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了該技術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。微微納米氣泡產生的振波是導致?大腸埃希菌降解的主要因素。Chen等25產品開發(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,微納米氣泡在高頻節(jié)能超音波應用中可以有效消除附著在固體化學物質表面的細菌和藻類。Tian等27科學研究了微納米氣泡對陶氏反滲透膜積垢的清洗效果,發(fā)現回轉曝氣清洗效果優(yōu)于空隙式。
微納米曝氣改善水體的主要作用。
溶解氧是清潔水質的主要原因之一。高溶解氧有利于溶解水環(huán)境中的各種污染源,使水質迅速凈化;相反,溶解氧低,水質中的污染物溶解緩慢。微納米曝氣技術對改善水體有以下幾個方面。
(1)去除有機化合物的破壞和黑臭:由于微納米氣泡停留性強,可以帶來更充分的O2。在豐富多彩的好氧細菌標準下,有機化合物的環(huán)境污染指標值COD和BOD顯著降低,黑臭消退。同時,去除了水質底部有機化合物溶解引起的甲烷氣體、氯化氫等有害有害物質。
(2)降低水質營養(yǎng)鹽成分:由于微納米氣泡具有較強的氣浮機性、停留性和擴散性,其升果較弱。水質加氧后,可合理抑制河底綠膿桿菌有機溶解的全過程,減少水下氮和磷營養(yǎng)鹽的釋放。
(3)去除藻類藍藻水華:微納米曝氣具有很強的復氧作用,可以改善水生生物的生活條件,進而控制藻類的生長發(fā)育。
(4)提高水綠化和清晰度:環(huán)境污染水質中的各種無機物和有機化學懸浮固體、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鍵化學物質。微納米曝氣能更合理地促進水生生物的生長發(fā)育,進而降低水土有機質,顯著提高水質清晰度,改善水綠色。
減少污泥內源性環(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。根據生物排泄的全過程,促進污泥有機化學污染物的溶解,逐步完善無機物化底泥土壤層,阻隔內源性環(huán)境污染。
天津市水文局、天津市水文局、天津市水文局、天津市水文局、天津市水文局、天津市水文局等單位利用微納曝氣裝置和射流曝氣裝置,對天津水利部城市水環(huán)境改善示范基地進行了通氣改造,該工程占地面積為320000平方米。增加水體氧含量,克服了冬季運行技術難題,主要指標達到地表水IV類標準。
郝明偉[8°]主要對水中微納米氣泡的運動規(guī)律和沉降機理進行了研究,并對日本微型納米曝氣裝置氣泡發(fā)生器結構原理進行了研究。并對某河流曝氣水質進行了改進試驗,認為微納米級曝氣是一種較好的改善水體水質環(huán)境的技術。
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的變化鮮見報道。
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,測量數據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。
還原性強
微納米泡破裂后,由更高濃度的正離子氣-水分子聚集的機械能在一瞬間釋放出來,使H2O溶解形成具有強氧化性的羥基自由基(·0H)I3"]。Zhang等四在衰減系數全反射傅里葉變換紅外光譜技術(ATR-IR)的基礎上發(fā)現,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),具有很強的氧化能力(2.07V),能夠氧化分解有機物,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,界面張力促使內部標準壓力不斷增大,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間較長,氣體與藥液接觸的時間越長,而且氣泡堆積密度越大,促使氣體接觸液面的距離也隨之擴大,O2的使用率因此提升"I。