我國(guó)水源明顯不足,水環(huán)境污染問(wèn)題極為。為了更好地實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展觀,完成人與自然的和諧發(fā)展趨勢(shì),破壞水質(zhì)恢復(fù)的分析和實(shí)踐活動(dòng)成為當(dāng)今的熱門(mén)話題。目前,鑒于湖長(zhǎng)制環(huán)境污染日益嚴(yán)重,水質(zhì)曝氣作為一種投資少、效果好的項(xiàng)目,被廣泛采用。
現(xiàn)階段,我國(guó)一般?選用的曝氣機(jī)設(shè)備,不能引起微納米級(jí)細(xì)微氣泡,溶氧率低,能耗高。微納米氣泡發(fā)生裝置可生產(chǎn)直徑在50|mm和數(shù)十納米(nm)之間的細(xì)微氣泡,可快速溶解在水中,進(jìn)一步提高溶解氧的率。該技術(shù)作為一種新型水質(zhì)曝氣技術(shù),在水環(huán)境中具有極其廣闊的市場(chǎng)潛力。
氧在水質(zhì)中的傳遞是通過(guò)氣體和廢水中的O2濃度梯度將O2從致密氣體遷移到低密度廢水中,因此O2濃度梯度和接觸范圍確定了曝氣的實(shí)際效果。在O2濃度梯度不變的標(biāo)準(zhǔn)下,氣水接觸總面積是決定曝氣實(shí)際效果的主要因素。
微納米氣泡技術(shù)合理解決了水質(zhì)中氣泡接觸總面積的問(wèn)題。根本原因是微納米氣泡的面積可以合理擴(kuò)大。例如,0.1cm的大氣泡可以分散成100nm的微氣泡,其面積可以擴(kuò)大1萬(wàn)倍,從而進(jìn)一步提高溶解氧的率。同時(shí),由于氣泡細(xì)小,氣浮機(jī)性能,可長(zhǎng)期停留在污水處理中,從而達(dá)到良好曝氣實(shí)際效果的目的。
由于微納米氣泡發(fā)生裝置的原理和氣泡尺寸與基本曝氣設(shè)備有很大不同,因此該設(shè)備形成的微納米氣泡具有以下特性。
水解狀況:水中汽體的溶解性受壓力危害大于(1),但電解質(zhì)溶液的離子化水可以在融入的微納米氣泡表面產(chǎn)生兩層電離子,并隨著面積的不斷減小而大幅收攏,可以抑制氣泡中汽體的釋放,進(jìn)一步提高溶解度。
(2)超聲波:微納米氣泡因能量高而開(kāi)裂,具有很強(qiáng)的作用。
(3)通電性:微納米氣泡表面含有負(fù)電,很難將氣泡融為一體,在水質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生非常茂密細(xì)致的氣泡,不容易像基本氣泡一樣結(jié)合膨脹開(kāi)裂。微納米氣泡的表面電位差一般為-30~-50mV,能吸收水質(zhì)中含有正電荷的化學(xué)物質(zhì)。利用表面正電荷對(duì)水質(zhì)顆粒的吸附,可以固定和分離水質(zhì)中的有機(jī)化學(xué)懸浮固體。因此,該技術(shù)在提高溶氧的同時(shí),也具有一定的水處理實(shí)際效果。
(4)停留性:微納米氣泡在水質(zhì)上升得很慢,像香煙一樣彌漫在水中。比如10prn氣泡以100m/s的速度升高,在水質(zhì)上升高1m需要3小時(shí),所以微納米氣泡會(huì)在水中停留很長(zhǎng)時(shí)間。這一特點(diǎn)也是其融解效率相對(duì)較高的關(guān)鍵。這種停留的形成不僅與氣泡細(xì)水的浮力降低有關(guān),還與其電荷有關(guān)。如果選擇電極進(jìn)行觀察,隨著電級(jí)的變化,可以看到小氣泡的正負(fù)極健身運(yùn)動(dòng)和Z型的緩慢上升。
利用微納米曝氣技術(shù),在廣州白云湖水質(zhì)改造工程中,采用微納米曝氣技術(shù),使湖的上游進(jìn)水水質(zhì)得到明顯改善,曝氣裝置對(duì)水體的溶氧改善效果良好,曝氣地點(diǎn)下游水體的溶氧狀況有很大改善,整個(gè)下游水體DO提高3Mmg/L,各水質(zhì)指標(biāo)均有所提高,相關(guān)研究表明,泡的大小與停留時(shí)間成正比"。范海濤“J”等研究發(fā)現(xiàn),微孔曝氣也可以產(chǎn)生較小的氣泡,但在氣泡上升過(guò)程中可能發(fā)生合并,使得氣泡變大,從而間接降低了氣泡比表面積,從而使比表面積變小,從而受到浮力的影響,使水泡更快地排出水面。減少了氣泡在水中的停留時(shí)間,對(duì)氣液氧傳質(zhì)不利。
新開(kāi)發(fā)的微納米曝氣充氧設(shè)備是指比較其他微納米曝氣充氧設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。科學(xué)研究新型微納米曝氣充氧設(shè)備的功能測(cè)試,獲得新型微納米曝氣充氧設(shè)備的性能參數(shù),并與市場(chǎng)上曝氣設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較。對(duì)新型微納米曝氣充氧設(shè)備的河段進(jìn)行模擬計(jì)算,獲得內(nèi)部河段的工作壓力、流速、相同的實(shí)際標(biāo)值變化,并分析其原因,為事后的改進(jìn)提供基本的理論支持點(diǎn)。模擬計(jì)算可以降低經(jīng)濟(jì)成本,節(jié)約原材料,穩(wěn)定性大。利用新型微納米曝氣充氧設(shè)備和曝氣盤(pán)曝氣設(shè)備,對(duì)水污染控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究,比較兩種設(shè)備對(duì)污染物的污泥負(fù)荷,分析水質(zhì)中細(xì)菌的變化。后,根據(jù)基本建設(shè)示范項(xiàng)目,分析示范項(xiàng)目中設(shè)備系統(tǒng)軟件的建設(shè)成本,比較其他水污染處理方法的成本,確保新型微納米曝氣充氧設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。后對(duì)試驗(yàn)探究的效果進(jìn)行總結(jié)分析,對(duì)下一步的分析進(jìn)行展望。新型微納米曝氣設(shè)備與SBR系統(tǒng)軟件緊密結(jié)合仿真模擬解決水污染控制,不僅充分發(fā)揮微納米曝氣設(shè)備激光切割優(yōu)化和高溶解氧優(yōu)勢(shì),還具有SBR系統(tǒng)軟件間歇曝氣降低運(yùn)行成本,實(shí)驗(yàn)效果,為曝氣設(shè)備的應(yīng)用和推廣提供基本理論支持。
微納米曝氣組成微生物菌種技術(shù)改善水利樞紐水質(zhì)。科學(xué)研究結(jié)果表明,在實(shí)施微納米曝氣的幾年內(nèi),曝氣區(qū)表面溶氧平均值為9.5mg/L,而非曝氣區(qū)為8.7mg/L。在底層水質(zhì)中,曝氣區(qū)平均值為8.8mg/L,非曝氣區(qū)平均值為7.8mg/Lo。2018年溶氧平均值為8.9mg/L,2019年升至9.6mg/L。水利樞紐pH值變化區(qū)域?yàn)?.04~8.61o,水質(zhì)清晰度從上下游水質(zhì)清晰度不到1m,再到曝氣區(qū)域?yàn)?m1.5m。2018年清晰度平均值為1m,2019年清晰度平均值提高到1.1m。水利樞紐上下游非曝氣區(qū)高錳酸鹽指數(shù)均為1.06mg/L;曝氣區(qū)二期和中下游高錳酸鹽指數(shù)均為0.92mg/L;2018年曝氣區(qū)一、三期高錳酸鹽指數(shù)均為0.88mg/Lo,2019年降至0.94mg/L。水利樞紐上下游非曝氣區(qū)總磷值為0.57mg/L,曝氣區(qū)二期和中下游總磷值為0.039mg/L;曝氣區(qū)一、三期總磷值為0.033mg/L。2018年總磷濃度值平均值為0.044mg/L,2019年總磷濃度值平均值降至0.042mg/Lo水利樞紐上下游非曝氣區(qū)可溶活力磷平均值為0.010mg/L;曝氣區(qū)二期和中下游可溶活力磷平均值為0.008mg/L;2018年曝氣區(qū)一、三期可溶活力磷平均值為0.007mg/L,2019年SRP平均值為0.008mg/L。水利樞紐上下游非曝氣區(qū)葉綠素a均值為8.27ugL;曝氣區(qū)二期和中下游葉綠素a均值為6.17ug/L;曝氣區(qū)一、三期葉綠素a均值為4.30ug/L。2018年葉綠素a總平均值為6.45ug/L,2019年總平均值降至6.04ug/L。曝氣區(qū)二期藻類(lèi)總產(chǎn)量減少率為22.1%;曝氣區(qū)一、三期藻類(lèi)總產(chǎn)量減少率為34.5%,春季藻類(lèi)總產(chǎn)量減少率為27.1%;夏季藻類(lèi)總產(chǎn)量減少率為31.9%;冬季藻類(lèi)總產(chǎn)量減少率為25.9%。夏季藻類(lèi)植物總產(chǎn)量較高,因此減少率也較高,其次是春季和冬季。藻類(lèi)總產(chǎn)量的平均減少率為28.3%,藍(lán)藻的平均減少率為33.9%,藻類(lèi)的平均減少率為34.4%,硅藻泥的平均減少率為18.7%o微納米曝氣成分。微生物菌種技術(shù)對(duì)不同類(lèi)型的藻類(lèi)有一定的減少作用。2018年藻類(lèi)總進(jìn)化率平均為7.2x106cels/L,2019年藻類(lèi)總進(jìn)化率平均降至7.1*106cels/L。
微納米氣泡的關(guān)鍵特點(diǎn)如下:
(I)
微納米氣泡體積比一般氣泡小很多,水的浮力也小,所以上升緩慢,納米氣泡在上升過(guò)程中會(huì)繼續(xù)收攏,終在水中融化消退。汪敏剛等I38對(duì)微納米氣泡為人眼所見(jiàn)的乳白色出現(xiàn)時(shí)間(關(guān)鍵以微米氣泡為主)進(jìn)行了反復(fù)準(zhǔn)確測(cè)量求平均值的科學(xué)研究,測(cè)量數(shù)據(jù)顯示微納米氣泡在水中的懸浮時(shí)間為5分鐘左右。
(I)
微納米氣泡頁(yè)面會(huì)吸引帶負(fù)電的正離子(如OH-),產(chǎn)生表面正電荷的正離子層;空氣負(fù)離子會(huì)吸引帶正電的正離子(如H+),在表面正電荷的正離子層周?chē)a(chǎn)生正電荷,這也是微納米氣泡頁(yè)面的雙電層結(jié)構(gòu)39,如圖0-2所示。雙電層促進(jìn)氣泡之間的排斥,使氣泡無(wú)法相互結(jié)合,氣泡在溶液中的均勻分布40o雙電層正電荷引起的電位差。Z電位差越高,吸附功能越高。