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微納米氣泡引起的羥基自由基還原性高，給飲用水消毒和液體表面清潔帶來很大潛力。許多使用案例也證實(shí)了該技術(shù)的有效殺菌和成本低廉。Sumikura等24研究了活性氧微納米氣泡對大腸埃菌的消毒殺菌作用，獲得了活性氧的消毒殺菌效果。微微納米氣泡產(chǎn)生的振波是導(dǎo)致?大腸埃希菌降解的主要因素。Chen等25產(chǎn)品開發(fā)了一套活性氧微納米氣泡發(fā)生裝置，用于淋浴消毒，避免病原菌生長，應(yīng)用效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)超聲波振動法。Broekman等26研究發(fā)現(xiàn)，微納米氣泡在高頻節(jié)能超音波應(yīng)用中可以有效消除附著在固體化學(xué)物質(zhì)表面的細(xì)菌和藻類。Tian等27科學(xué)研究了微納米氣泡對陶氏反滲透膜積垢的清洗效果，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)曝氣清洗效果優(yōu)于空隙式。
我國水源明顯不足，水環(huán)境污染問題極為。為了更好地實(shí)現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展觀，完成人與自然的和諧發(fā)展趨勢，破壞水質(zhì)恢復(fù)的分析和實(shí)踐活動成為當(dāng)今的熱門話題。目前，鑒于湖長制環(huán)境污染日益嚴(yán)重，水質(zhì)曝氣作為一種投資少、效果好的項目，被廣泛采用。
現(xiàn)階段，我國一般?選用的曝氣機(jī)設(shè)備，不能引起微納米級細(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潛力。
微納米氣泡發(fā)生裝置主要由發(fā)生裝置、微納米曝氣頭和連接管組成。由曝氣頭根據(jù)循環(huán)泵充壓。在離心作用下，使其內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，氣體根據(jù)進(jìn)氣口進(jìn)入負(fù)壓區(qū)，在罐體內(nèi)部分為附近的液體帶和核心汽體帶，由高速運(yùn)行的氣石排氣部下氣體勻稱切成直徑5~30|^m的微納米氣泡。由于氣泡微妙，不會受到水中氣體溶解的危害，不會受到溫度、工作壓力等外部標(biāo)準(zhǔn)的限制，可長期停留在污水處理中，具有的氣浮機(jī)實(shí)際效果。
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(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(jī)性能，可長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(jī)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(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，所以微納米氣泡會在水中停留很長時間。這一特點(diǎn)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(yùn)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。
微納米曝氣組成微生物菌種技術(shù)實(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)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。
微納米曝氣組成微生物菌種技術(shù)對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(biāo)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)域為7.04~8.61o，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)域為1m1.5m。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)二期藻類總產(chǎn)量減少率為22.1%；曝氣區(qū)一、三期藻類總產(chǎn)量減少率為34.5%，春季藻類總產(chǎn)量減少率為27.1%；夏季藻類總產(chǎn)量減少率為31.9%；冬季藻類總產(chǎn)量減少率為25.9%。夏季藻類植物總產(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)對不同類型的藻類有一定的減少作用。2018年藻類總進(jìn)化率平均為7.2x106cels/L，2019年藻類總進(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(guān)鍵以微米氣泡為主)進(jìn)行了反復(fù)準(zhǔn)確測量求平均值的科學(xué)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(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(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。
