロバブルの発生方式は

A

超高速旋回方式です。

マイクロバブルを発生させるためには、気泡塊をマイクロサイズで切断します。それを可能とするために、マイクロバブル発生装置は、次の2段階の流体力学的制御がなされています。

【第一段階】 装置内部において、液体および気体の二相旋回流を発生させ、その遠向心分離によって、装置中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させます。 次に、この空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させることが重要であり、この空洞部に装置上部から吸入した気体を注入・通過させます。

【第二段階】 この高速旋回を行う気体空洞部を流体力学的な制御によって切断・粉砕することでマイクロバブルを大量に発生させます。 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を発生させることによって実現されます。 本法では、この二段階制御とともに、秒速数百回転の高速旋回が重要な特徴として注目されます。 マイクロバブル発生装置

Q.マイクロバブル発生システムは

A

マイクロバブルを発生させるためには、動力としてポンプを必要とします。 マイクロバブル発生システム

Q.マイクロバブル発生状況は

A 

マイクロバブルを簡単に大量かつ均一に発生させることが本装置の特徴です。 マイクロバブル発生前後(液体は水道水、気体は空気)の写真です。 マイクロバブル発生前マイクロバブル発生前(M2-LM/SUS型)マイクロバブル発生後マイクロバブル発生後(M2-LM/SUS型)

装置噴出口付近でマイクロバブルが大量に発生しています。水中で気泡同士は合体することなく、均一に分散します。この気泡はマイナスの電荷を帯びており、プラスのものに付着しやすい性質を有しています。

Q.気体・液体の種類は

A 

マイクロバブルは、その液体と吸入する気体の種類によっても分類が可能です。 対象とする液体には、淡水、海水、水道水や、薬品を含む各種人工水などがあります。気体には、空気のほかに純酸素、炭酸ガスなど特殊な気体を使用することが可能です。

Q.マイクロバブルの特徴は

A 

マイクロサイズ゙からナノサイズへと自ら収縮することで、重要な特性が生まれます。 泡は、ゆらゆら上昇しながら水面ではじけて消えるのが一般的な概念です。しかし、マイクロサイズ以下の気泡は、従来のミリサイズ以上の気泡とは異なり、上昇しながら収縮し、水中で消えます。 従来の研究において、マイクロバブルの基本的性質としては、次の5つが明らかとなっています。 ①マイクロ・ナノサイズ近くの気泡を大量に発生させる。 ②ほとんど均一のバブルを発生させ、分散性に優れる。 ③ゆるやかな流動と広範囲の拡散特性を有する。 ④固有の物理化学的特性を有する。 ⑤生体に対して生理活性を誘起する。 これらの多機能性と高機能性が、水質浄化や水産養殖において画期的な成果を修める裏付けとなりました。

Q.溶存酸素濃度の改善について

A 

マイクロバブルは、水中の溶存酸素濃度を改善し、酸欠を防止します。 溶存酸素濃度とは、水中に溶けている酸素濃度のことです。溶存酸素濃度が2mg/L以下になると、ほとんどの海洋生物は生存できません。 ダム貯水池においては、酸欠が進行すると、無酸素水域が形成されます。ここから、各種金属イオンが大量に溶出することで、ダム全体や下流の河川や浄水に影響を与えます。 海洋環境においては、比較的多い降雨で植物性プランクトンが大量発生し、その死滅過程で大量の酸素を消費します。それに起因して酸欠水域は形成されます。 このような酸欠水域の形成は、数日にわたる一過性の現象であることから、それに対応するには常時観測体制の整備が必要となります。 結果的に、酸欠水域が何度も形成され、海洋生物は衰弱、あるいは斃死するのではないかと考えられています。 マイクロサイズ以下の気泡は、ミリバブル以上の気泡と比較して、気液界面の表面積が大幅に増加します。そのため、マイクロバブルは溶存酸素濃度の改善に優れた威力を発揮します。

Q.海水マイクロバブルと水道水マイクロバブルの違いについて

A

表面張力が低下すると、泡は発生しやすくなります。 海水には種々の物質が溶け込んでいるため、水道水と比較して海水の表面張力は低く、泡の形成が容易となります。さらに、有機物の混入は、泡の界面の粘性を増加させ、泡の寿命を長くします。 この組成に起因して、海水マイクロバブルは、水道水マイクロバブルよりも約5倍の発生が可能です。

Q.マイクロバブルの上昇速度はどのくらいでしょうか。

A

10μmの気泡で、毎秒100μmの速度で上昇します。この速度は、1m上昇するのに、約3時間かかることに相当します。

Q.ナノバブルについての見解をお聞かせ下さい。

A

ナノバブルは、正確には確認されていません。したがって、ナノバブルが存在するかどうかについては科学的な見解を有していません。大成教授(徳山高専名誉教授)らが確認している最小径は1μmです。

Q.マイクロバブルを発生した後ですがバブル同士が合体してより大きなミリバブルに変わる 事はありますか?

A

マイクロバブル同士の合体現象は発生しません。それは、発生時の気泡径が10~数十μm程度であり、ほとんどの同一の電気的性質を有していますので、それで反発し合うからです。マイクロバブルのほとんどは、マイナスの電位を有しており、それが重要な性質として注目されています。

Q.液体の温度によって気泡に変化はありますか?

A

当然のことながら、液体の温度に依存してマイクロバブルの発生状況は異なってきます。一般に温度が低いほど発生量は多く、高くなると少なくなります。温度の条件によって、溶解度や気泡の寿命も変化すると思われますが、詳細な解明はなされていません。

Q.液体中でマイクロバブルを沢山発生すると液体の容積は増えるのでしょうか?

A

マイクロバブルを供給した分だけ、わずかですが容積が増えることになりますが、それが、溶解し、水面まで到達して消失することから、容積減少が起こりますので、正確には、それらの収支を考える必要があります

マイクロバブルは何処を境に呼び名が変わるのですか?

A

大成博文教授らの最新の研究成果によれば、マイクロバブルであるかどうかは、自ら収縮するかしないかで区別されます。したがって、ミリバブルは、収縮せず、上昇しながら拡大するバブル、マイクロバブルは逆に収縮するバブルといえます。この境界の気泡径は「限界気泡径」と呼ばれていますが、およそ65μmとされています。もちろん、この限界気泡径は、以上、いろいろな発生条件で異なる可能性はありますが、ひとつの目安になる気泡径であることは間違いありません。

Q.マイクロバブルとミリバブルは性質的に違うのですか?

A

両者はまったく異なる性質を有しています。
マイクロバブル以下の気泡には、ミリバブルにはない固有の物理化学的特性があり、それは「サイズ効果」と呼ばれています。この効果は、単に気泡径のみならず、発生方式やマイクロバブルを発生させる周囲環境水の性質にも依存することが知られています。

Q.なぜ、マイクロバブルは、液体中での上昇スピードがミリバブルより遅いのですか?

A

気泡径の大きさによって上昇速度が異なるからです。
一般に気泡の上昇速度は、砂が水中で沈む速度と同じだと考えられています。実際は、沈降ではなく、上昇ですが、それは、「ストークスの法則」で説明されます。マイクロバブルの上昇速度が遅いのは、気泡径が小さいことによりますが、これまで、30~40μm以下の気泡の上昇速度については詳しく調べられていません。したがって、どこまで「ストークスの法則」に従うのかも不明であり、今後の研究で明らかにされることが期待されます。

Q.マイクロバブルり小さいマイクロナノバブルが発見されたようですが、更に小さいナノバ ブルは存よ在するのでしょうか?

A

マイクロバブルは収縮して「マイクロナノバブル」へと変化します。この過程が今年の日本混相流学会年会2005で都並結依(徳山高専)らによって詳しく報告されました。これによれば、マイクロバブルとマイクロナノバブルの相違は、その収縮速度に大きな違いがあるとされています。マイクロナノバブルほど収縮速度が速く急激に小さくなります。これが、さらに小さくなってナノバブルにまでい移行する可能性はありますが、今のところ、明確には観察されていません。(参考文献、都並結依ほか:マイクロナノバブルの収縮過程、日本混相流学会年会講演会2005講演論文集、pp.323-324)

Q.マイクロバブルが収縮運動を起こすきっかけは何ですか?

A

マイクロバブル発生装置のなかで中心空洞部において負圧形成がなされ、それが、超高速せん断でちぎられることが「きっかけ」となります。発生したマイクロバブルの周囲の圧力がマイクロバブルの中の気体より
も高いことから、当然のことながら、圧力が周囲からかかって、マイクロバブルは収縮へ向かいます。丁度、風船を水の中に入れて、それが収縮するのと同じです。
ところが、風船が押されると小さくなり、風船の中もより高圧になります。高圧になれば、中の気体の温度も上昇します。
そこで、マイクロバブルであれば、すべて収縮するかといいますと、そうではない気泡もあります。加圧制御方式(加圧して気体を液体に送り込み、その後圧力開放することで気泡を発生する方式)では、圧力低下によって気泡の核を膨らませることで微細な気泡を発生させますので、発生させる気泡径をなかなか制御することができません。このため、数十μmの気泡が比較的多く発生し、それが白くみえるために、「白い泡」「ミルク色」と表現されているようです。
当然のことながら、この白い泡は、収縮しにくく、あるいは収縮に時間がかかることから、その物性が超高速せん断方式で発生させたマイクロバブルとは大きく異なっているようです。これらは、今後、きちんとしたデータによって明確にされると思います。

マイクロバブル発生装置について

Q.マイクロバブルの発生方式は
A
超高速旋回方式です。
マイクロバブルを発生させるためには、気泡塊をマイクロサイズで切断します。それを可能とするために、マイクロバブル発生装置は、次の2段階の流体力学的制御がなされています。

【第一段階】 装置内部において、液体および気体の二相旋回流を発生させ、その遠向心分離によって、装置中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させます。 次に、この空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させることが重要であり、この空洞部に装置上部から吸入した気体を注入・通過させます。

【第二段階】 この高速旋回を行う気体空洞部を流体力学的な制御によって切断・粉砕することでマイクロバブルを大量に発生させます。 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を発生させることによって実現されます。 本法では、この二段階制御とともに、秒速数百回転の高速旋回が重要な特徴として注目されます。
Q.マイクロバブルを発生させる装置内で高速旋回していると聞いていますが、それはどれくら いの速さですか? また、身の回りで同じような高速旋回するものはどのようなものがありますか?
A
大成(徳山工業高等専門学校名誉教授)らの研究成果によれば、装置内の旋回速度は、秒速600回転程度であり、これは、毎分3万6千回転に相当します。この旋回速度は、ターボジェットエンジンクラスであり、これが超高速旋回といわれるゆえんです。身の回りのものとしては車のエンジンが毎分5000回転、ハードディスクが最高速でも1万回転程度ですから、マイクロバブル発生装置の旋回速度がいかに速いかがおわかりのことと思います。この超高速旋回性が、マイクロバブルの不思議で魅力的な機能を引き出します。
Q.マイクロバブル発生システムは
A
マイクロバブルを発生させるためには、動力としてポンプを必要とします。 マイクロバブル発生システム
Q.マイクロバブルの影響範囲はどれくらいでしょうか?
A
マイクロバブルは、非常に上昇速度が遅いことから、広い範囲にわたって拡散します。 ダム貯水池では、深さ方向ではなく、横方向に拡散する特性があり、上下流200メートルの範囲に広がっているデータが得られています。また、カキ筏では20メートル半径で拡散している様子が観察されています。
Q.発生装置が小さくなれば、気泡径も小さくなるのですか?
A
現在LM型とMS型の2つのタイプのマイクロバブル発生装置発生装置がありますが、いずれの装置も空気調整を行いますので、それである程度気泡径を制御することができます。従いまして気泡径の大きさは、装置の大きさと関係しませんが、気泡径を小さくできるかことに関しては、どちらの装置でも可能となります。
Q.マイクロバブル発生装置には、「塩化ビニール製」と「ステンレス製」がありますが、どの ように使いわけるのでしょうか?
A
使用する液体の種類や温度によって、その仕様を区別しています。たとえば、塩化ビニール製では、80℃以上での高温で使用することができません。
Q.発生装置の特許は取得されているのでしょうか?
A
弊社が製造販売しているマイクロバブル発生装置には、特許認定がなされていますので、他社では販売できないものとなっています。 また、国内特許のみならず、外国においても多数の特許取得がなされています。
Q.汚水処理を研究しています。ラボレベルで実験可能な装置が欲しいのですが
A
汚水の種類や量によってマイクロバブル発生装置の性能や役割が異なってきます。汚水に、ただマイクロバブルを注入するだけではきれいになりません。まず、汚濁原因を調査し、それを除去する方法を具体的に検討することが必要です。
Q.マイクロバブル発生装置を試してみたいのですが、コンプレッサーの圧力を教えてくださ い。
A
通常、動力源として水流ポンプを使用します。その際、空気は自吸しますので、コンプレッサーは不要になります。 ただし、海洋、ダム湖等で水深が3メートル以上の場合はその状況に応じてコンプレッサーを使用することが必要となります。
Q.納期はどれくらいかかるのでしょうか?
A
マイクロバブル発生装置は在庫を用意してますので、納期は長くかかりません。なお、本装置は、現在のところテスト商品としての販売を行っていますので、その了解と機密契約を経てからの販売となります。
Q.発生装置の気泡径はどのくらいでしょうか?
A
発生直後の気泡径の大きさは、10~15μmがほとんどです。これらが、数十秒で収縮しますので、マイクロバブルからマイクロナノバブルへ変化します。 ナノバブルについては、いまだきちんと確認されていません。
Q.水面ではマイクロバブルがほとんど見えませんが、本当に出ているのでしょうか?
A
浅いところで発生させると、水面に小さな泡がゴミと一緒に浮上しているのを見ることができます。
しかし、深いところですと、水面に到達するまでに消失、溶解してしまいます。
Q.電気代はどれくらいかかりますか?
A
電気代は、用いるポンプによりますが、通常、200~400ワット程度のポンプを使用しますので、電気代はわずかです。
Q.海上で使用したいのですが、可能ですか?
A
船の動力を利用して、マイクロバブルを発生できます。この場合、船に高圧ポンプが設置されている場合は、それを用います。 それがない場合は、発電機で、水中ポンプを用いることもできます。
Q.マイクロバブル発生装置の寿命はどれくらいですか? また、交換部品はありますか?
A
マイクロバブル発生装置は故障することはあまりありません。ただし、硬い砂や固形物がある場合には、装置内が破損することも考えられますので、事前に確認をよろしくお願い致します。また、保障期間は1年です。保障期間中に、取扱説明書、その他の注意書きに従った正常な使用状態で故障した場合には修理・交換致します。
Q.液体に懸濁物質が混入している状態で実験したいのですが、装置が目詰まりすることは、な いのでしょうか?
A
懸濁物の種類や性質にもよりますが、基本的には目詰まりは生じない構造になっています。ポンプ吸込み口のストレーナー設置が重要ですが、通常は、2~3mmの直径の懸濁物でも目詰まりは起こりません。ちなみに、装置の流入口は数mmであり、それ以下の粒子は通過することになります。
Q.マイクロバブル発生装置を特殊な材質で作成することは可能ですか?
A
発生装置の材質は、基本的に硬質塩化ビニールとステンレスですが、その他の材質で製作することも可能です。たとえば、テフロン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂などやチタンなどでの製作も可能です。その場合、特注商品となります。
Q.空気量の調節は、どのようにするのですか?淡水と海水ではどのように違うの
A
マイクロバブルを発生する際に、吸入する空気の調節が重要です。とくに、淡水で使用する場合には、空気の調節が必要です。空気の調節は、付属品の空気調整コックで行います。マイクロバブルが最適な状態で発生するのは、M2-LM型で毎分1リットル程度です。MS型では若干少なくなりますが、それを目安に空気調整が必要となります。海水の場合は、ほとんど空気調整をしなくてよい場合が多いといえます。その理由は、海水マイクロバブルの方が約5倍発生しやすいことに起因しています。それは海水の組成や有機物の含有量などが関係しています。

よくある質問

Q.研究会に参加したいのですが
A
マイクロバブルに関するセミナーや研究会を定期的に行っています。開催が決定しましたら随時弊社ホームページにてご案内いたします。是非ご参加ください。
Q.広島でのカキや北海道のホタテについて試験されている様ですが、これらの試験の論文報告 書などの資料を入手したいと考えています。入手方法や申込先など教えてください。
A
研究資料を希望される方は、弊社にお申し込みください。手持ちの資料で該当するものがあれば送付させていただきます。
Q.毎分数十リットルの大量のマイクロバブルを発生させたいと考えています。可能性はいかが でしょうか?
A
実際に50~60機のマイクロバブル発生装置を同時に動かす装置については、過去にダム貯水池などの浄化において実績があります。この場合、ポンプは1台で済みますので、とても省エネルギー運転となります。 また、本装置は、実際の現場の状況や目的に応じて設計も可能ですので、具体的に相談をしていただけますと対応可能となります。
Q.実験を進めるにあたって、実際に訪問させていただきアドバイスを頂くことや、稼働してい る装置を見せていただくことは可能でしょうか?
A
訪問や実演の対応は可能ですので、弊社までお問い合せ下さい。すでにたくさんの企業の方々の訪問を受けています。
Q.「白いミルクのような泡」と、㈱ナノプラネット研究所社製の超高速せん断方式で発生した マイクロバブルとは、どこが違うのでしょうか?
A
まず、見た目では、以下の違いがあります。 「白いミルクのような泡」と称される泡は、加圧減圧方式で形成される方式がほとんどです。ポンプ等で加圧し、そこに空気を入れて、加圧下で空気を強制的に溶け込ませます。この液体をポンプで圧力開放装置まで移送し、気泡を発生させます。小さい気泡核が膨張して、白く見える気泡となります。この気泡は、圧力開放で膨張した気泡ですので、気泡径を制御することができません。発生後の気泡をよく観察すると、数十μmの気泡がかなり多いことが観察されています。この比較的大き目の気泡が白く見えてしまうことになります。 ところが、超高速せん断方式で発生したマイクロバブルは、淡水の場合、そんなに白く見えません。あまり強力な光源を与えない限り、むしろ透明で、バブルが出ているのかどうか、よくわかりません。よく、マイクロバブルが出ていないという問い合わせがあるのですが、まず、光をあてて下さいとお願いします。そうすると「これがマイクロバブルですか!」と、納得された返事があります。 つまり、気泡は小さくなればなるほど、淡水の場合には、より透明になるのです。ナノ粒子は、鉄であろうとシリコンであろうと、透明だといわれています。ナノサイズに近づけば近づくほど透明に見えるようになります。ファインセラミックでさえ、外灯用のカバーとして用いられているものは透明です。透明でないと、光を通さないからです。 ところが、泡は白いものという常識があり、これがマイクロバブルにも適用されると思われておられる方が不思議とたくさんおられます。 マイクロバブルやマイクロナノバブルのことをよく理解されようとする場合、まず、この常識を変えることが必要と思われます。