微米氣泡(microbubble)通常是指存在于水中直徑為10~50 μm的細(xì)小氣泡，直徑<200 nm的超細(xì)小氣泡稱為納米氣泡( nanobubble) ，介于微米氣泡和納米氣泡之間的氣泡稱為微納米氣泡(micro-nano bubble)，與傳統(tǒng)大氣泡( coarsebubble，直徑＞50 mm) 和小氣泡(fine bubble，直徑＜5 mm)比較，微納米氣泡直徑小，其傳質(zhì)特性和界面性質(zhì)均明顯不同于傳統(tǒng)大氣泡。

介紹了微納米氣泡的特性及其在水處理中的使用，并對水處理范疇中常見微納米氣泡發(fā)生設(shè)備及其機(jī)理加以論說和比較，終究對微納米氣泡及其發(fā)生設(shè)備的研討重點(diǎn)予以展望。

一  摘    要

微納米氣泡的呈現(xiàn)及其不同于一般氣泡的特點(diǎn)，使其在水處理等范疇顯現(xiàn)出優(yōu)秀的技能優(yōu)勢和使用遠(yuǎn)景。介紹了微納米氣泡以及其比外表積大、逗留時(shí)刻長、本身增壓溶解、界面ζ 電位高、發(fā)生自由基、強(qiáng)化傳質(zhì)功率等特點(diǎn)，論說了微納米氣泡在水體增氧、氣浮工藝、強(qiáng)化臭氧化、增強(qiáng)生物活性等環(huán)境污染操控范疇的使用研討。之后重點(diǎn)論述了微納米氣泡發(fā)生設(shè)備及其發(fā)生機(jī)理，提出開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、能耗更低、功能更優(yōu)的發(fā)生設(shè)備是微納米氣泡技能未來研討的重點(diǎn)。

二 微納米氣泡的根本特性

1.比外表積大 微納米氣泡發(fā)生裝置|微納米氣泡發(fā)上器|杭州微納米氣泡發(fā)上器|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)上器|大學(xué)實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)上器|微納米氣泡發(fā)上器選型|微納米氣泡發(fā)上器實(shí)驗(yàn)室專用

微納米氣泡擁有較大的比外表積，氣泡的比外表積可表示為S /V=3/r。在氣泡體積不變時(shí)，氣泡比外表積與氣泡半徑成反比，氣泡半徑為10 μm和1 mm的氣泡比較，在必定體積下前者的比外表積理論上是后者的100倍。

2.水中逗留時(shí)刻長

傳統(tǒng)充氧曝氣，氣泡直徑大，與水體觸摸外表積小，氣泡快速上升到水面并決裂消失，逗留時(shí)刻過短，溶氧效果差。而微納米氣泡在水中上升的速度較慢，從發(fā)生到?jīng)Q裂的進(jìn)程通常達(dá)到幾十秒乃至幾分鐘。有研討標(biāo)明，直徑1 mm氣泡在水中上升的速度為6 m/min，而直徑為10 μm氣泡上升速度為3 mm/min，后者是前者的1/2000。

3.本身增壓溶解

水中的氣泡四周存在氣液界面，氣液界面的存在使得氣泡遭到水的外表張力效果。關(guān)于具有球形界面的氣泡，外表張力能夠壓縮氣泡內(nèi)的氣體，然后使氣體更易溶解到水中，壓力的上升會(huì)添加氣體的溶解度。跟著比外表積的添加，氣泡縮小的速度逐漸變快，終究徹底溶解。

Xu等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的發(fā)生方法和外表活性劑，微氣泡縮短的臨界直徑不同。外表活性劑為L-150A時(shí)，機(jī)械拌和法和超聲法發(fā)生氣泡的縮短直徑分別為100，50 μm；外表活性劑為1% SDS時(shí)，機(jī)械拌和法和超聲波法發(fā)生氣泡的縮短直徑分別為80，40 μm。

4.界面 ζ 電位高

微納米氣泡的外表電荷發(fā)生的電勢差常用 ζ 電位表示，ζ 電位是影響氣泡外表吸附功能的重要因素，其值的凹凸在很大程度上決議了微納米氣泡界面的吸附功能。Ushikubo 等研討發(fā)現(xiàn)，氧氣微納米氣泡的 ζ 電位一般在-45~-34 mV，而空氣微納米氣泡的 ζ 電位則為-20~-17 mV。

5.發(fā)生自由基

微納米氣泡不需要外界刺激即可發(fā)生自由基。微米氣泡在縮短時(shí)，因?yàn)殡p電層的電荷密度敏捷增高，氣泡決裂時(shí)，氣液界面消失的劇烈改變將界面上高濃度的正負(fù)離子積蓄的能量開釋，此時(shí)可激發(fā)發(fā)生很多的羥基自由基。羥基自由基具有超強(qiáng)氧化效果，可降解水中正常條件下難以降解的污染物如苯酚等。研討發(fā)現(xiàn)，pH值較低時(shí)有利于羥基自由基的生成，此外，微納米氣泡的氣體品種也會(huì)影響到氣泡決裂時(shí)自由基的生成量。

6.強(qiáng)化傳質(zhì)功率

氣體的傳質(zhì)速率很大程度上取決于氣液相的傳質(zhì)面積，而氣液比外表積取決于截留在液體中的氣體體積以及氣泡直徑。氣液比外表積可表示為a=6H0/dB，氣體截留率H0越大，氣泡直徑dB越小，則氣液比外表積a值越大，因而氣泡直徑的大小直接影響氧的傳質(zhì)功率。

三 微納米氣泡在水處理中的使用

1.微納米氣泡在水體增氧中的使用  微納米氣泡發(fā)生裝置|微納米氣泡發(fā)上器|杭州微納米氣泡發(fā)上器|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)上器|大學(xué)實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)上器|微納米氣泡發(fā)上器選型|微納米氣泡發(fā)上器實(shí)驗(yàn)室專用

污染物直接排放到附近的河流和湖泊中，微生物在分化污染物的過程中敏捷耗費(fèi)水體中的溶解氧(DO) ，導(dǎo)致含氧量敏捷下降，河流發(fā)黑發(fā)臭，生態(tài)體系遭到破壞。對水體進(jìn)行曝氣復(fù)氧，不只可有用解決發(fā)黑發(fā)臭問題，而且不會(huì)發(fā)生二次污染。

洪濤等選用國產(chǎn)微米氣泡發(fā)生設(shè)備，調(diào)查其對黑臭河水的處理效果。相同曝氣強(qiáng)度下，微米氣泡可發(fā)生更高的DO，曝氣60 min時(shí)，DO可達(dá)9.87 mg/L，而一般曝氣在100 min時(shí)才達(dá)到6.54 mg/L。一起微米氣泡對COD、NH3－N、Geosmin 和2-MIB的最大去除率分別比一般曝氣高出12%、10%、16%、12%。靳明偉等使用日本的超微氣泡曝氣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研討，發(fā)現(xiàn)該技能能夠很好地進(jìn)步水中的DO并有用消解底泥有機(jī)物，削減底泥厚度，完成水體的修正。

2.微納米氣泡在氣浮工藝中的使用

氣浮工藝是指在水體中通入或發(fā)生很多的微細(xì)氣泡，使其黏附在雜質(zhì)絮體上，依托浮力使其上浮在水面，然后完成固液的高效別離，微納米氣泡 ζ 電位高、與懸浮物的觸摸時(shí)刻較長使氣泡與懸浮物黏附功率進(jìn)步，然后氣浮功率可大大增強(qiáng)。

微納米氣泡氣浮工藝能夠削減絮凝劑的投加量并能加速預(yù)處理的速率，比較傳統(tǒng)氣泡，微納米氣泡對COD、色度和油的去除功率進(jìn)步，處理后廢水的可生化性進(jìn)步至0.363。此外，使用微納米氣泡治理含藻污水，將藻類抓獲在氣泡外表，完成清水與藍(lán)藻的別離。

3.微納米氣泡在強(qiáng)化臭氧化中的使用

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，被廣泛用于水體中無機(jī)和有機(jī)化合物的去除，改善飲用水的口感和色度。研討發(fā)現(xiàn)，臭氧微納米氣泡卻能有用地分化一些難分化的有機(jī)物，微氣泡決裂瞬間可激發(fā)發(fā)生很多羥基自由基，增強(qiáng)對污染物的分化效果。對比傳統(tǒng)的臭氧氣泡觸摸工藝，微氣泡臭氧化可明顯增強(qiáng)臭氧的使用率、進(jìn)步污泥的溶解率。微氣泡體系中臭氧的使用率大于99%。

4.微納米氣泡在增強(qiáng)生物活性中的使用

研討發(fā)現(xiàn)微納米氣泡對動(dòng)植物有促進(jìn)生物活性的效果，并非只是DO添加的成果。

五 微納米氣泡發(fā)生設(shè)備 微納米氣泡發(fā)生裝置|微納米氣泡發(fā)上器|杭州微納米氣泡發(fā)上器|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)上器|大學(xué)實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)上器|微納米氣泡發(fā)上器選型|微納米氣泡發(fā)上器實(shí)驗(yàn)室專用

根據(jù)微納米氣泡發(fā)生的不同機(jī)制可將現(xiàn)有的微納米氣泡發(fā)生方式分為分散空氣法、溶氣釋氣法、超聲空化法、電解法、化學(xué)法等。超聲空化法是使用超聲波引起的壓力改變使液體內(nèi)部發(fā)生空化，然后發(fā)生微納米氣泡。化學(xué)規(guī)律是投加化學(xué)藥品，使用其化學(xué)反應(yīng)生成微納米氣泡。電解法使用水或其他物質(zhì)電解發(fā)生微納米氣泡。上述3種方法一般適用于所需氣泡的數(shù)量較少、尺度精度要求較高的范疇，如高精度傳遞、船舶減阻等。在對氣泡需求量較大且直徑規(guī)模要求不高的水處理使用中溶氣釋氣法和分散空氣規(guī)律最為常用，詳見表1。

傳統(tǒng)溶氣釋氣法雖被廣泛使用于氣浮技能中，但仍存在必定缺乏，如動(dòng)力使用不合理，發(fā)生微氣泡不連續(xù)且功率較低。該方法主要有以下兩方面的演進(jìn)：

1）在保留原有先加壓溶氣后減壓釋氣的理念，進(jìn)步氣液兩相氣壓差和降低氣液兩

相界面張力。

2）舍棄原有先溶氣后釋氣的理念，而是直接采納葉輪組件直接散氣發(fā)生微氣泡，或壓力溶氣技能與葉輪散氣技能相結(jié)合，這一理念促使了微納米氣泡泵的呈現(xiàn)。

分散空氣法可很多且高效地發(fā)生氣泡，氣泡直徑規(guī)模縮小到5 nm~20 μm。近年來，一種選用SPG膜作為氣－液分散介質(zhì)的微納米氣泡發(fā)生方法得到重視。

五 結(jié)束語

1) 微納米氣泡所表現(xiàn)出的特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們對傳統(tǒng)氣泡的知道，對氣泡的使用不再僅限制在減小氣泡直徑來添加溶氧功率，而是更廣泛地探究微納米氣泡更多的潛在特性，如強(qiáng)化臭氧化，促進(jìn)生物活性等，強(qiáng)調(diào)微納米氣泡設(shè)備與其他技能聯(lián)用，使得微納米氣泡在水處理范疇的使用遠(yuǎn)景更加廣闊。

2) 現(xiàn)有微納米氣泡發(fā)生設(shè)備的作業(yè)原理不同，使用時(shí)對設(shè)備選擇要有針對性，過流斷面漸縮突擴(kuò)的微納米氣泡發(fā)生設(shè)備，充氧量調(diào)節(jié)起伏不大，水量水質(zhì)改變起伏較大時(shí)不宜選用，而在既需進(jìn)步DO又需對水體進(jìn)行混合拌和的范疇具有較大優(yōu)勢。

3) 關(guān)于微納米氣泡發(fā)生設(shè)備，其功能仍需優(yōu)化，流體數(shù)值核算模仿能夠調(diào)查活動(dòng)的纖細(xì)結(jié)構(gòu)以及發(fā)展過程，可進(jìn)一步進(jìn)步對微納米氣泡發(fā)生機(jī)理的知道，有利于提出高效最優(yōu)的計(jì)劃，所以需加強(qiáng)對微納米氣泡發(fā)生設(shè)備的數(shù)值核算模仿。