
يُعالج حوض التأمل في نصب لينكولن بـ “فقاعات النانو”. ما هي وما طبيعة عملها؟
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.
فقاعات النانو غير مرئية، ومستقرة بشكل غامض، وأنحف بألف مرة من شعرة الإنسان، ومتعددة الاستخدامات بشكل مدهش.
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.
مع اقتراب الولايات المتحدة من احتفالات الذكرى الـ 250 في الرابع من يوليو، يتم تجهيز الآثار والتماثيل والنوافير في واشنطن العاصمة لإقامة عرض.
However, renovations of the Lincoln Memorial Reflecting Pool haven’t gone to plan.
ومع ذلك، فإن تجديد بركة الانعكاس في نصب لينكولن التذكاري لم يسر وفقاً للخطة.
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.
بعد فترة وجيزة من اكتمال التجديدات، أدى ازدهار الطحالب إلى تحويل مياه البركة إلى اللون الأخضر اللزج. يسارع المسؤولون لمعالجة المشكلة، وقد نشروا، ضمن علاجات أخرى، تقنية النانوفقاعات بالأوزون لتنظيف المياه.
But what are nanobubbles and why would they be used to address an algal bloom?
ولكن ما هي النانوفقاعات ولماذا يمكن استخدامها لمعالجة ازدهار الطحالب؟
What are nanobubbles?
ما هي الفقاعات النانوية؟
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.
الفقاعات النانوية، والمعروفة أيضًا باسم الفقاعات فائقة الدقة، هي فقاعات مملوءة بالغاز بقطر يبلغ عادة حوالي 100 نانومتر. وهذا يجعل كل فقاعة نانوية تعادل تقريباً جزءاً من الألف من سُمك الشعرة البشرية.
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.
عند استخدامها مع معدات متخصصة تحقن غازات مثل الهواء أو الأوزون أو الأكسجين في الماء، تتكون الفقاعات النانوية بأعداد هائلة – عادة حوالي 10 مليارات فقاعة نانوية لكل ملعقة صغيرة من الماء. وعلى الرغم من أعدادها الضخمة، تبدو محاليل الفقاعات النانوية وتشعر بها تماماً مثل الماء.
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.
عند النظر إلى كوب ماء يحتوي على فقاعات نانوية، لن تدرك أنها موجودة. ومع ذلك، فإن لها خصائص ملحوظة تُستخدم في عدد من التقنيات، بما في ذلك معالجة المياه.
Nanobubbles are surprisingly stable
فقاعات النانو مستقرة بشكل مدهش
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.
القاعدة الأساسية هي أن الضغط داخل الفقاعة – أي فقاعة – يكون دائمًا أكبر من ضغط محيطها. وكلما كانت الفقاعة أصغر، زاد الضغط بداخلها.
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.
يمكن أن يصل الضغط الداخلي لفقاعة نانو نموذجية إلى 15 ضغط جوي. وهذا هو نفس الضغط الذي يواجهه الغطاس أثناء الغوص العميق إلى عمق 150 مترًا.
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.
تزداد كمية الغاز التي يمكن إذابتها في سائل معين مع زيادة الضغط. ولهذا، قد تتوقع أن تذوب فقاعات النانو، بمجرد إنتاجها، بسرعة كبيرة في أقل من ثانية. ومع ذلك، أظهر البحث أن فقاعات النانو يمكن أن تدوم لساعات وأيام وحتى أسابيع.
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.
لا يزال سبب استقرار فقاعات النانو بشكل مدهش لغزًا وموضوع بحث كبير. ولكن طول عمرها الغريب هو أيضًا ما يجعلها مفيدة للغاية، لأنها يمكن إنتاجها وتخزينها واستخدامها قبل أن تتلاشى.
Nanobubbles last a long time
تستمر الفقاعات النانوية لفترة طويلة
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.
يوفر الحجم الصغير للفقاعات النانوية مزايا أخرى أيضًا. تمتلك الفقاعات الصغيرة طفوًا ضئيلًا جدًا، مما يسمح لها بالبقاء في المحلول لفترة طويلة. بالمقارنة، ترتفع الفقاعات الأكبر بسرعة إلى السطح وتنكسر. يمكنك ملاحظة ذلك على الشاطئ عندما تضرب الموجة – فغالبًا ما تختفي الفقاعات التي تشكل المياه البيضاء في أقل من عشر ثوانٍ.
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.
إذا كنت بحاجة إلى إذابة كمية كبيرة من الغاز في محلول، فإن فترة البقاء الطويلة هذه مهمة للغاية- فهي تمنع فقدان الغاز في الغلاف الجوي، وكما لاحظنا بالفعل، فإن الضغط الداخلي المرتفع للفقاعات النانوية يزيد من قابلية ذوبان الغاز.
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.
ميزة أخرى – نظرًا لأن الفقاعات النانوية صغيرة جدًا، فإن لها مساحة سطح كبيرة جدًا. في العديد من الصناعات، مثل معالجة المعادن أو معالجة مياه الصرف الصحي، تُستخدم مساحة السطح للفقاعات الأكبر لجمع المواد المشتتة في سائل. وتُستخدم عملية تعرف باسم التعويم الرغوي لتنقية ملايين الأطنان من المعادن في أستراليا كل عام.
Similarly, the surfaces of nanobubbles can be used as highly effective, environmentally friendly cleaning agents, replacing the use of detergents such as soap.
وبالمثل، يمكن استخدام أسطح الفقاعات النانوية كعوامل تنظيف فعالة للغاية وصديقة للبيئة، لتحل محل استخدام المنظفات مثل الصابون.
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.
كما ترى، تتمتع الفقاعات النانوية بمجموعة متنوعة من التطبيقات. حتى أن فقاعات الأكسجين النانوية تزيد الغلة عندما يُستخدم الماء النانوي في المحاصيل ومزارع الأسماك، ربما عن طريق تركيز المغذيات.
How do nanobubbles keep algae at bay?
كيف تحافظ الفقاعات النانوية على إبعاد الطحالب؟
Green algae, such as the type found in the Lincoln Memorial Reflecting Pool, thrive in still or slow-flowing water with abundant sunlight.
تزدهر الطحالب الخضراء، مثل النوع الموجود في حوض الانعكاس التذكاري لنصب لينكولن، في المياه الساكنة أو بطيئة الجريان ذات ضوء الشمس الوفير.
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.
في معالجة المياه، تُستخدم الفقاعات النانوية بشكل أساسي لأكسجة المياه. وهذا يعزز نمو البكتيريا الهوائية التي تستهلك المغذيات العضوية، مما يتفوق على الطحالب ويعزز بيئة مائية صحية.
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.
يمكن أيضًا استخدام الفقاعات النانوية لتوصيل غاز الأوزون، وهو غاز شديد التفاعل والسمية ويتكون من ثلاث ذرات أكسجين. يلعب الأوزون دورًا أساسيًا في طبقة الستراتوسفير في حماية الأرض من الأشعة فوق البنفسجية، ولكنه يلعب دورًا مختلفًا جدًا في معالجة المياه.
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.
يتفاعل الأوزون مع المواد العضوية في الماء وبالتالي يحلل ويقتل الطحالب والمغذيات. ومع ذلك، فإن فقاعات الأوزون النانوية تهاجم وتقتل أيضًا البكتيريا الهوائية المفيدة.
The strong action of ozone nanobubble treatment is highly suitable for the treatment of heavily contaminated water – for example, if it contains animal waste.
إن العمل القوي لمعالجة الفقاعات النانوية للأوزون مناسب للغاية لمعالجة المياه الملوثة بشدة – على سبيل المثال، إذا كانت تحتوي على نفايات حيوانية.
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.
في حالة نصب لينكولن التذكاري، يمكن لفقاعات الأوزون النانوية أن تحل بسرعة مشكلة ازدهار الطحالب، ولكن ذلك يأتي على حساب إزالة البكتيريا الهوائية التي يمكنها في الطبيعة السيطرة على نمو الطحالب.
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.
سيجعل هذا الحوض عرضة لاحقًا لازدهارات طحلبية إذا لم يتم اتخاذ تدابير لمنع تكرارها، مثل منع تراكم المغذيات التي تعتمد عليها الطحالب.
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.
من المقرر الآن تجفيف حوض الانعكاس في قلب واشنطن العاصمة مرة أخرى لمعالجة التقشير السريع للطلاء الجديد وازدهار الطحالب. ولا يزال من الواضح ما سيكون لون المياه بحلول الرابع من يوليو، وما إذا كانت السلطات ستتحول إلى الفقاعات النانوية للأكسجين لتعزيز نظام بيئي أكثر صحة في الماء.
Vince Craig has previously received funding from the Australian Research Council.
تلقى فنس كريغ سابقًا تمويلاً من المجلس الأسترالي للبحوث.
Noura Alzaidan receives funding from The Public Authority for Applied Education and Training (PAAET) in Kuwait.
تتلقى نورة الزيدان التمويل من الهيئة العامة للتعليم التطبيقي والتدريب (PAAET) في الكويت.
Read more
-

ما هي البدائل المتاحة لدول الخليج عن مضيق هرمز؟
What alternatives do Gulf states have to the Strait of Hormuz?
-

يتصاعد اليمين المتطرف في فرنسا وألمانيا وأجزاء من أوروبا. ماذا سيعني هذا لأوكرانيا؟
The far right is surging in France, Germany and parts of Europe. What will this mean for Ukraine?