国際評価技術

マイクロバブルの測定技術

マイクロバブルの測定方法

マイクロバブルは、泡の直径が1μm以上100μm未満と定義されていて、水が白濁して見えるため、その存在を肉眼で確認することができます。
これまで、マイクロバブルは数分の間に浮上し消滅したり、収縮して水中に溶解するなど粒子径が経時変化するため、再現性のある測定が難しいとされていました。この問題を解決するため、NITEでは、フロー式のサンプリングによりバブル発生後迅速、かつ一定のタイミングで測定する方法を開発しています。

マイクロバブルの粒子径と個数濃度をフロー式で測定する方法として、画像解析法、光遮へい式、レーザ回折・散乱法などが使われています。
 

画像解析法


画像解析法の測定装置
    画像解析法の測定装置
画像解析法の測定例
    画像解析法の測定例
 

光遮へい式


光遮へい式の測定装置
    光遮へい式の測定装置
光遮へい式の測定例
    光遮へい式の測定例
 

レーザ回折・散乱法


レーザ回折・散乱法の測定装置を用いたマイクロバブル測定
レーザ回折・散乱法の測定装置を用いたマイクロバブル測定動画【wmv:0.7MB】

レーザ回折・散乱法の測定例
    レーザ回折・散乱法の測定例
 

その他測定方法


他にも粒子径を測定する方法として、音響式や、一つ一つのマイクロバブル挙動を観察できる高倍率レンズを使った高速度カメラなども使われています。
粒径、個数濃度の他に、ガスホールドアップ、ゼータ電位や溶存ガス量も重要な測定項目です。

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マイクロバブルの流体解析シミュレーション

マイクロバブルは発生後すぐに拡散しながら上昇していきます。
マイクロバブルを発生させた容器内でのマイクロバブルの拡散状態は、マイクロバブルの粒子径、発生装置の流量、注入口と排出口の位置、容器の容量・形状等、様々な条件が影響を与えるため、予測が難しいとされてきました。
そんなマイクロバブルの挙動を簡易的に予測するための方法のひとつとして流体解析シミュレーションが用いられています。
この動画では、それぞれの条件下での拡散状態の変化を早送りしたものをご紹介します。気相の体積分率が高いエリアが赤、低いエリアを青で表示しています。マイクロバブルの発生装置の吐出口に沿った断面を表示しています。

マイクロバブル発生装置の流量の影響


マイクロバブル発生装置の流量の比較動画
流量 5(L/min)  10(L/min)  20(L/min)
マイクロバブル発生装置の流量の比較動画【wmv:3.5MB】

気相の体積分率、つまり、発生したマイクロバブルの濃度は時間と共に増加し、発生後拡散していく量と浮上や溶解により消滅していく量が同じになったときに飽和します。
飽和状態になったときにも均質化していることはなく、例えば発生箇所近傍は濃度が高く、表面付近は濃度が低いといったばらつきがあるようです。
ここでは、10Lの容器を使ってシミュレーションしていますが、発生装置の流量が小さいと全体に拡散するまで時間がかかります。また、飽和したときの濃度も低くなります。

マイクロバブル発生装置の吐出口の位置と容器の排出口の位置の影響


マイクロバブル発生装置の吐出口の位置と排出口の位置の比較動画
吐出口:下部左奥・排出口:上部右手前 吐出口:中央左・排出口:中央右
マイクロバブル発生装置の吐出口の位置と排出口の位置の比較動画【wmv:4.2MB】

ここでは、吐出口の位置を測定容器の下部奥、排出口の位置を上部手前に設置したものと、吐出口と排出口を中央付近の直線上に設定したものでシミュレーションしています。
吐出口の位置と排出口の位置が直線上にあるときには、拡散する前に排出してしまうので、全体の濃度があがりません。

マイクロバブル発生装置の容器の容量の影響


マイクロバブル発生装置の容量の比較動画
測定容器の容量 10(L)      80(L)
マイクロバブル発生装置の容量の比較動画【wmv:1.8MB】

測定容器の容量が大きいと拡散する分濃度は低くなります。
ここでは、流量が10(L/min)としてシミュレーションしていますが、容器の容量が大きいと濃度が低くなるため測定するときには注意が必要です。

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