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。
除用于湖泊.河道的治理外,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者也將微納米曝氣在其它領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)研究。通過(guò)對(duì)一靜態(tài)旋流微氣泡浮選柱的使用條件的優(yōu)化,并對(duì)含含水的廢水進(jìn)行了處理,結(jié)果表明,微泡懸浮柱對(duì)含油廢水的去除率達(dá)到90%以上。對(duì)于生物凈化作用,米歇森等網(wǎng)對(duì)用微生物與微納米曝氣法混合后,注入土壤間隙,以降解土壤中二甲苯。試驗(yàn)結(jié)果表明,微納米粒曝氣可以提高微生物的活性,經(jīng)處理后二甲苯濃度基本被去除,微納米泡在土壤中維持較長(zhǎng)時(shí)間,菌株的作用也更加持久。Hotta等利用微米級(jí)曝氣法在海洋環(huán)境中進(jìn)行了海體底泥污染試驗(yàn)。研究結(jié)果表明,微納米泡不僅能有效地消除底泥中的污染物,而且能增強(qiáng)污泥中的細(xì)菌活性,提高污泥的持續(xù)污染能力。將微泡氣浮與普通氣浮工藝相比較,采用微泡氣浮和普通氣浮工藝,對(duì)含油餐飲廢水進(jìn)行預(yù)處理,在相似條件下,微泡氣浮技術(shù)具有較好的氣浮性能和較高的去除率??梢?jiàn),微納米粒曝氣在曝氣技術(shù)上有一定的性,但微納米曝氣技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中要把水體和氣體混在一起才能曝氣,怎樣才能更好地推廣微納曝氣技術(shù),也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
微納米曝氣組成微生物菌種技術(shù)對(duì)水利樞紐堆積物的改善作用??茖W(xué)研究結(jié)果表明,曝氣區(qū)S3的相對(duì)性比附近非曝氣區(qū)S2和S4的TP降低了11.6%和2.7%,曝氣區(qū)S5的相對(duì)性比非曝氣區(qū)S4的TP降低了32%。S3.S5和S6在曝氣危害地區(qū)的相對(duì)性分別為23.0%.18.0%.10.3%。S3.S5和S6在曝氣危害地區(qū)的相對(duì)性分別為22.4%.5.5%.3.8%。積聚物微生物菌種共檢測(cè)22.113屬,曝氣前后對(duì)比,積聚物中有益菌變菌門(mén)成分增加26.42%,厚壁菌門(mén)成分增加5.25%,而標(biāo)有水體富營(yíng)養(yǎng)化的綠彎菌門(mén)成分減少9.51%,酸鏈球菌門(mén)成分減少5.82%,球菌門(mén)成分減少8.16%,其他類別成分彈性系數(shù)較低。
納米氣泡是指孔徑為0.1.50微m的氣泡,在10微m中稱為micro-bubble,在20世界90時(shí)代,日本生物學(xué)家開(kāi)始為水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域開(kāi)發(fā)微納米氣泡35。1991年,Ketkar等36對(duì)沉淀氣泡技術(shù)進(jìn)行了科學(xué)研究,豐富多彩,提高了微納米氣泡的出現(xiàn)方式?,如電解鹽水、充壓融化、切割等37o。
科研人員發(fā)現(xiàn),由于微納米氣泡規(guī)格小的特點(diǎn),表現(xiàn)出與一般氣泡不同的多種特點(diǎn),使氣泡在水質(zhì)中的溶解氧更,對(duì)浮顆粒的剝離有更好的實(shí)際效果,對(duì)污染源的分解力。
還原性強(qiáng)
微納米泡破裂后,由更高濃度的正離子氣-水分子聚集的機(jī)械能在一瞬間釋放出來(lái),使H2O溶解形成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·0H)I3"]。Zhang等四在衰減系數(shù)全反射傅里葉變換紅外光譜技術(shù)(ATR-IR)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn),一旦破裂,高能的納米氣泡破裂,在水中生成大量的羥基自由基(2.07V),具有很強(qiáng)的氧化能力(2.07V),能夠氧化分解有機(jī)物,凈化處理水體。
(VI)的氧對(duì)流換熱。
隨著微納米泡直徑的減小,氣泡的比表面積繼續(xù)增大,界面張力促使內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)壓力不斷增大,使得大量的O2按照氣-水相界面融入水相培土壤。由于氣泡存在于水中的時(shí)間較長(zhǎng),氣體與藥液接觸的時(shí)間越長(zhǎng),而且氣泡堆積密度越大,促使氣體接觸液面的距離也隨之?dāng)U大,O2的使用率因此提升"I。