氧在水质中的传递是通过气体和废水中的O2浓度梯度将O2从致密气体迁移到低密度废水中,因此O2浓度梯度和接触范围确定了曝气的实际效果。在O2浓度梯度不变的标准下,气水接触总面积是决定曝气实际效果的主要因素。
微纳米气泡技术合理解决了水质中气泡接触总面积的问题。根本原因是微纳米气泡的面积可以合理扩大。例如,0.1cm的大气泡可以分散成100nm的微气泡,其面积可以扩大1万倍,从而进一步提高溶解氧的率。同时,由于气泡细小,气浮机性能,可长期停留在污水处理中,从而达到良好曝气实际效果的目的。
由于微纳米气泡发生装置的原理和气泡尺寸与基本曝气设备有很大不同,因此该设备形成的微纳米气泡具有以下特性。
水解状况:水中汽体的溶解性受压力危害大于(1),但电解质溶液的离子化水可以在融入的微纳米气泡表面产生两层电离子,并随着面积的不断减小而大幅收拢,可以抑制气泡中汽体的释放,进一步提高溶解度。
(2)超声波:微纳米气泡因能量高而开裂,具有很强的作用。
(3)通电性:微纳米气泡表面含有负电,很难将气泡融为一体,在水质中会产生非常茂密细致的气泡,不容易像基本气泡一样结合膨胀开裂。微纳米气泡的表面电位差一般为-30~-50mV,能吸收水质中含有正电荷的化学物质。利用表面正电荷对水质颗粒的吸附,可以固定和分离水质中的有机化学悬浮固体。因此,该技术在提高溶氧的同时,也具有一定的水处理实际效果。
(4)停留性:微纳米气泡在水质上升得很慢,像香烟一样弥漫在水中。比如10prn气泡以100m/s的速度升高,在水质上升高1m需要3小时,所以微纳米气泡会在水中停留很长时间。这一特点也是其融解效率相对较高的关键。这种停留的形成不仅与气泡细水的浮力降低有关,还与其电荷有关。如果选择电极进行观察,随着电级的变化,可以看到小气泡的正负极健身运动和Z型的缓慢上升。
改变微纳米曝气器的通气量,随空气流量的增加,氧传质系数(Km)逐渐增大。标准氧传质效率(SOTE)随曝气量的增大而降低。结果表明,水温度对KLa和SOTE均有显著影响,随温度升高,PH升高先降后升,在pH=7.2时达到小。随着NHQ的增加,曝气组比例降低,且随浊度增加而增加。SOTE值随温度的升高而增大,与微孔曝气组的趋势一致,但其值小于微纳米曝气组。与SOTE相比,微纳米曝气比SOTE对通气量的变化更为敏感。
用微纳米曝气法进行的植物浮床处理河道支溪水氮化试验表明,微纳米级曝气浮床技术对河道底泥进行了脱氮试验,结果表明:微纳米级曝气浮床技术对河道底泥进行了脱氮试验。通过对攻.NH4+-N去除率分别达到70.31%.63.25%o洪涛及其他利用微纳米曝气技术处理黑臭水体的研究结果,微纳米曝气技术对黑臭水体中TP.NHZ-N和COD&去除率分别达21.4%.40.3%和39.1%。我国对微纳米曝气技术的研究并不多见,研究的是微纳米粒曝气在黑臭水体的修复效果,对于微纳米曝气过程中氧传质的变化鲜见报道。
除用于湖泊.河道的治理外,国内外很多学者也将微纳米曝气在其它领域进行相关研究。通过对一静态旋流微气泡浮选柱的使用条件的优化,并对含含水的废水进行了处理,结果表明,微泡悬浮柱对含油废水的去除率达到90%以上。对于生物净化作用,米歇森等网对用微生物与微纳米曝气法混合后,注入土壤间隙,以降解土壤中二甲苯。试验结果表明,微纳米粒曝气可以提高微生物的活性,经处理后二甲苯浓度基本被去除,微纳米泡在土壤中维持较长时间,菌株的作用也更加持久。Hotta等利用微米级曝气法在海洋环境中进行了海体底泥污染试验。研究结果表明,微纳米泡不仅能有效地消除底泥中的污染物,而且能增强污泥中的细菌活性,提高污泥的持续污染能力。将微泡气浮与普通气浮工艺相比较,采用微泡气浮和普通气浮工艺,对含油餐饮废水进行预处理,在相似条件下,微泡气浮技术具有较好的气浮性能和较高的去除率。可见,微纳米粒曝气在曝气技术上有一定的性,但微纳米曝气技术在实际应用中要把水体和气体混在一起才能曝气,怎样才能更好地推广微纳曝气技术,也是当前研究的热点。
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。
微纳米曝气组成微生物菌种技术实施三年后,改善了水利枢纽的各项水质指标,对碳、氮、磷的环境污染有很强的减少作用。水质总磷远低于高锰酸盐指数,促进了水氮/磷比的提高,有利于蓝藻的减少。微纳米曝气融合微生物菌种强化技术有效应用于恢复水利枢纽水体富营养化水质,本实验科学研究结果为水体富营养化水利枢纽水体改善提供参考。