氧在水質(zhì)中的傳遞是通過氣體和廢水中的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1萬倍,從而進(jìn)一步提高溶解氧的率。同時,由于氣泡細(xì)小,氣浮機性能,可長期停留在污水處理中,從而達(dá)到良好曝氣實際效果的目的。
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裂,具有很強的作用。
(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)。利用表面正電荷對水質(zhì)顆粒的吸附,可以固定和分離水質(zhì)中的有機化學(xué)懸浮固體。因此,該技術(shù)在提高溶氧的同時,也具有一定的水處理實際效果。
(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,所以微納米氣泡會在水中停留很長時間。這一特點也是其融解效率相對較高的關(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,隨著電級的變化,可以看到小氣泡的正負(fù)極健身運動和Z型的緩慢上升。
改變微納米曝氣器的通氣量,隨空氣流量的增加,氧傳質(zhì)系數(shù)(Km)逐漸增大。標(biāo)準(zhǔn)氧傳質(zhì)效率(SOTE)隨曝氣量的增大而降低。結(jié)果表明,水溫度對KLa和SOTE均有顯著影響,隨溫度升高,PH升高先降后升,在pH=7.2時達(dá)到小。隨著NHQ的增加,曝氣組比例降低,且隨濁度增加而增加。SOTE值隨溫度的升高而增大,與微孔曝氣組的趨勢一致,但其值小于微納米曝氣組。與SOTE相比,微納米曝氣比SOTE對通氣量的變化更為敏感。
用微納米曝氣法進(jìn)行的植物浮床處理河道支溪水氮化試驗表明,微納米級曝氣浮床技術(shù)對河道底泥進(jìn)行了脫氮試驗,結(jié)果表明:微納米級曝氣浮床技術(shù)對河道底泥進(jìn)行了脫氮試驗。通過對攻.NH4+-N去除率分別達(dá)到70.31%.63.25%o洪濤及其他利用微納米曝氣技術(shù)處理黑臭水體的研究結(jié)果,微納米曝氣技術(shù)對黑臭水體中TP.NHZ-N和COD&去除率分別達(dá)21.4%.40.3%和39.1%。我國對微納米曝氣技術(shù)的研究并不多見,研究的是微納米粒曝氣在黑臭水體的修復(fù)效果,對于微納米曝氣過程中氧傳質(zhì)的變化鮮見報道。
除用于湖泊.河道的治理外,國內(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。通過對一靜態(tài)旋流微氣泡浮選柱的使用條件的優(yōu)化,并對含含水的廢水進(jìn)行了處理,結(jié)果表明,微泡懸浮柱對含油廢水的去除率達(dá)到90%以上。對于生物凈化作用,米歇森等網(wǎng)對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時間,菌株的作用也更加持久。Hotta等利用微米級曝氣法在海洋環(huán)境中進(jìn)行了海體底泥污染試驗。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?,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。
曝氣技術(shù)的相關(guān)科學(xué)研究在已經(jīng)進(jìn)行了40多年,投資小,效果好。5o曝氣技術(shù)廣泛應(yīng)用于的水污染治理中,作為水質(zhì)原點的修復(fù)技術(shù)。根據(jù)缺乏自凈能力的水污染治理,曝氣加氧可以修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)和水質(zhì)凈化6o溶氧進(jìn)入水質(zhì),可以氧化發(fā)臭化學(xué)物質(zhì),合理緩解或減少黑臭。水質(zhì)中溶解氧水平的提高可以鈍化處理污泥,抑制污泥中高錳酸鹽指數(shù)和磷的釋放,空氣氧化或溶解表面污泥中的恢復(fù)化合物,從而在表面堆積物表面產(chǎn)生以兼性細(xì)菌為主導(dǎo)的自然環(huán)境,促進(jìn)好氧細(xì)菌的繁殖,抑制厭氧發(fā)酵微生物菌種和好氧溶解水環(huán)境中的有機化合物。曝氣復(fù)氧了水環(huán)境中有氧的自然環(huán)境,提高了水質(zhì)中細(xì)菌的數(shù)量和活力,從而促進(jìn)了微生物菌種對受損成分的攝入,減輕了環(huán)境污染負(fù)荷,有利于建立細(xì)菌和藻類相互依存管理體系7o。
微納米曝氣組成微生物菌種技術(shù)實施三年后,改善了水利樞紐的各項水質(zhì)指標(biāo),對碳、氮、磷的環(huán)境污染有很強的減少作用。水質(zhì)總磷遠(yuǎn)低于高錳酸鹽指數(shù),促進(jìn)了水氮/磷比的提高,有利于藍(lán)藻的減少。微納米曝氣融合微生物菌種強化技術(shù)有效應(yīng)用于恢復(fù)水利樞紐水體富營養(yǎng)化水質(zhì),本實驗科學(xué)研究結(jié)果為水體富營養(yǎng)化水利樞紐水體改善提供參考。