微纳米气泡引起的羟基自由基还原性高,给饮用水消毒和液体表面清洁带来很大潜力。许多使用案例也证实了该技术的有效杀菌和成本低廉。Sumikura等24研究了活性氧微纳米气泡对大肠埃菌的消毒杀菌作用,获得了活性氧的消毒杀菌效果。微微纳米气泡产生的振波是导致 大肠埃希菌降解的主要因素。Chen等25产品开发了一套活性氧微纳米气泡发生装置,用于淋浴消毒,避免病原菌生长,应用效果明显优于传统超声波振动法。Broekman等26研究发现,微纳米气泡在高频节能超音波应用中可以有效消除附着在固体化学物质表面的细菌和藻类。Tian等27科学研究了微纳米气泡对陶氏反渗透膜积垢的清洗效果,发现回转曝气清洗效果优于空隙式。
我国水源明显不足,水环境污染问题极为。为了更好地实现人类社会的可持续发展观,完成人与自然的和谐发展趋势,破坏水质恢复的分析和实践活动成为当今的热门话题。目前,鉴于湖长制环境污染日益严重,水质曝气作为一种投资少、效果好的项目,被广泛采用。
现阶段,我国一般 选用的曝气机设备,不能引起微纳米级细微气泡,溶氧率低,能耗高。微纳米气泡发生装置可生产直径在50|mm和数十纳米(nm)之间的细微气泡,可快速溶解在水中,进一步提高溶解氧的率。该技术作为一种新型水质曝气技术,在水环境中具有极其广阔的市场潜力。
利用微纳米曝气技术,在广州白云湖水质改造工程中,采用微纳米曝气技术,使湖的上游进水水质得到明显改善,曝气装置对水体的溶氧改善效果良好,曝气地点下游水体的溶氧状况有很大改善,整个下游水体DO提高3Mmg/L,各水质指标均有所提高,相关研究表明,泡的大小与停留时间成正比"。范海涛“J”等研究发现,微孔曝气也可以产生较小的气泡,但在气泡上升过程中可能发生合并,使得气泡变大,从而间接降低了气泡比表面积,从而使比表面积变小,从而受到浮力的影响,使水泡更快地排出水面。减少了气泡在水中的停留时间,对气液氧传质不利。
曝气技术的相关科学研究在已经进行了40多年,投资小,效果好。5o曝气技术广泛应用于的水污染治理中,作为水质原点的修复技术。根据缺乏自净能力的水污染治理,曝气加氧可以修复生态系统和水质净化6o溶氧进入水质,可以氧化发臭化学物质,合理缓解或减少黑臭。水质中溶解氧水平的提高可以钝化处理污泥,抑制污泥中高锰酸盐指数和磷的释放,空气氧化或溶解表面污泥中的恢复化合物,从而在表面堆积物表面产生以兼性细菌为主导的自然环境,促进好氧细菌的繁殖,抑制厌氧发酵微生物菌种和好氧溶解水环境中的有机化合物。曝气复氧了水环境中有氧的自然环境,提高了水质中细菌的数量和活力,从而促进了微生物菌种对受损成分的摄入,减轻了环境污染负荷,有利于建立细菌和藻类相互依存管理体系7o。
微纳米气泡的关键特点如下:
(I)
微纳米气泡体积比一般气泡小很多,水的浮力也小,所以上升缓慢,纳米气泡在上升过程中会继续收拢,终在水中融化消退。汪敏刚等I38对微纳米气泡为人眼所见的乳白色出现时间(关键以微米气泡为主)进行了反复准确测量求平均值的科学研究,测量数据显示微纳米气泡在水中的悬浮时间为5分钟左右。
(I)
微纳米气泡页面会吸引带负电的正离子(如OH-),产生表面正电荷的正离子层;空气负离子会吸引带正电的正离子(如H+),在表面正电荷的正离子层周围产生正电荷,这也是微纳米气泡页面的双电层结构39,如图0-2所示。双电层促进气泡之间的排斥,使气泡无法相互结合,气泡在溶液中的均匀分布40o双电层正电荷引起的电位差。Z电位差越高,吸附功能越高。
还原性强
微纳米泡破裂后,由更高浓度的正离子气-水分子聚集的机械能在一瞬间释放出来,使H2O溶解形成具有强氧化性的羟基自由基(·0H)I3"]。Zhang等四在衰减系数全反射傅里叶变换红外光谱技术(ATR-IR)的基础上发现,一旦破裂,高能的纳米气泡破裂,在水中生成大量的羟基自由基(2.07V),具有很强的氧化能力(2.07V),能够氧化分解有机物,净化处理水体。
(VI)的氧对流换热。
随着微纳米泡直径的减小,气泡的比表面积继续增大,界面张力促使内部标准压力不断增大,使得大量的O2按照气-水相界面融入水相培土壤。由于气泡存在于水中的时间较长,气体与药液接触的时间越长,而且气泡堆积密度越大,促使气体接触液面的距离也随之扩大,O2的使用率因此提升"I。