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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(shí)，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(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)，所以微納米氣泡會在水中停留很長時(shí)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(shí)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(yàn)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(yàn)，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(yàn)。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(bào)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(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時(shí)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(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(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)。
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(diǎn)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(jī)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。
采用微納米氣泡曝氣技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行藻類控制，項(xiàng)目分三期基本建設(shè)，總曝氣面積14.5hm2。微納米技術(shù)工程噸污水處理費(fèi)用約為0.02元/m3，合理性優(yōu)良。圍隔實(shí)驗(yàn)期內(nèi)，圍隔內(nèi)的溫度范圍為21.5。26.1。隔離試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，三個(gè)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(yàn)的溶解氧濃度值為8.7mg/L，與曝氣組誤差較大，達(dá)到3.7mg/L，顯示了微納米曝氣的實(shí)際充氧效果。曝氣組高錳酸鹽指數(shù)的大污泥負(fù)荷來自曝氣生物菌種組，達(dá)到50%，比立曝氣組高19.8%?？偭缀涂扇芑盍α椎拇笪勰嘭?fù)荷來自曝氣+鎖磷劑組，各達(dá)70.3%和50%。曝氣生物菌種組對葉綠素A的大污泥負(fù)荷為70.2%，比立曝氣組增加33.5%，藻類總進(jìn)化率的大污泥負(fù)荷為78.9%，比立曝氣組增加13.9%，藍(lán)藻減少率為86.8%。
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)家開始為水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域開發(fā)微納米氣泡35。1991年，Ketkar等36對沉淀氣泡技術(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，對浮顆粒的剝離有更好的實(shí)際效果，對污染源的分解力。
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(shí)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(shí)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。
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，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，氣體與藥液接觸的時(shí)間越長，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。
