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濃度梯度不變的標準下,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,其面積可以擴大1萬倍,從而進一步提高溶解氧的率。同時,由于氣泡細小,氣浮機性能,可長期停留在污水處理中,從而達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備有很大不同,因此該設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電,很難將氣泡融為一體,在水質(zhì)中會產(chǎn)生非常茂密細致的氣泡,不容易像基本氣泡一樣結合膨脹開裂。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)中的有機化學懸浮固體。因此,該技術在提高溶氧的同時,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鍵。這種停留的形成不僅與氣泡細水的浮力降低有關,還與其電荷有關。如果選擇電極進行觀察,隨著電級的變化,可以看到小氣泡的正負極健身運動和Z型的緩慢上升。
用微納米曝氣法進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對河道底泥進行了脫氮試驗,結果表明:微納米級曝氣浮床技術對河道底泥進行了脫氮試驗。通過對攻.NH4+-N去除率分別達到70.31%.63.25%o洪濤及其他利用微納米曝氣技術處理黑臭水體的研究結果,微納米曝氣技術對黑臭水體中TP.NHZ-N和COD&去除率分別達21.4%.40.3%和39.1%。我國對微納米曝氣技術的研究并不多見,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)外很多學者也將微納米曝氣在其它領域進行相關研究。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行了處理,結果表明,微泡懸浮柱對含油廢水的去除率達到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)境中進行了海體底泥污染試驗。研究結果表明,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,對含油餐飲廢水進行預處理,在相似條件下,微泡氣浮技術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上有一定的性,但微納米曝氣技術在實際應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,也是當前研究的熱點。
采用微納米氣泡曝氣技術項目進行藻類控制,項目分三期基本建設,總曝氣面積14.5hm2。微納米技術工程噸污水處理費用約為0.02元/m3,合理性優(yōu)良。圍隔實驗期內(nèi),圍隔內(nèi)的溫度范圍為21.5。26.1。隔離試驗結束時,三個微納米曝氣組的溶解氧濃度值在12.4mg/L左右,而空缺對照試驗的溶解氧濃度值為8.7mg/L,與曝氣組誤差較大,達到3.7mg/L,顯示了微納米曝氣的實際充氧效果。曝氣組高錳酸鹽指數(shù)的大污泥負荷來自曝氣生物菌種組,達到50%,比立曝氣組高19.8%。總磷和可溶活力磷的大污泥負荷來自曝氣+鎖磷劑組,各達70.3%和50%。曝氣生物菌種組對葉綠素A的大污泥負荷為70.2%,比立曝氣組增加33.5%,藻類總進化率的大污泥負荷為78.9%,比立曝氣組增加13.9%,藍藻減少率為86.8%。
微納米曝氣組成微生物菌種技術對水利樞紐堆積物的改善作用。科學研究結果表明,曝氣區(qū)S3的相對性比附近非曝氣區(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)的相對性分別為22.4%.5.5%.3.8%。積聚物微生物菌種共檢測22.113屬,曝氣前后對比,積聚物中有益菌變菌門成分增加26.42%,厚壁菌門成分增加5.25%,而標有水體富營養(yǎng)化的綠彎菌門成分減少9.51%,酸鏈球菌門成分減少5.82%,球菌門成分減少8.16%,其他類別成分彈性系數(shù)較低。
微納米氣泡的關鍵特點如下:
(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,納米氣泡在上升過程中會繼續(xù)收攏,終在水中融化消退。汪敏剛等I38對微納米氣泡為人眼所見的乳白色出現(xiàn)時間(關鍵以微米氣泡為主)進行了反復準確測量求平均值的科學研究,測量數(shù)據(jù)顯示微納米氣泡在水中的懸浮時間為5分鐘左右。
(I)
微納米氣泡頁面會吸引帶負電的正離子(如OH-),產(chǎn)生表面正電荷的正離子層;空氣負離子會吸引帶正電的正離子(如H+),在表面正電荷的正離子層周圍產(chǎn)生正電荷,這也是微納米氣泡頁面的雙電層結構39,如圖0-2所示。雙電層促進氣泡之間的排斥,使氣泡無法相互結合,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。