Hồ phản chiếu Đài tưởng niệm Lincoln được xử lý bằng ‘bong bóng nano’. Chúng là gì và chúng hoạt động như thế nào?
The Lincoln Memorial Reflecting Pool is treated with ‘nanobubbles’. What are they and how do they work?
Nanobubbles are invisible, mysteriously stable, a thousand times thinner than a human hair, and surprisingly versatile.
Bong bóng nano là những vật thể vô hình, có độ ổn định bí ẩn, mỏng hơn sợi tóc người hàng nghìn lần, và cực kỳ đa năng một cách đáng ngạc nhiên.
As the United States approaches 250th birthday celebrations on July 4, Washington DC’s monuments, statues and fountains are being prepared to put on a show.
Khi Hoa Kỳ tiến gần đến lễ kỷ niệm 250 năm vào ngày 4 tháng 7, các đài tưởng niệm, tượng và đài phun nước ở Washington DC đang được chuẩn bị để tổ chức một sự kiện hoành tráng.
However, renovations of the Lincoln Memorial Reflecting Pool haven’t gone to plan.
Tuy nhiên, việc cải tạo Hồ Phản Chiếu tại Đài tưởng niệm Lincoln đã không diễn ra theo đúng kế hoạch.
Soon after the renovations were complete, an algal bloom turned the pool’s water a slimy green. Officials are in a hurry to address the issue and, among other treatments, deployed ozone nanobubble technology to clean the water.
Ngay sau khi việc cải tạo hoàn tất, một sự bùng phát tảo đã khiến nước hồ chuyển sang màu xanh nhớp nháp. Các quan chức đã vội vàng giải quyết vấn đề này và, trong số các phương pháp điều trị khác, họ đã triển khai công nghệ nano bọt khí ozone để làm sạch nước.
But what are nanobubbles and why would they be used to address an algal bloom?
Nhưng nano bọt khí là gì và tại sao chúng lại được sử dụng để xử lý sự bùng phát tảo?
What are nanobubbles?
Nanobubble là gì?
Nanobubbles, also known as ultrafine bubbles, are gas-filled bubbles with diameters typically around 100 nanometres. That makes each nanobubble about one thousandth of the thickness of a human hair.
Nanobubble, còn được gọi là bong bóng siêu mịn (ultrafine bubbles) , là các bọt khí có đường kính thường khoảng 100 nanomet. Điều này có nghĩa là mỗi nanobubble chỉ bằng khoảng một phần nghìn độ dày của sợi tóc người.
When deployed with specialised equipment that injects gases like air, ozone or oxygen into water, nanobubbles occur in enormous numbers – typically around 10 billion nanobubbles for each teaspoon of water. Despite their huge numbers, solutions of nanobubbles look and feel just like water.
Khi được triển khai bằng thiết bị chuyên dụng bơm các loại khí như không khí, ozone hoặc oxy vào nước, nanobubbles xuất hiện với số lượng khổng lồ – điển hình là khoảng 10 tỷ nanobubble cho mỗi thìa cà phê nước. Mặc dù có số lượng lớn, dung dịch chứa nanobubbles vẫn trông và cảm nhận giống hệt như nước thông thường.
Looking at a glass of water with nanobubbles, you would not know they’re there. Yet they have remarkable properties that are used in a number of technologies, including water treatment.
Khi nhìn vào một ly nước có nanobubbles, bạn sẽ không biết chúng ở đó. Tuy nhiên, chúng lại sở hữu những đặc tính đáng chú ý được ứng dụng trong nhiều công nghệ, bao gồm cả xử lý nước.
Nanobubbles are surprisingly stable
Bong bóng nano có độ ổn định đáng ngạc nhiên
A fundamental rule is that the pressure inside a bubble – any bubble – is always greater than its surroundings. And the smaller the bubble, the greater the pressure within the bubble.
Một quy luật cơ bản là áp suất bên trong một bong bóng – bất kỳ bong bóng nào – luôn lớn hơn môi trường xung quanh nó. Và bong bóng càng nhỏ thì áp suất bên trong càng lớn.
A typical nanobubble can have an internal pressure as high as 15 atmospheres. That’s the same pressure a diver experiences during a deep dive to a depth of 150 metres.
Một bong bóng nano điển hình có thể có áp suất bên trong cao tới 15 atm. Đó là áp suất mà thợ lặn trải qua khi lặn sâu xuống độ sâu 150 mét.
How much a gas can dissolve into a given liquid increases with pressure. Because of this, you’d expect that nanobubbles, once produced, should rapidly dissolve in much less than a second. However, research has shown that nanobubbles can last for hours, days and even weeks.
Lượng khí hòa tan vào một chất lỏng nhất định sẽ tăng theo áp suất. Vì lý do này, người ta kỳ vọng rằng bong bóng nano, khi được tạo ra, sẽ nhanh chóng tan trong vòng chưa đầy một giây. Tuy nhiên, nghiên cứu đã chỉ ra rằng bong bóng nano có thể tồn tại hàng giờ, hàng ngày và thậm chí hàng tuần.
Why nanobubbles are so surprisingly stable remains a mystery and the subject of much research. But their strange longevity is also what makes them very useful, because nanobubbles can be produced, stored and used before they disappear.
Lý do tại sao bong bóng nano lại ổn định đến mức đáng ngạc nhiên vẫn là một bí ẩn và là chủ đề nghiên cứu lớn. Nhưng chính tuổi thọ kỳ lạ này cũng khiến chúng rất hữu ích, bởi vì bong bóng nano có thể được sản xuất, lưu trữ và sử dụng trước khi chúng biến mất.
Nanobubbles last a long time
Bong bóng nano có thể tồn tại trong thời gian dài
The small size of nanobubbles provides other advantages too. Small bubbles have very little buoyancy, allowing them to remain in solution for a long time. In comparison, larger bubbles rise quickly to the surface and burst. You can see this at the beach when a wave breaks – the bubbles that form the whitewater typically disappear in less than ten seconds.
Kích thước nhỏ của bong bóng nano cũng mang lại những lợi thế khác. Bong bóng nhỏ có lực nổi rất ít, cho phép chúng duy trì trong dung dịch trong một thời gian dài. Ngược lại, bong bóng lớn hơn sẽ nổi nhanh lên bề mặt và vỡ ra. Bạn có thể thấy điều này ở bãi biển khi sóng vỗ – những bong bóng tạo thành nước trắng thường biến mất chỉ trong vòng chưa đầy mười giây.
If you need to dissolve a lot of gas into solution, this long residence time is very important – it prevents the gas from being lost to the atmosphere, and as we already noted, the high internal pressure of the nanobubbles increases gas solubility.
Nếu cần hòa tan một lượng lớn khí vào dung dịch, thời gian lưu trú dài này là rất quan trọng – nó ngăn khí bị thất thoát ra môi trường không khí, và như chúng ta đã đề cập, áp suất bên trong cao của các bọt nano làm tăng độ hòa tan của khí.
Another advantage – because nanobubbles are so tiny, they have a very large surface area. In many industries, such as mineral processing or waste-water treatment, the surface area of larger bubbles is used to collect materials dispersed in a liquid. A process known as froth flotation is used to purify millions of tons of minerals in Australia each year.
Một ưu điểm khác là vì các bong bóng nano rất nhỏ, chúng có diện tích bề mặt cực lớn. Trong nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như chế biến khoáng sản hoặc xử lý nước thải, diện tích bề mặt của các bong bóng lớn hơn được sử dụng để thu thập vật liệu phân tán trong chất lỏng. Một quy trình được gọi là tuyển nổi bọt (froth flotation) được dùng để tinh chế hàng triệu tấn khoáng sản ở Úc mỗi năm.
Similarly, the surfaces of nanobubbles can be used as highly effective, environmentally friendly cleaning agents, replacing the use of detergents such as soap.
Tương tự, bề mặt của các nanobong bóng có thể được sử dụng làm chất tẩy rửa hiệu quả cao và thân thiện với môi trường, thay thế cho việc sử dụng các chất tẩy rửa như xà phòng.
As you can see, nanobubbles have a diverse range of applications. Oxygen nanobubbles even increase yields when nanobubble water is used on crops and in fish farms, possibly by concentrating nutrients.
Như bạn có thể thấy, nanobong bóng có nhiều ứng dụng đa dạng. Nanobong bóng oxy thậm chí còn làm tăng năng suất khi nước nanobong bóng được sử dụng cho cây trồng và trong các trại nuôi cá, có thể là do cô đặc chất dinh dưỡng.
How do nanobubbles keep algae at bay?
Bong bóng nano giúp ngăn chặn tảo bằng cách nào?
Green algae, such as the type found in the Lincoln Memorial Reflecting Pool, thrive in still or slow-flowing water with abundant sunlight.
Tảo xanh, chẳng hạn như loại được tìm thấy trong Hồ Phản chiếu Đài tưởng niệm Lincoln, phát triển mạnh trong nước tĩnh hoặc dòng chảy chậm với ánh nắng mặt trời dồi dào.
In water treatment, nanobubbles are used primarily to oxygenate water. This promotes the growth of aerobic bacteria which consume organic nutrients, outcompeting the algae and promoting a healthy aquatic environment.
Trong xử lý nước, bong bóng nano chủ yếu được sử dụng để oxy hóa nước. Điều này thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí, vốn tiêu thụ các chất dinh dưỡng hữu cơ, cạnh tranh với tảo và thúc đẩy một môi trường thủy sinh khỏe mạnh.
Nanobubbles can also be used to deliver ozone gas, which is a highly reactive, toxic gas composed of three oxygen atoms. Ozone plays an essential role in the stratosphere in shielding Earth from ultraviolet rays, but it plays a very different role in water treatment.
Bong bóng nano cũng có thể được sử dụng để cung cấp khí ozone, một loại khí độc và phản ứng mạnh bao gồm ba nguyên tử oxy. Ozone đóng vai trò thiết yếu trong tầng bình lưu là che chắn Trái đất khỏi tia cực tím, nhưng nó lại đóng một vai trò rất khác trong xử lý nước.
Ozone reacts with organic materials in water and will therefore break down and kill the algae and nutrients. However, ozone nanobubbles also attack and kill the favourable aerobic bacteria.
Ozone phản ứng với các vật chất hữu cơ trong nước và do đó sẽ phân hủy và tiêu diệt tảo cũng như chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, bong bóng nano ozone cũng tấn công và giết chết vi khuẩn hiếu khí có lợi.
The strong action of ozone nanobubble treatment is highly suitable for the treatment of heavily contaminated water – for example, if it contains animal waste.
Hành động mạnh mẽ của việc xử lý bằng bong bóng nano ozone rất phù hợp để xử lý nước bị ô nhiễm nặng – ví dụ, nếu nó chứa chất thải động vật.
In the case of the Lincoln Memorial, ozone nanobubbles can quickly resolve an algal bloom, but that comes at the cost of removing aerobic bacteria which could naturally keep the algae in check.
Trong trường hợp của Đài tưởng niệm Lincoln, bong bóng nano ozone có thể nhanh chóng giải quyết sự bùng phát tảo, nhưng điều đó phải trả giá bằng việc loại bỏ vi khuẩn hiếu khí vốn có thể kiểm soát tảo một cách tự nhiên.
This would then make the pool susceptible to later algal blooms if measures are not taken to prevent a reoccurrence, such as preventing the build-up of nutrients the algae depend on.
Điều này sau đó sẽ khiến hồ dễ bị bùng phát tảo hơn nếu không có các biện pháp ngăn chặn tái diễn, chẳng hạn như ngăn chặn sự tích tụ chất dinh dưỡng mà tảo phụ thuộc vào.
The Reflecting Pool at the heart of Washington, DC is now set to be drained again to remedy the rapidly peeling new coating and the algae bloom. It remains to be seen what colour the water will end up being in time for July 4, and whether authorities will switch to oxygen nanobubbles to promote a healthier ecosystem in the water.
Hồ Phản chiếu ở trung tâm Washington, DC hiện được lên kế hoạch xả nước lần nữa để khắc phục lớp phủ mới bong tróc nhanh chóng và sự bùng phát tảo. Vẫn còn phải xem màu nước sẽ là gì kịp dịp Lễ Độc lập 4 tháng 7, và liệu chính quyền có chuyển sang sử dụng bong bóng nano oxy để thúc đẩy một hệ sinh thái khỏe mạnh hơn trong nước hay không.
Vince Craig has previously received funding from the Australian Research Council.
Vince Craig trước đây đã nhận được tài trợ từ Hội đồng Nghiên cứu Úc (Australian Research Council) .
Noura Alzaidan receives funding from The Public Authority for Applied Education and Training (PAAET) in Kuwait.
Noura Alzaidan nhận tài trợ từ Cơ quan Công quyền về Giáo dục và Đào tạo Ứng dụng (PAAET) tại Kuwait.
Read more
-
Vụ tấn công mới nhất đe dọa Tổng thống Trump phản ánh bạo lực chính trị gia tăng ở Mỹ
Latest attack threatening President Trump reflects rising political violence in US
-
Ted Turner không chỉ cách mạng hóa truyền hình – ông đã thay đổi cách chúng ta nhìn nhận thế giới.
Ted Turner didn’t just revolutionize television − he changed the way we see our world