微纳米曝气在现代农业中的分析和应用具体体现在:(1)净化浇水用粗盐,(2)清理蔬菜和水果上的残留物,(3)促进作物生长发育28。蔡硕等29发现微纳米气泡充氧灌溉技术可以降低灌溉流量、排放量和用水量,提高农田灌溉利用率,进而降低硝氮地表径流消耗。绳以健等30设计方案采用活性氧微纳米曝气和催化氧化的加工工艺,氯氰菊酯、毗虫啉、乐果农药等三种常见化肥残留的污泥负荷可达80%左右。周云鹏等31科学研究了微纳米充氧气泡农田灌溉对小青菜、青菜、油麦菜生产和产品质量的危害,发现适合水培蔬菜的充氧浓度值为10~20mg/L。
微纳米气泡发生装置主要由发生装置、微纳米曝气头和连接管组成。由曝气头根据循环泵充压。在离心作用下,使其内部产生负压区,气体根据进气口进入负压区,在罐体内部分为附近的液体带和核心汽体带,由高速运行的气石排气部下气体匀称切成直径5~30|^m的微纳米气泡。由于气泡微妙,不会受到水中气体溶解的危害,不会受到温度、工作压力等外部标准的限制,可长期停留在污水处理中,具有的气浮机实际效果。
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。
微米级曝气在日本的应用较早,不仅用于工业废水、河流治理,还用于养殖.畜牧.食品工业等行业,在河道及湖泊净化等方面的研究与应用,已有70多个研究和应用案例。2008年,Shaip公司将微纳米曝气技术与微生物技术相结合,处理一家日流量在200m3左右的污水厂,取得了良好的效果,使TN去除率达到90%以上。
我国对微纳米曝气技术的研究起步较晚,但随着其技术交流和应用的不断开放,微纳米级曝气已逐渐应用于国内一些项目,并取得了良好的治理效果。
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、天津市水文局等单位利用微纳曝气装置和射流曝气装置,对天津水利部城市水环境改善示范基地进行了通气改造,该工程占地面积为320000平方米。增加水体氧含量,克服了冬季运行技术难题,主要指标达到地表水IV类标准。
郝明伟[8°]主要对水中微纳米气泡的运动规律和沉降机理进行了研究,并对日本微型纳米曝气装置气泡发生器结构原理进行了研究。并对某河流曝气水质进行了改进试验,认为微纳米级曝气是一种较好的改善水体水质环境的技术。
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。
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。
采用微纳米气泡曝气技术项目进行藻类控制,项目分三期基本建设,总曝气面积14.5hm2。微纳米技术工程吨污水处理费用约为0.02元/m3,合理性优良。围隔实验期内,围隔内的温度范围为21.5。26.1。隔离试验结束时,三个微纳米曝气组的溶解氧浓度值在12.4mg/L左右,而空缺对照试验的溶解氧浓度值为8.7mg/L,与曝气组误差较大,达到3.7mg/L,显示了微纳米曝气的实际充氧效果。曝气组高锰酸盐指数的大污泥负荷来自曝气生物菌种组,达到50%,比立曝气组高19.8%。总磷和可溶活力磷的大污泥负荷来自曝气+锁磷剂组,各达70.3%和50%。曝气生物菌种组对叶绿素A的大污泥负荷为70.2%,比立曝气组增加33.5%,藻类总进化率的大污泥负荷为78.9%,比立曝气组增加13.9%,蓝藻减少率为86.8%。
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。