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The Lincoln Memorial Reflecting Pool is treated with ‘nanobubbles’. What are they and how do they work?
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A Piscina de Reflexão do Memorial Lincoln é tratada com ‘nanobolhas’. O que são e como funcionam?

The Lincoln Memorial Reflecting Pool is treated with ‘nanobubbles’. What are they and how do they work?

Vince Craig, Professor, Materials Physics, Australian National University Noura Alzaidan, PhD Candidate, Materials Physics, Australian National University
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Nanobubbles are invisible, mysteriously stable, a thousand times thinner than a human hair, and surprisingly versatile.

Nanobolhas são invisíveis, misteriosamente estáveis, mil vezes mais finas que um cabelo humano e surpreendentemente versáteis.

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.

À medida que os Estados Unidos se aproximam das celebrações do 250º aniversário em 4 de julho, os monumentos, estátuas e fontes de Washington DC estão sendo preparados para um espetáculo.

However, renovations of the Lincoln Memorial Reflecting Pool haven’t gone to plan.

No entanto, as reformas da Piscina de Reflexão do Memorial Lincoln não correram conforme o planejado.

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.

Pouco tempo depois que as reformas foram concluídas, um florescimento de algas transformou a água da piscina em um verde viscoso. Os funcionários se apressaram para resolver o problema e, entre outros tratamentos, implementaram tecnologia de nanobolhas de ozônio para limpar a água.

But what are nanobubbles and why would they be used to address an algal bloom?

Mas o que são as nanobolhas e por que elas seriam usadas para combater um florescimento de algas?

What are nanobubbles?

O que são nanobolhas?

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.

Nanobolhas, também conhecidas como bolhas ultrafinas, são bolhas preenchidas com gás e com diâmetros tipicamente em torno de 100 nanômetros. Isso faz com que cada nanobolha tenha cerca de um milésimo da espessura de um fio de cabelo humano.

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.

Quando utilizadas com equipamentos especializados que injetam gases como ar, ozônio ou oxigênio na água, as nanobolhas ocorrem em números enormes – tipicamente cerca de 10 bilhões de nanobolhas para cada colher de chá de água. Apesar dos seus números gigantescos, soluções de nanobolhas parecem e se comportam exatamente como a água.

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.

Ao olhar para um copo de água com nanobolhas, você não saberia que elas estão lá. No entanto, elas possuem propriedades notáveis que são usadas em diversas tecnologias, incluindo o tratamento de água.

Nanobubbles are surprisingly stable

Nanobolhas são surpreendentemente estáveis

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.

Uma regra fundamental é que a pressão dentro de uma bolha – qualquer bolha – é sempre maior do que o seu entorno. E quanto menor a bolha, maior a pressão dentro dela.

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.

Uma nanobolha típica pode ter uma pressão interna de até 15 atmosferas. Essa é a mesma pressão que um mergulhador experimenta durante um mergulho profundo em uma profundidade de 150 metros.

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.

A quantidade de gás que pode se dissolver em um líquido determinado aumenta com a pressão. Por causa disso, esperaria-se que as nanobolhas, uma vez produzidas, se dissolvessem rapidamente em muito menos de um segundo. No entanto, pesquisas mostraram que as nanobolhas podem durar horas, dias e até semanas.

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.

Por que as nanobolhas são tão surpreendentemente estáveis ainda é um mistério e objeto de muita pesquisa. Mas sua estranha longevidade também é o que as torna muito úteis, porque as nanobolhas podem ser produzidas, armazenadas e usadas antes de desaparecerem.

Nanobubbles last a long time

Nanobolhas duram muito tempo

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.

O pequeno tamanho das nanobolhas também oferece outras vantagens. Bolhas pequenas têm pouca flutuabilidade, permitindo que permaneçam em solução por um longo tempo. Em comparação, bolhas maiores sobem rapidamente para a superfície e estouram. Você pode ver isso na praia quando uma onda quebra – as bolhas que formam a água branca geralmente desaparecem em menos de dez segundos.

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.

Se você precisa dissolver muito gás em solução, esse longo tempo de residência é muito importante – ele impede que o gás seja perdido para a atmosfera e, como já notamos, a alta pressão interna das nanobolhas aumenta a solubilidade do gás.

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.

Outra vantagem – porque as nanobolhas são tão minúsculas, elas têm uma área de superfície muito grande. Em muitas indústrias, como processamento mineral ou tratamento de águas residuais, a área de superfície de bolhas maiores é usada para coletar materiais dispersos em um líquido. Um processo conhecido como flotação por espuma é usado para purificar milhões de toneladas de minerais na Austrália todos os anos.

Similarly, the surfaces of nanobubbles can be used as highly effective, environmentally friendly cleaning agents, replacing the use of detergents such as soap.

Da mesma forma, as superfícies das nanobolhas podem ser usadas como agentes de limpeza altamente eficazes e ecologicamente corretos, substituindo o uso de detergentes como sabão.

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.

Como você pode ver, as nanobolhas têm uma gama diversificada de aplicações. Nanobolhas de oxigênio até aumentam os rendimentos quando a água de nanobolhas é usada em culturas e em fazendas de peixes, possivelmente por concentrar nutrientes.

How do nanobubbles keep algae at bay?

Como os nanobolhas mantêm as algas afastadas?

Green algae, such as the type found in the Lincoln Memorial Reflecting Pool, thrive in still or slow-flowing water with abundant sunlight.

Algumas verdes, como o tipo encontrado na Piscina de Reflexão do Memorial Lincoln, prosperam em água parada ou de fluxo lento com abundante luz solar.

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.

No tratamento de água, nanobolhas são usadas principalmente para oxigenar a água. Isso promove o crescimento de bactérias aeróbicas que consomem nutrientes orgânicos, superando as algas e promovendo um ambiente aquático saudável.

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.

As nanobolhas também podem ser usadas para entregar gás ozônio, que é um gás altamente reativo e tóxico composto por três átomos de oxigênio. O ozônio desempenha um papel essencial na estratosfera ao proteger a Terra dos raios ultravioleta, mas desempenha um papel muito diferente no tratamento de água.

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.

O ozônio reage com materiais orgânicos na água e, portanto, irá decompor e matar as algas e os nutrientes. No entanto, nanobolhas de ozônio também atacam e matam as bactérias aeróbicas favoráveis.

The strong action of ozone nanobubble treatment is highly suitable for the treatment of heavily contaminated water – for example, if it contains animal waste.

A forte ação do tratamento com nanobolhas de ozônio é altamente adequada para o tratamento de água muito contaminada – por exemplo, se contiver resíduos animais.

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.

No caso do Memorial Lincoln, as nanobolhas de ozônio podem resolver rapidamente uma floração de algas, mas isso ocorre ao custo da remoção das bactérias aeróbicas que poderiam manter as algas sob controle naturalmente.

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.

Isso tornaria a piscina suscetível a florações de algas posteriores se não forem tomadas medidas para evitar uma reocorrência, como prevenir o acúmulo de nutrientes dos quais as algas dependem.

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.

A Piscina de Reflexão no coração de Washington, DC, está programada para ser drenada novamente para remediar o novo revestimento que descasca rapidamente e a floração de algas. Ainda resta saber qual será a cor da água a tempo do Dia 4 de julho, e se as autoridades mudarão para nanobolhas de oxigênio para promover um ecossistema mais saudável na água.

Vince Craig has previously received funding from the Australian Research Council.

Vince Craig recebeu anteriormente financiamento do Conselho Australiano de Pesquisa.

Noura Alzaidan receives funding from The Public Authority for Applied Education and Training (PAAET) in Kuwait.

Noura Alzaidan recebe financiamento da Autoridade Pública de Educação e Treinamento Aplicados (PAAET) no Kuwait.

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