|
Wetsus（欧洲卓越可持续水技术中心）是一家世界顶级水处理领域产、学、研平台。在短短15年内，从无到有构建了极有活力的产学研生态体系。今年起JIEI研究院正式加入Wetsus国际水科技创新网络，成为首家中国平台会员。 接下来，我们会分享Wetsus的研究主题、商业合作等最新信息。本期聚焦应用水物理学这一前沿基础理论研究。 研究背景 由世界水物理领域带头人牵头的荷兰wetsus应用水物理项目课题组，首次发现水的第四态-水桥和新型电化水分子，并在全球范围内首次破解磁化水机制，属全领域40年首创，并且获得两项注册专利（电化水分子、磁化水检测）。 目前污水二级处理还是以生物、化学的方法为主，物理方法主要还是以粗放的格栅为主。生化方法不仅能耗高，也容易对环境造成二次污染。应用水物理研究项目通过探究水的基本物理性质，重点探索水和电、磁和电磁场的相互作用及其对水分子和微生态的影响，在此基础上建立物理、化学、和生物模型，进行开拓性的系统筛选实验，以期找出能够商业化的水处理新概念。 比如：电、磁及电磁场对水分子和微生态的影响-利用水的第四态-水桥电化水分子从而改变水的PH,实现对水中微生物的选择性的激活与抑制；利用水的曲线涡流形态实现水增氧提升水质；用电介击穿的方法，回收水中的能量；水的磁化对水中微生物的影响等，希望在这些研究中找出能够商业化的水二级处理的物理方法，从而实现节能和避免化学添加对环境造成二次污染的目标。 未来，应用水物理方面的突破性研究将为水处理技术掀起继往开来的篇章。 参与成员 对这个主题，有荷兰代尔夫特理工大学和维也纳农业与科学大学Brabant Water，H2MOTION等8家荷兰公司参与研究。其中Brabant Water的Ruud van Nieuwenhuijze担任项目经理，荷兰代尔夫特理工大学和维也纳农业与科学大学则作为主要研究机构参与研究。 研究项目 目前有3个博士生和一个博士后组成课题组，分别负责4个项目： （1）电和磁对水分子的结构和动力学作用-中尺度动力学的电场梯度控制； （2）涡流处理-水曲线涡流-水增氧及水质提升； （3）电介击穿产能-电介击穿的能量回收； （4）水的磁化-非化学方法的水质提升。 项目：用双曲几何的原理研究旋涡在水处理的应用（增氧及水质提升） 项目背景 近几年，奥地利林务官和仿生学的先驱Viktor Schauberger关于水和旋涡的理论又重新引起了人们的关注。 在一个双曲漏斗中，气液界面是很有趣的。交界面能够延伸直到排出口，就像一个螺旋的形状或者是站立的波动图形。（图表1）。除此之外，双曲旋涡可以通过使用特殊的转子在原本的静水中创造出来。快速混合和大的交界面的混合也许可以让这种旋涡成为非常有效的充氧装置。目前，污水处理厂50-70%的能量都被用于这个环节。此外，旋涡也可以用来分离颗粒，当重的颗粒被带到中心后，就从出口排出去了。
图1 双曲线漏斗中空气水分界面的高速照片图像 课题组的研究目标包括： 建立、测量、计算以及模仿双曲旋涡的流动形态； 研究旋涡对水物理和化学性质的影响； 研究使用双曲旋涡作为充氧系统的可行性； 理解双曲几何的重要性 研究者将使用PIV测量法来研究双曲漏斗中旋涡的流动结构。确定艾克曼边界层的存在并将切线速度与粘性理论模型相比较。 此外，课题组还将研究粘性发热的作用以及随着时间的推进，PH值、导电性、蒸发率和气体的吸入等数值的变化。他们表示对旋涡气穴现象可能产生的可能性以及它们对于水产生的效果非常感兴趣。与此同时，他们会使用ANSYS软件（图表3）对这些几何图形做数值仿真，帮助理解理论和实际观察的联系。
图2 气泡可能从中心柱脱离然后迅速溶于水
图3 流线图和纵坐标轴中速度角度的ANSYS仿真结果 （编辑：Wendy） |
