A Ciência por Trás das Nanobolhas – Série de Webinars P&R

por Ragy Ragheb, Monday, 6th November 2023

nanobubbles

Moleaer e Malvern Panalytical co-organizaram três webinars sobre a ciência por trás das nanobolhas e como elas são estudadas, medidas e visualizadas. Compilamos todas as perguntas feitas durante os webinars para fornecer uma visão abrangente.

Vá direto para as perguntas de cada webinar:

Se você deseja acessar as gravações desses webinars, por favor, visite os links abaixo:

A Moleaer também possui um grande banco de dados de estudos de caso para uma variedade de aplicações de nanobolhas.

P&R da Parte 1: A Ciência por Trás das Nanobolhas: Uma Introdução com Malvern Panalytical & Moleaer

P1: Existe algum efeito eletrostático durante a produção de nanobolhas e isso pode afetar as relações de elementos entre elas ou afetar a eliminação de elementos pelas plantas?

R1: Sim, há um papel crítico desempenhado pelas cargas eletrostáticas na bolha. As cargas interagem com íons e moléculas carregadas para impactar a disponibilidade para as plantas.

P2: As nanobolhas removem CO2 nos cursos d’água?

R2: É possível saturar a água com um gás diferente do CO2 usando a tecnologia Moleaer para tentar remover CO2 da água, mas não temos dados para confirmar isso no momento.

P3: Se as nanobolhas estão suspensas em uma solução saturada de água, e a água se torna insaturada, as nanobolhas se dissolverão na água ou se fundirão em bolhas maiores?

R3: Espera-se que as nanobolhas sejam estáveis, mesmo que a água circundante se torne insaturada. A estabilidade das nanobolhas é principalmente determinada pelo potencial zeta e pelas espécies adsorvidas na superfície da bolha. A troca de gás entre a bolha e o meio líquido é um fator secundário. Para bolhas grandes, é verdade que a troca de gás encolherá a bolha, mas as nanobolhas representam uma situação especial onde a tensão superficial e as forças iônicas trabalham juntas para estabilizar a bolha.

P4: As nanobolhas destroem o biofilme de biofiltros na aquicultura?

R4: As nanobolhas podem prevenir a formação de biofilme, mas não temos dados/informações sobre biofiltros na aquicultura.

P5: E quanto aos segmentos das indústrias de aquicultura/aquário?

R5: Tanto as indústrias de aquicultura quanto de aquário são excelentes indústrias para aplicações de nanobolhas.

P6: Existe alguma possibilidade de transportar ou armazenar hidrogênio dentro da bolha?

R6: Nanobolhas de hidrogênio podem ser feitas, mas nanobolhas como dispositivos de armazenamento não são atraentes porque a quantidade total que você pode armazenar em nanobolhas é muito pequena.

P7: Qual é a tensão superficial exata da interface nanobolha/água? Isso pode ser medido?

R7: Modelos teóricos existem que estimam a tensão superficial efetiva combinando a equação de Young-Laplace com o componente de energia de superfície carregada da bolha. Não estamos cientes de nenhum instrumento para medir a tensão real na interface.

P8: Você fez alguma pesquisa sobre qual tamanho de bolha é melhor para aplicações específicas? Por exemplo, é melhor uma de 200 nm do que de 500 nm para peixes?

R8: A tecnologia da Moleaer produz nanobolhas de aproximadamente 80 a 120 nm de diâmetro, então todas as aplicações que desenvolvemos foram para bolhas nessa faixa de tamanho. Não fizemos a dependência do tamanho das bolhas no crescimento/sobrevivência dos peixes, nem vimos relatórios publicados ainda. 

P9: Qual é a menor escala de configuração da Moleaer?

R9: Cerca de 10 a 15 gpm é a menor.

P10: Quanto as nanobolhas afetam o nível de pH na água? Se tem um efeito no nível de pH, qual é o efeito colateral? Este ponto é importante para nós, pois os níveis de pH afetam a eliminação de elementos e também controlam doenças como bactérias ou fungos.

R10: As nanobolhas reduzirão o pH.

P11: A pressão afeta o sistema e, em caso afirmativo, qual é a pressão desejada?

R11: A pressão de gás e líquido no gerador tem um efeito significativo na transferência de gás e formação de bolhas. Geralmente, pressões mais altas favorecem melhor dissolução e formação de bolhas.

P12: Alguns agricultores estão usando bactérias úteis para sua produção. Você acha que as nanobolhas podem matar essas bactérias úteis?

R12: As nanobolhas podem matar bactérias benéficas dependendo de sua sensibilidade, mas também melhoram o crescimento e a multiplicação de tais bactérias, proporcionando um ambiente melhor de oxigênio e disponibilidade de nutrientes. O resultado líquido é uma população mais benéfica.

P13: Quais são os prós e contras das diferentes formas de produzir nanobolhas?

R13: Existem alguns fatores – escalabilidade do design (isto é, faixa de volume de fluxo), ambiente operacional (água limpa vs. suja de diferentes graus de sólidos), requisitos de energia, tamanho das bolhas, número de bolhas, potencial zeta, etc.  Não é possível listar todos os métodos e seus prós e contras aqui, no entanto, houve muitas pesquisas sobre diferentes aplicações por instituições e universidades.

P14: Quais são os efeitos de custo e as diferenças de custo para outros métodos como venturi ou oxigênio líquido, se usarmos a tecnologia de nanobolhas, uma vez que os custos de produção de culturas estão aumentando nos dias de hoje?

R14: Todos esses métodos podem fornecer OD (oxigênio dissolvido), mas nem todos os métodos fornecerão nanobolhas (por exemplo, venturis geralmente fornecem bolhas grandes). As nanobolhas têm seu próprio papel distinto a desempenhar na saúde das plantas e do solo. Portanto, a análise de custos deve levar em conta toda a escala de benefícios e não apenas níveis elevados de OD.

P15: Se eu tiver uma amostra de água com nanobolhas em um espectrofotômetro, a bolha interferirá na leitura?

R15: Sim, haverá uma dispersão de luz de fundo pelas nanobolhas. Deve ser ampla e não interferir com picos específicos de absorção molecular.

P16: Quão estáveis são as nanobolhas? E sob pressão elevada?

R16: Vimos semanas e meses em condições de laboratório. Alguns artigos relataram mais de um ano. As bolhas são esperadas para sobreviver a altas pressões.

P17: Quão estáveis/sustentáveis são as nanobolhas sob temperaturas elevadas?

R17: Essas bolhas sobrevivem a temperaturas elevadas antes de ferver. Eu não tenho certeza do que acontece durante a fervura.

P18: Você pode congelar a água com nanobolhas, caso sim, qual é a vida útil/meia-vida?

R18: Sim, a fratura por congelamento é um método de detecção de nanobolhas. As bolhas mantêm a forma durante o processo de congelamento. Não sabemos por quanto tempo isso pode ser mantido no estado congelado, mas há evidências da geologia do gelo de que bolhas aprisionadas em regiões árticas/antárticas mantêm sua característica por centenas de anos. No entanto, as nanobolhas desaparecem quando a água descongela.

P19: O congelamento destrói as nanobolhas?

R19: O congelamento é uma das formas de preservar bolhas para estudo por microscopia de fratura por congelamento. Mas as nanobolhas são então destruídas quando a água descongela.

P20: Como a formação de nanobolhas muda se você usar ar ambiente ou se fizer algo em uma caixa de luvas e criar nanobolhas de nitrogênio? Ou outro gás?

R20: Nanobolhas foram feitas usando vários gases. Portanto, não há limitação na escolha do gás.

P21: Quantas/qual porcentagem de nanobolhas foram detectadas 8 dias após a aeração?

R21: No laboratório, vimos valores dentro de +/- 10%, mesmo após semanas de armazenamento.

P22: Todas as espécies de algas respondem adversamente às nanobolhas? As nanobolhas de oxigênio são mais eficazes do que as nanobolhas de ar no controle de algas?

R22: As nanobolhas de oxigênio são mais eficazes para o controle de algas. Todos os três grandes grupos de algas respondem ao tratamento com nanobolhas.

P23: Vocês têm experimentos reais para decidir o volume ou massa de gás nas bolhas? Em vez de usar a lei dos gases ideais para calcular.

R23: Não fizemos experimentos reais para medir o gás nas bolhas. Técnicas sensíveis ainda não estão disponíveis.

P24: Quais são os requisitos de energia para uma configuração típica da Moleaer? Em outras palavras, qual é a eficiência?

R24: O consumo de energia depende de uma variedade de fatores. É melhor conversar com um especialista da Moleaer para ajudar a responder perguntas específicas sobre aplicação, dimensionamento e energia. Por favor, sinta-se à vontade para entrar em contato com info@moleaer.com para mais informações.

P25: Você tem alguma aplicação para redução de DBO na aeração? Especificamente em EETs?

R25: Sim, o pré-tratamento com nanobolhas de ar de esgoto bruto triado modifica beneficamente as características do esgoto de entrada (fracionamento de DQO), o que permite a intensificação do processo de esgoto de separação física e processos de lodo ativado a jusante, resultando em uma redução nos requisitos de energia de aeração e consumo de produtos químicos, bem como qualidade melhorada da água do efluente (por exemplo, taxas mais altas de remoção de DBO e amônia).

P26: Quão estável é a nanobolha e ela permanece assim se combinada com água de irrigação através de irrigação por gotejamento subsuperficial? Quanto tempo ela permanece estável na solução do solo? Além disso, tem algum efeito nos fertilizantes líquidos que também são incorporados na água?

R26: Resumidamente, não temos métodos para medir diretamente as NB no solo. Mas podemos ver o efeito que está tendo sobre os sais no solo e o impacto no desenvolvimento da zona da raiz. Sabemos que está fazendo algo, mesmo que não possamos ver. Para fertirrigação, esperamos que as nanobolhas melhorem a eficácia e limitem a formação de incrustações devido à precipitação. Esta é uma área de pesquisa no momento.

P27: Se estou fazendo Microbolhas, é possível haver também Nanobolhas presentes?

R27: Sim, dependendo do seu método de produção, você pode ter microbolhas presentes juntamente com nanobolhas.

P28: Se o gás da bolha for 0,01%, então a proporção gás-líquido é 1:9999. A microespuma para combate a incêndios é G:L de ~2:98

R28: A quantidade de gás contida nas nanobolhas não tem importância. O gás dá forma e tamanho à bolha. O verdadeiro valor das nanobolhas está na sua carga superficial, capaz de impactar uma vasta quantidade de interações químicas e iônicas. Para combate a incêndios, você precisa de volume de espuma que apenas as grandes bolhas podem proporcionar. As nanobolhas preexistentes poderiam alterar o número e o tamanho das microbolhas e ter um efeito indireto. Quando as microbolhas nucleam, a presença de nanobolhas poderia ajudar a nucleação de uma espuma de tamanho mais uniforme ou mais densa.

P29: É possível usar a tecnologia de nanopartículas para dissolver o CO2 na água de forma mais eficiente?

R29: O método de cisalhamento que a Moleaer usa tem uma eficiência muito alta (>85%) para transferir gás para a água. A transferência de CO2 seria ainda mais eficiente devido à sua solubilidade em água.

P30: Como as nanobolhas são destruídas? Qual é a vida útil das nanobolhas?

R30: As nanobolhas podem ser destruídas por vários métodos – ultrassom, onda de choque, flutuações de pressão, UV, etc. As nanobolhas também se autodestroem naturalmente por coalescência. Em condições de laboratório, as nanobolhas podem ser estáveis por meses.

P31: Existe uma maneira eficaz de eliminar bolhas de uma solução?

R31: Sim, um forte choque pode eliminar nanobolhas. Até mesmo a retirada com ar pode eliminá-las.

P32: Qual é a estabilidade das nanobolhas quando usadas no mar, pensando em altas concentrações de NaCl?

R32: De acordo com a teoria, soluções salinas diminuem o potencial zeta ao redor da bolha, o que diminui a estabilidade da bolha levando à coalescência. No entanto, a água do mar tem muitos outros componentes além do sal, e eles podem ter um efeito oposto, ou seja, tornar a bolha mais estável, mesmo que o sal a torne menos estável.

P33: Você examinou nanobolhas e como elas se comportam sob condições extremas? Por exemplo, elas ainda estão lá após ferver ou congelar?

R33: Após o congelamento, sim, as bolhas permanecem no gelo, mas não após o descongelamento. Após a fervura, não temos certeza. No entanto, sabemos que as bolhas sobrevivem a temperaturas elevadas.

P34: Como você as destrói? O gás dissolvido que as máquinas Moleaer produzem também é estável? Ou qual é sua “vida útil”?

R34: O gás dissolvido é regido pela lei de Henry. A quantidade líquida mudará dependendo da pressão, temperatura e composição da água. As bolhas podem ser destruídas por meios energéticos, como ultrassom, choque, estímulo energético como UV, etc.

P35: Esta estrutura de cargas no plano de deslizamento forma uma ressonância de plásmon de superfície na superfície de uma nanobolha?

R35: Não vi a teoria do plásmon para camadas duplas. Por analogia aos metais, a carga externa poderia ter características de plásmon. Mas não vi nenhuma pesquisa sobre isso.

P36: O que impede a aplicação ampla da tecnologia de nanobolhas?

R36: É um campo jovem. Está na fase de curiosidade nos últimos 20 anos. Mas agora, um grande número de aplicações está sendo desenvolvido em todo o mundo. A escalabilidade comercial é um problema com muitos métodos de geração de nanobolhas, o que manteve a tecnologia no nível de laboratório. No entanto, tecnologias como a da Moleaer estão tendo sucesso em muitas aplicações difíceis, como tratamento de águas residuais e irrigação. Nos próximos anos, esperamos que a tecnologia se prolifere rapidamente em muitos mercados.

P37: Que laser você usou para a medição de nanobolhas? Laser verde? E qual é a potência do laser? Se você usou água desionizada como controle, qual é a concentração de partículas em água DI?

R37: Preferimos o laser verde, <5mW.

P38: Isso funciona para todos os gases? E o que acontece com a bolha ao final da vida útil: escapa ou se dissolve?

R38: Funciona para todos os gases. As nanobolhas podem, em última análise, coalescer ou colapsar, seja naturalmente ou por meio de estímulo externo.

P39: Quão boas são as nanobolhas na redução de nitrogênio em fluxos de águas residuais?

R39: O pré-tratamento de esgoto bruto triado com nanobolhas de ar demonstrou melhorar a eficiência de transferência de oxigênio de aerações de bolhas finas e a nitrificação, removendo contaminantes como gorduras, óleos, graxas e surfactantes que inibem a separação física e processos de lodo ativado. Além disso, o pré-tratamento com nanobolhas de esgoto bruto triado demonstrou prevenir a septicidade em clarificadores primários, evitando ainda mais a solubilização de amônia do manto de lodo, o que reduz a carga de amônia para o processo de lodo ativado. A redução na carga de amônia também melhora as taxas de desnitrificação, reduzindo a quantidade de nitrato que precisa ser removida pelo processo biológico. Este fenômeno é melhor descrito como intensificação do processo de águas residuais habilitada por nanobolhas.

P40: Por que as nanobolhas são carregadas negativamente? Outros tipos de bolhas são carregados negativamente?  

R40: A maioria das interfaces ar-água são carregadas negativamente. Isso se deve aos íons hidroxila que estão naturalmente disponíveis na água. Isso é verdadeiro para qualquer bolha.

P41: Este método é limitado pela concentração de nanobolhas?

R41: A concentração de nanobolhas depende do método de produção, assim como da qualidade da água. Além disso, os equipamentos da Malvern Panalytical podem medir outros tipos de nanopartículas com o mesmo método.

P42: Que tipo de água é melhor para a estabilidade a longo prazo ou retenção de nanobolhas e oxigênio dissolvido? Desionizada, destilada, osmose reversa, mineral, etc.?

R42: Água básica (alto pH) oferece alto potencial zeta e, portanto, alta estabilidade de bolha.

P43: Efeitos do uso de nanobolhas em combinação com AOP na aquicultura?

R43: Geralmente, AOP é usado para tratar produtos químicos persistentes que não podem ser facilmente destruídos. Não estamos cientes da aplicação de AOP em aquicultura juntamente com nanobolhas. As nanobolhas podem provavelmente aumentar o poder oxidante do AOP e melhorar sua eficácia. Esta é uma área atualmente estudada no laboratório de P&D da Moleaer.

P44: Qual é a faixa de temperatura de fluido ideal para o seu sistema?

R44: Nossos sistemas operam na faixa de 5-60°C em várias geografias e climas. Em qualquer ambiente não congelante ao ambiente desértico.

P45: Como você sabe que os efeitos que vê nas diferentes aplicações são devido às nanobolhas versus dissolvidas, ou porque ambas estão presentes?

R45: Os gases dissolvidos podem ser introduzidos sem nanobolhas por técnicas como sparging ou venturi. E a diferença pode então ser determinada contra geradores de nanobolhas que injetam tanto gás dissolvido quanto nanobolhas.

P46: Os 3 T’s degradam macro ou microbolhas “Tempo, Temp. Turbulência”. Isso também é verdade para as nanobolhas?

R46: Sim, os três T’s são relevantes, exceto que leva mais quantidade dos três T’s para destruir nanobolhas em comparação com micro/macro bolhas.

P47: O que acontece quando a água com nanobolhas passa por um ciclo de congelamento-descongelamento?

R47: Sabemos que sobrevive ao congelamento (porque retém a forma observada em microscopia). Ao descongelar, uma proporção significativa é destruída, de acordo com algumas publicações e testes internos na Moleaer.

P48: Qual é a concentração máxima estável de nanobolhas antes da formação de espuma?

R48: De acordo com a literatura, concentrações acima de 1 bilhão/mL foram preparadas sem evidência de formação de espuma, exceto por alguma nebulosidade no líquido.

P49: Qual é a amostra de controle que você usou? Água DI?

R49: Água DI ou água da torneira (quando a água da torneira é usada para fazer bolhas) é o controle. Às vezes, a água salgada é o controle.

P50: As microbolhas têm as mesmas propriedades e usos que as nanobolhas?

R50: Em geral, elas têm propriedades semelhantes, exceto pela magnitude dessas propriedades. Por exemplo, microbolhas têm uma vida útil muito mais curta antes de coalescerem e subirem. As microbolhas também não carregam tanta carga total quanto as nanobolhas.

P&R | Como as nanobolhas melhoram a eficiência do uso de insumos agrícolas e a saúde das plantas

P&R da Parte 2: A Ciência por Trás das Nanobolhas: Como as nanobolhas melhoram a eficiência do uso de insumos agrícolas e a saúde das plantas

P1: Quais são os níveis mais altos de OD que você pode alcançar usando nanobolhas de O2?

R1: Para O2, é em torno de 40ppm (de acordo com a lei de Henry) e para o ar, é em torno de 8-9ppm de O2 na água.

P2: Você pode compartilhar os artigos de referência discutidos?

R2: A Moleaer possui vários artigos de pesquisa em nosso Centro de Recursos.

P3: Existe alguma correlação entre o tipo de gás para nanobolha e a tensão superficial?

R3: Não temos dados claros sobre esse relacionamento.

P4: Qual é a concentração de bolhas (partículas por volume) que você pode alcançar?

R4: Um estudo da UCLA por Michael K. Stenstrom confirmou pouco menos de 1 bilhão de nanobolhas por mililitro de água ao supersaturar.

P5: Alguma observação com metais pesados no solo, especificamente na produção em campo orgânico?

R5: Existem publicações que discutem o efeito do arsênio em campos de arroz onde nanobolhas foram empregadas.

P6: As nanobolhas podem matar biofiltros na aquicultura ou aquaponia?

R6:  Embora as nanobolhas tenham algumas propriedades antimicrobianas, o efeito líquido na aquicultura (ou em qualquer bioambiente) é promover o crescimento e eficácia de espécies aeróbicas.

P7: As nanobolhas são produzidas em apresentação sólida ou líquida?

R7: As nanobolhas são criadas em meios líquidos.

P8: Você menciona pressão interna elevada na bolha. A bolha também é extremamente estável. Você tem uma metodologia para explodir a nanobolha e medir a liberação de energia?

R8: Não conhecemos uma metodologia para explodir e medir a energia liberada. Existem alguns artigos teóricos que discutem isso.

P9: As nanobolhas sobreviveriam com materiais misturados à água antes da aplicação?

R9: Sim, as nanobolhas podem sobreviver em água suja ou água com sólidos dissolvidos ou suspensos.

P10: Algum de seus produtores de folhas verdes usa iluminação LED para complementar ou substituir a luz solar natural?

R10: Sim.

P11: Você pode compartilhar informações sobre o tratamento de bactérias como pseudomonas?

R11: Bactérias patogênicas humanas como listeria foram tratadas com nanobolhas de oxigênio e mostraram ser eficazes.

P12: Qual é a salinidade máxima para medir o potencial Zeta e o NanoSight Microscope?

R12: 260 mS/cm é a condutividade máxima e 40% w/v é a concentração máxima para medir potencial zeta com o Zetasizer.   Você pode saber mais sobre como a salinidade afeta a triagem de Debye e, portanto, medições de potencial zeta em nosso blog. Não há uma salinidade máxima para usar o NanoSight, desde que os sais permaneçam em solução e não comecem a precipitar.

P13: Como as nanobolhas afetam a alimentação foliar ou IPM?

R13: Esta é uma área de investigação ativa.  No devido tempo, os dados estarão disponíveis.

P14: As nanobolhas são benéficas para uma aplicação de rega manual?

R14: Sim, há alguns benefícios, mas ainda não temos dados para compartilhar.

P15: Podemos usar potencial zeta e NanoSight para um sistema não aquoso?

R15: Você pode medir potencial zeta para um sistema não aquoso usando o Kit de Célula de Imersão (ZEN1002).   Você pode ler mais sobre quais cubetas usar com seu Zetasizer neste blog.   O NanoSight é usado principalmente para amostras à base de água.

P16: Você recomendaria aerar sua solução de spray foliar com nanobolhas para melhorar a molhabilidade?

R16: Existem fertilizantes com nanobolhas no mercado hoje, e alguns de seus produtos são projetados para serem aplicados com um spray foliar.

P17: Vocês estão pensando em um gerador de nanobolhas em escala de bancada (cerca de 1 a 2 litros por tratamento) para trabalho de laboratório aprofundado?  Isso é possível?

R17: Sim, estamos estudando o desenvolvimento em escala de bancada/laboratório.

P18: Se um corpo de água já tem uma carga elétrica negativa (como – 400 mV) e você injeta NB, você aumentará ou diminuirá a carga elétrica total?

R18: Há um efeito de blindagem devido às cargas existentes, a carga líquida na bolha mudará.

P19: Quanto tempo as nanobolhas geralmente sobrevivem na água? Elas durariam em um tanque de água por vários dias antes de serem bombeadas? Elas são sensíveis ao transporte se usarmos um caminhão-tanque?

R19: Isso depende da qualidade da água. Por exemplo, em água de irrigação limpa, as nanobolhas podem durar semanas, se não mais, mas reduzirão com agitação e tempo.  Se em um recipiente fechado, a longevidade será melhorada com agitação limitada.

P20: Como as NBs podem trabalhar efetivamente em comparação ao custo de operação versus rendimento em aplicações agrícolas?

R20: A metodologia da Moleaer de trabalhar com clientes agrícolas é construir colaborativamente objetivos, métricas, unidades de medição e o momento de medir entradas e saídas para determinar o ROI do uso de nanobolhas. Esta metodologia é específica para a cultura e local.

P21: As nanobolhas ajudam na degradação de biofilmes, elas também degradam flores de algas (HAB)?

R21: Sim, as nanobolhas ajudam a reduzir flores de algas nocivas (HABs).

P22: Qual é o efeito da concentração de nanobolhas na agricultura?

R22: Não dimensionamos diretamente nosso equipamento usando concentração de nanobolhas, mas olhamos para os benefícios que as nanobolhas podem oferecer. Por exemplo, a melhoria do OD é determinada por vários fatores, incluindo o tipo de corpo d’água, quantidade de água, objetivos do cliente e outros fatores. Tratamos a água em poços e também “em linha” com sistemas de irrigação existentes. Quando tratamos a água em poços, determinamos o volume do poço, tamanho do poço, entradas e saídas para determinar se ar comprimido, oxigênio ou ozônio é a fonte de gás ideal e o volume de oxigênio necessário. A concentração de nanobolhas pode ser medida no campo após a instalação como confirmação de que nosso equipamento está funcionando corretamente.

P23: Existem estudos/informações disponíveis sobre os impactos à saúde em humanos ao beber água nano-oxigenada?

R23: Nenhum estudo controlado foi relatado.

P24: Existem diferenças no comportamento/propriedades das NB em água salgada vs. doce?

R24: Sim, tamanho das bolhas, concentração e potencial zeta são todos afetados pela água salgada.  Existem várias publicações abordando este assunto.

P25: Podemos usar Nanobolhas na agricultura orgânica?

R25: Sim, você pode usá-las na agricultura orgânica. 

P27: Alguma informação sobre como as nanobolhas afetam os fungos do solo?

R27: As nanobolhas promovem fungos benéficos do solo.

P28: O uso de nanobolhas em sistemas de distribuição de irrigação permite que fazendas reduzam o uso de nutrientes como nitrogênio e fósforo?

R28: Vários de nossos clientes viram o uso reduzido de fertilizantes. A tecnologia de nanobolhas ajuda a melhorar a eficiência da absorção de nutrientes e a mobilidade de nutrientes.

P29: Na higiene da água fonte de irrigação, como as nanobolhas diferenciam entre bactérias benéficas e não benéficas na água ou no solo?

R29:  A tecnologia de nanobolhas ajuda a criar e manter uma condição aeróbica na rizosfera.  Em solos e substratos ricos em oxigênio, as bactérias benéficas prosperam, enquanto em condições anaeróbicas, patógenos tendem a prosperar.

P30: Explique o limite de 200mS/cm de salinidade máxima.

R30: A razão pela qual temos um limite de 250 mS/cm (um pouco acima dos 200 declarados na pergunta) para o Zetasizer é porque a polarização ocorre nos eletrodos em condições de alta força iônica. Abordamos isso ainda mais com medições no Modo de Corrente Constante, que mitiga essa polarização, equilibrando a tensão efetiva nos eletrodos. Você pode ler mais sobre os fundamentos do potencial zeta nesta nota técnica.   Você também pode aprender como a série Zetasizer Advance lida com alta condutividade neste blog e neste artigo. 

P31: Se o gerador de microbolhas cria tanto microbolhas quanto nanobolhas, o dispositivo pode diferenciar apenas as nanobolhas?

R31: O alcance analítico do NanoSight é de 10nm – 1000nm para análise de tamanho, conforme observado em nosso folheto.   A Malvern Panalytical também pode analisar partículas maiores de até 10 microns com o Zetasizer e até 3,5mm com o Mastersizer.  A gama NanoSight é usada principalmente para análise de tamanho de nanobolhas e é uma técnica baseada em número que permite que você selecione intervalos de tamanho diferentes e anote a concentração e a porcentagem de cada subpopulação. 

P32: O gerador de NB da Moleaer é adequado para uso em condições de água salgada, por exemplo, aquicultura marinha?

R32: Sim, os geradores de NB da Moleaer são adequados para água salgada na aquicultura.

P33: As NBs podem influenciar a germinação de sementes?

R33: Sim, há muitas publicações mostrando o efeito das NB na germinação de sementes.

P33: Explique mais detalhadamente a distribuição do potencial zeta. Como podemos usá-lo como evidência da existência das nanobolhas na solução?

R33: Materiais misturados podem reduzir o potencial zeta e, portanto, reduzir a estabilidade das bolhas na mistura.  Depende de como o material misturado afeta o potencial zeta. Comparar o potencial zeta de uma solução antes e depois da injeção de nanobolhas pode dar algumas indicações sobre a presença de nanobolhas.

P34: A opção de fluorescência do NS é relevante para medições de nanobolhas?

R34: Não é necessário fluorescência para medir o tamanho e a concentração de nanobolhas com o NanoSight.   No entanto, há alguns grupos que formarão nanobolhas com camadas lipídicas onde os lipídios podem estar fluorescentemente marcados.   Isso permitiria o uso do filtro de fluorescência para observar a eficiência da marcação.

P35: As nanobolhas são seguras para beber?

R35: Em teoria, uma vez que as nanobolhas ocorrem naturalmente, no entanto, não houve estudos cientificamente controlados.

P36: Qual é a concentração de bolhas (partículas por volume) que você pode alcançar?

R36: Quase 1 bilhão por ml pode ser alcançado, conforme documentado pela UCLA.

P37: Você tem um webinar sobre aquicultura e nanobolhas na aquicultura? Especificamente, aumento de OD e requisito de energia por g de O2 em comparação com outros métodos.

R37: Isso estará no futuro quando coletarmos mais dados experimentais. A Moleaer apresentou no Fórum Mundial de Incubação de 2022 e você pode acessar esta gravação até que lancemos novas.

P38: Seu dispositivo precisa de registro como produto de proteção de plantas no mercado da UE?

R38: Não reivindicamos proteção de culturas, em vez disso, estamos fortalecendo o desenvolvimento das raízes e a saúde das plantas por meio da melhoria da qualidade da água para prevenir e reduzir o uso de pesticidas.

P39: Como as nanobolhas reagem quando entram em contato com diferentes tipos de bactérias benéficas no meio?

R39: A tecnologia de nanobolhas ajuda a criar e manter uma condição aeróbica no meio, o que incentiva o crescimento de bactérias benéficas.

P40: O uso de nanobolhas causa supersaturação de oxigênio?

R40: O oxigênio atingirá a saturação a uma determinada pressão de acordo com a lei de Henry.  Quando a pressão é reduzida, a água temporariamente estará em um estado de supersaturação até se equilibrar com a nova pressão.

P41: Os dispositivos de nanobolhas estão disponíveis agora em escala de laboratório e com baixo custo?

R41: Estamos estudando o desenvolvimento em escala de bancada/laboratório.

P&R da Parte 3: A Ciência por Trás das Nanobolhas: Como as nanobolhas resolvem problemas difíceis em Instalações de Recuperação de Recursos Hídricos

P1: Quais produtos você tem relacionados à geração de nanobolhas dentro de sistemas de coleta de esgoto (ou seja, poços úmidos e emissários de recalque para controlar odor e corrosão)?

R1: No momento, os geradores de nanobolhas da Moleaer exigem que o esgoto seja filtrado para proteger a bomba e os componentes internos do gerador de nanobolhas. Temos instalações em poços úmidos e estações de bombeamento onde o esgoto é filtrado ou está livre de grandes detritos e materiais fibrosos. No entanto, a Moleaer está trabalhando ativamente em uma solução de sistema de coleta e, atualmente, possui um produto em desenvolvimento para o sistema de coleta.

P2: Quando as nanobolhas navegam, todos os surfactantes aderidos são removidos?

R2:   A extensão da remoção de surfactantes é função da qualidade da água, dose de nanobolhas, tempo de reação e concentração de surfactantes. A Moleaer observou a conversão completa de DQO solúvel lentamente biodegradável em DQO solúvel prontamente biodegradável com doses suficientes de nanobolhas injetadas em águas residuais fluentes.

P3: Os surfactantes tornam a nanobolha instável?

R3: Concentrações mais altas de nanobolhas são medidas na presença de surfactantes, sais e outros contaminantes comuns da água. Tais contaminantes servem como pontos de nucleação para a formação de nanobolhas e também estabilizam as nanobolhas. No entanto, o destino e a longevidade das nanobolhas são funções de muitas variáveis, incluindo a qualidade da água. É a interação/reação das nanobolhas com contaminantes, gases dissolvidos, energias e outras superfícies/interfaces no ambiente úmido que desestabiliza a nanobolha.

P4: Explique brevemente como as nanobolhas capturam os surfactantes.

R4: Os surfactantes são atraídos pela superfície hidrofóbica das nanobolhas. A pressão e a temperatura liberadas e o possível radical hidroxila gerado durante o colapso da nanobolha quebram os surfactantes, provavelmente rompendo a cauda hidrofóbica da cabeça hidrofílica, o que altera a estrutura molecular do composto tornando-o não polar e mais prontamente biodegradável.

P5:  A concentração de nanobolhas pode ser determinada em águas residuais parcialmente tratadas?

R5: A concentração de nanobolhas só pode ser medida em amostras de água limpa. Há muita interferência de nano e partículas maiores para medir a concentração de nanobolhas em águas residuais.

P6: Como esse sistema seria aplicado a um tanque de coleta/ou estação elevatória abaixo do nível do solo, com acesso por tampão de bueiro e localizado abaixo de uma estrada/estacionamento?  Ou seja, há disponibilidade limitada no nível do solo para estacionar equipamentos.

R6: No momento, os geradores de nanobolhas da Moleaer exigem que o esgoto seja filtrado para proteger a bomba e os componentes internos do gerador de nanobolhas. Temos instalações em poços úmidos e estações de bombeamento onde o esgoto é filtrado ou está livre de grandes detritos e materiais fibrosos. No entanto, a Moleaer está trabalhando ativamente em uma solução de sistema de coleta e, atualmente, tem um produto em desenvolvimento para o sistema de coleta.

P7: Você pode nos falar mais sobre os produtos finais da remoção/destruição de surfactantes por nanobolhas (o que resta do surfactante após o tratamento com NBs)?

R7: Aproximadamente 2% a 10% do DQO total é removido durante o pré-tratamento com nanobolhas de águas residuais municipais brutas filtradas, sugerindo que alguns surfactantes podem ser degradados até se transformarem em água e CO2. Os subprodutos dos surfactantes restantes que não são completamente degradados dependerão do tipo de surfactante e da etapa de degradação em que a reação parou. Moleaer observou a conversão completa de DQO solúvel lentamente biodegradável em DQO solúvel prontamente biodegradável com doses suficientes de nanobolhas injetadas em águas residuais fluentes.

P8: Para onde vão os surfactantes após interagirem com NB, se não no lodo?  Como/onde são descartados?

R8: Os surfactantes são removidos/parcialmente degradados durante o tratamento com nanobolhas. Aproximadamente 2% a 10% do DQO total é removido durante o pré-tratamento com nanobolhas de águas residuais municipais brutas filtradas, sugerindo que alguns surfactantes podem ser degradados até se transformarem em água e CO2. Os subprodutos dos surfactantes restantes que não são completamente degradados dependerão do tipo de surfactante e da etapa de degradação em que a reação parou. Moleaer observou a conversão completa de DQO solúvel lentamente biodegradável em DQO solúvel prontamente biodegradável com doses suficientes de nanobolhas injetadas em águas residuais fluentes.

P9: Olá, vocês foram capazes de alcançar a reprodutibilidade das leituras de concentração e tamanho das nanobolhas?

R9: Sim, você pode obter reprodutibilidade com bons controles experimentais e treinamento. 

P10: Podemos medir o potencial Zeta com o tamanho de partícula com o Nanosight Pro?

R10: Se você estiver interessado em potencial Zeta, por favor, considere nosso Zetasizer.  O NanoSight NS300 e o NanoSight Pro podem medir tamanho, concentração e fluorescência.

P11: Que tipo de gás você usou para a mitigação de surfactantes? Tem alguma ideia sobre outros gases?

R11: O fornecimento de gás recomendado para o pré-tratamento com nanobolhas de águas residuais é o ar comprimido, porque é acessível e amplamente disponível. No entanto, fornecimentos de oxigênio puro e oxigênio de alta pureza também foram usados.

P12: Existe alguma razão específica pela qual as nanobolhas não foram adicionadas no tratamento secundário?

R12: Os surfactantes precisam ser pré-tratados a montante do processo biológico para evitar que os surfactantes se liguem aos biossólidos. Além disso, a dose de nanobolhas necessária para tratar o licor misturado é muito maior do que a dose necessária para tratar o esgoto bruto devido à interação das nanobolhas com a biomassa. Tratar o licor misturado requer tratamento com nanobolhas significativamente mais elevado, resultando em bombas e geradores de nanobolhas muito maiores em comparação ao tratamento do esgoto bruto. A interação com NB e surfactantes é encontrada para ter um melhor tempo de contato para uma reação ocorrer. Matéria orgânica extra no tratamento secundário compete com a NB. Já fizemos isso, mas a melhor eficiência é alcançada quando as NBs são injetadas antes dos processos de separação física (como clarificadores, DAFs, etc.). Isso permite maior remoção de surfactantes e proporciona maior eficácia.

P13: Como é a propriedade de formação de espuma de diferentes surfactantes na presença de diferentes nanobolhas?

R13: Como existem muitos tipos diferentes de surfactantes em águas residuais, o efeito das NBs em surfactantes individuais é desconhecido. No entanto, a formação de espuma em águas residuais municipais é significativamente reduzida como resultado do pré-tratamento com nanobolhas.

P14: Como você vê isso desempenhando um papel nas estratégias maiores de descarbonização e ESG?

R14: O pré-tratamento de esgoto bruto com nanobolhas tem o potencial de mudar drasticamente o balanço energético, evitando que sólidos sejam solubilizados e reduzindo a carga orgânica e de nutrientes solúveis para o processo de tratamento secundário. Além disso, a remoção de surfactantes das águas residuais torna o tratamento de águas residuais mais fácil; gerando assim mais biogás e reduzindo a quantidade de infraestrutura, produtos químicos e energia necessários para manter a qualidade da água do efluente.

P15: Se as NB são tão eficazes, por que não são amplamente utilizadas – podem ser formadas naturalmente?

R15: Sim, as nanobolhas ocorrem na natureza. Elas foram descobertas pela primeira vez em ondas oceânicas quebrando. As nanobolhas são um campo de estudo relativamente novo, porque é só na última década que o equipamento analítico necessário para medir e quantificar nanobolhas esteve disponível. Além disso, o método patenteado de cisalhamento da Moleaer para produzir nanobolhas é um dos poucos, senão o único, métodos de gerar nanobolhas em escala em águas residuais fluentes. A Moleaer foi fundada em 2016 e começou a vender geradores de nanobolhas em grande escala em 2021. Um problema é a conscientização, que estamos tentando melhorar.  Estamos vendo uma adoção crescente em indústrias de alto rendimento e intensivas em energia. 

P16: Você introduziu isso nas plantas centrais mais convencionais de CHP (aquecimento e energia combinados) e/ou microrredes?

R16: Esta é uma área que estamos investigando para possível implementação.

P17: Qual é a longevidade das NBs em águas residuais? Alguma ideia?

R17: A longevidade das nanobolhas em águas residuais depende da qualidade da água, interações de superfície e níveis de oxigênio dissolvido. Como tal, as reações e interações das nanobolhas são dinâmicas e dependem de muitas variáveis. Além disso, não existem métodos analíticos conhecidos para medir diretamente nanobolhas em águas residuais devido à interferência de outras partículas nano e maiores. Ao injetar nanobolhas de ar em esgoto municipal bruto triado, a conversão de todo o DQO solúvel biodegradável lentamente para DQO solúvel prontamente biodegradável geralmente leva cerca de 15 a 30 minutos, então pode ser justo assumir que longevidade das nanobolhas em águas residuais é aproximadamente a mesma que o tempo de reação do DQO.

P18: Você pode nos falar mais sobre os produtos finais da remoção/destruição de surfactantes por nanobolhas (o que resta do surfactante após o tratamento com NBs)?

R18: Aproximadamente 2% a 10% do DQO total é removido durante o pré-tratamento com nanobolhas de esgoto municipal bruto triado, sugerindo que alguns surfactantes podem ser degradados até se transformarem em água e CO2. Os subprodutos dos surfactantes restantes que não são completamente degradados dependerão do tipo de surfactante e da etapa de degradação em que a reação parou. Moleaer observou a conversão completa de DQO solúvel lentamente biodegradável em DQO solúvel prontamente biodegradável com doses suficientes de nanobolhas injetadas em esgoto fluente.

P19: Como as nanobolhas foram geradas? Houve algum problema de aumento rápido de temperatura?

R19: As nanobolhas foram geradas usando um gerador de nanobolhas da Moleaer. Os geradores de nanobolha da Moleaer usam o método de cisalhamento para produzir nanobolhas. Durante a produção de nanobolha, o único calor que é mensuravelmente adicionado ao sistema pelo gerador de nanobolhas da Moleaer é do calor perdido do motor da bomba para a água e do calor perdido do suprimento de gás comprimido para a água. A concentração de nanobolha só pode ser medida em amostras de água limpa. Há muita interferência de partículas nano e maiores para medir a concentração de nanobolha em águas residuais. Em água da torneira, o gerador de nanobolhas da Moleaer gera centenas de milhões de nanobolhas por mililitro. Concentrações mais altas de nanobolhas são alcançadas na presença de surfactantes, sais e outros contaminantes comuns da água.

P20: Como as nanobolhas afetam a fração de espuma?

R20: Isso é desconhecido, mas uma área de interesse que deve ser avaliada como parte de um estudo futuro. 

P21: Como o surfactante é removido após o tratamento?

R21: Os surfactantes são removidos/parcialmente degradados durante o tratamento com nanobolhas. A pressão e a temperatura liberadas e, provavelmente, também o radical hidroxila gerado durante o colapso das nanobolhas quebram os surfactantes, provavelmente rompendo a cauda hidrofóbica da cabeça hidrofílica, o que altera a estrutura molecular do composto, tornando-o não polar e mais prontamente biodegradável. Os surfactantes se decompõem, removendo sua propriedade dual de hidrofílico e hidrofóbico, e não são mais detectados como surfactantes; partes orgânicas seriam degradadas ainda mais no tratamento secundário.

P22: Quando as nanobolhas cavitam, todos os surfactantes aderidos são removidos?

R22: A extensão da remoção de surfactantes é função da qualidade da água, dose de nanobolhas, tempo de reação e concentração de surfactantes. A Moleaer observou a conversão completa de DQO solúvel lentamente biodegradável em DQO solúvel prontamente biodegradável com doses suficientes de nanobolhas injetadas em esgoto fluente.

P23: Você pode nos fornecer uma faixa, tamanho mínimo e preço para o maior projeto e preço?

R23: Os geradores de nanobolhas da Moleaer geralmente variam em capacidade hidráulica de 10 gpm a mais de 4500 gpm. O preço varia amplamente com base nos requisitos do pacote de solução de nanobolhas e na geografia da instalação. Entre em contato com a Moleaer com a localização do projeto e especificações da aplicação para obter um intervalo de preços.

P24: Quanto tempo as NB permanecem ativas? Elas são mais eficazes com hidrogênio?

R24: Depende da química da água.

P25: Você conseguiu repetibilidade ao medir a concentração e o tamanho das NB? E pode comentar sobre a estabilidade das NB?

R25: Sim, você pode obter repetibilidade com bons controles experimentais e treinamento.  Em água limpa à temperatura ambiente sem qualquer perturbação, a estabilidade foi relatada em meses.

P26: Isso é uma venda ou um contrato de acordo de serviço de vários anos?

R26: O acordo contratual dependerá da localização geográfica da instalação e da capacidade de tratamento do gerador de nanobolhas. Geralmente, equipamentos de fluxo baixo estão disponíveis para locação ou venda e equipamentos maiores estão disponíveis para locação com a opção de compra a um preço significativamente descontado após 3 anos.

P27: O aumento de temperatura devido ao gerador de bolhas afeta o tamanho e a concentração da bolha?

R27: O gerador de nanobolhas da Moleaer usa o método de cisalhamento para produzir nanobolhas. Durante a produção de nanobolhas, o único calor que é mensuravelmente adicionado ao sistema pelo gerador de nanobolhas da Moleaer é do calor perdido do motor da bomba para a água e do calor perdido do suprimento de gás comprimido para a água. Se recirculado por muito tempo, a temperatura pode aumentar.  Com o equipamento Moleaer, não vemos nenhum aumento significativo.

P28: A adição de ozônio ao oxigênio aumenta o desempenho?

R28: O fornecimento de gás recomendado para o pré-tratamento com nanobolhas de águas residuais é o ar

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