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。
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。
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%。
微纳米曝气组成微生物菌种技术对水利枢纽堆积物的改善作用。科学研究结果表明,曝气区S3的相对性比附近非曝气区S2和S4的TP降低了11.6%和2.7%,曝气区S5的相对性比非曝气区S4的TP降低了32%。S3.S5和S6在曝气危害地区的相对性分别为23.0%.18.0%.10.3%。S3.S5和S6在曝气危害地区的相对性分别为22.4%.5.5%.3.8%。积聚物微生物菌种共检测22.113属,曝气前后对比,积聚物中有益菌变菌门成分增加26.42%,厚壁菌门成分增加5.25%,而标有水体富营养化的绿弯菌门成分减少9.51%,酸链球菌门成分减少5.82%,球菌门成分减少8.16%,其他类别成分弹性系数较低。
微纳米曝气组成微生物菌种技术改善水利枢纽水质。科学研究结果表明,在实施微纳米曝气的几年内,曝气区表面溶氧平均值为9.5mg/L,而非曝气区为8.7mg/L。在底层水质中,曝气区平均值为8.8mg/L,非曝气区平均值为7.8mg/Lo。2018年溶氧平均值为8.9mg/L,2019年升至9.6mg/L。水利枢纽pH值变化区域为7.04~8.61o,水质清晰度从上下游水质清晰度不到1m,再到曝气区域为1m1.5m。2018年清晰度平均值为1m,2019年清晰度平均值提高到1.1m。水利枢纽上下游非曝气区高锰酸盐指数均为1.06mg/L;曝气区二期和中下游高锰酸盐指数均为0.92mg/L;2018年曝气区一、三期高锰酸盐指数均为0.88mg/Lo,2019年降至0.94mg/L。水利枢纽上下游非曝气区总磷值为0.57mg/L,曝气区二期和中下游总磷值为0.039mg/L;曝气区一、三期总磷值为0.033mg/L。2018年总磷浓度值平均值为0.044mg/L,2019年总磷浓度值平均值降至0.042mg/Lo水利枢纽上下游非曝气区可溶活力磷平均值为0.010mg/L;曝气区二期和中下游可溶活力磷平均值为0.008mg/L;2018年曝气区一、三期可溶活力磷平均值为0.007mg/L,2019年SRP平均值为0.008mg/L。水利枢纽上下游非曝气区叶绿素a均值为8.27ugL;曝气区二期和中下游叶绿素a均值为6.17ug/L;曝气区一、三期叶绿素a均值为4.30ug/L。2018年叶绿素a总平均值为6.45ug/L,2019年总平均值降至6.04ug/L。曝气区二期藻类总产量减少率为22.1%;曝气区一、三期藻类总产量减少率为34.5%,春季藻类总产量减少率为27.1%;夏季藻类总产量减少率为31.9%;冬季藻类总产量减少率为25.9%。夏季藻类植物总产量较高,因此减少率也较高,其次是春季和冬季。藻类总产量的平均减少率为28.3%,蓝藻的平均减少率为33.9%,藻类的平均减少率为34.4%,硅藻泥的平均减少率为18.7%o微纳米曝气成分。微生物菌种技术对不同类型的藻类有一定的减少作用。2018年藻类总进化率平均为7.2x106cels/L,2019年藻类总进化率平均降至7.1*106cels/L。
纳米气泡是指孔径为0.1.50微m的气泡,在10微m中称为micro-bubble,在20世界90时代,日本生物学家开始为水产养殖领域开发微纳米气泡35。1991年,Ketkar等36对沉淀气泡技术进行了科学研究,丰富多彩,提高了微纳米气泡的出现方式 ,如电解盐水、充压融化、切割等37o。
科研人员发现,由于微纳米气泡规格小的特点,表现出与一般气泡不同的多种特点,使气泡在水质中的溶解氧更,对浮颗粒的剥离有更好的实际效果,对污染源的分解力。
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。