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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，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。
微納米曝氣改善水體的主要作用。
溶解氧是清潔水質(zhì)的主要原因之一。高溶解氧有利于溶解水環(huán)境中的各種污染源，使水質(zhì)迅速凈化；相反，溶解氧低，水質(zhì)中的污染物溶解緩慢。微納米曝氣技術(shù)對改善水體有以下幾個方面。
(1)去除有機(jī)化合物的破壞和黑臭:由于微納米氣泡停留性強(qiáng)，可以帶來更充分的O2。在豐富多彩的好氧細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)下，有機(jī)化合物的環(huán)境污染指標(biāo)值COD和BOD顯著降低，黑臭消退。同時，去除了水質(zhì)底部有機(jī)化合物溶解引起的甲烷氣體、氯化氫等有害有害物質(zhì)。
（2）降低水質(zhì)營養(yǎng)鹽成分：由于微納米氣泡具有較強(qiáng)的氣浮機(jī)性、停留性和擴(kuò)散性，其升果較弱。水質(zhì)加氧后，可合理抑制河底綠膿桿菌有機(jī)溶解的全過程，減少水下氮和磷營養(yǎng)鹽的釋放。
(3)去除藻類藍(lán)藻水華:微納米曝氣具有很強(qiáng)的復(fù)氧作用，可以改善水生生物的生活條件，進(jìn)而控制藻類的生長發(fā)育。
（4）提高水綠化和清晰度：環(huán)境污染水質(zhì)中的各種無機(jī)物和有機(jī)化學(xué)懸浮固體、活浮植物和死亡遺骸、大中型水生花渣、溶解生物渣是危害水綠化和透明度的關(guān)鍵化學(xué)物質(zhì)。微納米曝氣能更合理地促進(jìn)水生生物的生長發(fā)育，進(jìn)而降低水土有機(jī)質(zhì)，顯著提高水質(zhì)清晰度，改善水綠色。
減少污泥內(nèi)源性環(huán)境污染:微納米曝氣充氧后，湖長制(5)底泥表面氧含量增加，好氧微生物菌種主題活動加強(qiáng)。根據(jù)生物排泄的全過程，促進(jìn)污泥有機(jī)化學(xué)污染物的溶解，逐步完善無機(jī)物化底泥土壤層，阻隔內(nèi)源性環(huán)境污染。
微米級曝氣在日本的應(yīng)用較早，不僅用于工業(yè)廢水、河流治理，還用于養(yǎng)殖.畜牧.食品工業(yè)等行業(yè)，在河道及湖泊凈化等方面的研究與應(yīng)用，已有70多個研究和應(yīng)用案例。2008年，Shaip公司將微納米曝氣技術(shù)與微生物技術(shù)相結(jié)合，處理一家日流量在200m3左右的污水廠，取得了良好的效果，使TN去除率達(dá)到90%以上。
我國對微納米曝氣技術(shù)的研究起步較晚，但隨著其技術(shù)交流和應(yīng)用的不斷開放，微納米級曝氣已逐漸應(yīng)用于國內(nèi)一些項目，并取得了良好的治理效果。
利用微納米曝氣技術(shù)，在廣州白云湖水質(zhì)改造工程中，采用微納米曝氣技術(shù)，使湖的上游進(jìn)水水質(zhì)得到明顯改善，曝氣裝置對水體的溶氧改善效果良好，曝氣地點(diǎn)下游水體的溶氧狀況有很大改善，整個下游水體DO提高3Mmg/L，各水質(zhì)指標(biāo)均有所提高，相關(guān)研究表明，泡的大小與停留時間成正比"。范海濤“J”等研究發(fā)現(xiàn)，微孔曝氣也可以產(chǎn)生較小的氣泡，但在氣泡上升過程中可能發(fā)生合并，使得氣泡變大，從而間接降低了氣泡比表面積，從而使比表面積變小，從而受到浮力的影響，使水泡更快地排出水面。減少了氣泡在水中的停留時間，對氣液氧傳質(zhì)不利。
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?？梢姡⒓{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)。
新開發(fā)的微納米曝氣充氧設(shè)備是指比較其他微納米曝氣充氧設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)?？茖W(xué)研究新型微納米曝氣充氧設(shè)備的功能測試，獲得新型微納米曝氣充氧設(shè)備的性能參數(shù)，并與市場上曝氣設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較。對新型微納米曝氣充氧設(shè)備的河段進(jìn)行模擬計算，獲得內(nèi)部河段的工作壓力、流速、相同的實(shí)際標(biāo)值變化，并分析其原因，為事后的改進(jìn)提供基本的理論支持點(diǎn)。模擬計算可以降低經(jīng)濟(jì)成本，節(jié)約原材料，穩(wěn)定性大。利用新型微納米曝氣充氧設(shè)備和曝氣盤曝氣設(shè)備，對水污染控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究，比較兩種設(shè)備對污染物的污泥負(fù)荷，分析水質(zhì)中細(xì)菌的變化。后，根據(jù)基本建設(shè)示范項目，分析示范項目中設(shè)備系統(tǒng)軟件的建設(shè)成本，比較其他水污染處理方法的成本，確保新型微納米曝氣充氧設(shè)備的優(yōu)勢。后對試驗(yàn)探究的效果進(jìn)行總結(jié)分析，對下一步的分析進(jìn)行展望。新型微納米曝氣設(shè)備與SBR系統(tǒng)軟件緊密結(jié)合仿真模擬解決水污染控制，不僅充分發(fā)揮微納米曝氣設(shè)備激光切割優(yōu)化和高溶解氧優(yōu)勢，還具有SBR系統(tǒng)軟件間歇曝氣降低運(yùn)行成本，實(shí)驗(yàn)效果，為曝氣設(shè)備的應(yīng)用和推廣提供基本理論支持。
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(yàn)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(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，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(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%。
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。
