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。
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。
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。
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。
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。