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(jī)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(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(yùn)動和Z型的緩慢上升。
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。
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(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。
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(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。
采用微納米氣泡曝氣技術(shù)項目進(jìn)行藻類控制,項目分三期基本建設(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(jié)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(dá)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(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%。
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。科學(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)??茖W(xué)研究結(jié)果表明,在實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。