微纳米气泡 | 特性、水处理中使用、发生设备

微米气泡(microbubble)通常是指存在于水中直径为10~50 μm的细小气泡，直径<200 nm的超细小气泡称为纳米气泡( nanobubble) ，介于微米气泡和纳米气泡之间的气泡称为微纳米气泡(micro-nano bubble)，与传统大气泡( coarsebubble，直径＞50 mm) 和小气泡(fine bubble，直径＜5 mm)比较，微纳米气泡直径小，其传质特性和界面性质均明显不同于传统大气泡。

介绍了微纳米气泡的特性及其在水处理中的使用，并对水处理范畴中常见微纳米气泡发生设备及其机理加以论说和比较，终究对微纳米气泡及其发生设备的研讨重点予以展望。

一  摘    要

微纳米气泡的呈现及其不同于一般气泡的特点，使其在水处理等范畴显现出优秀的技能优势和使用远景。介绍了微纳米气泡以及其比外表积大、逗留时刻长、本身增压溶解、界面ζ 电位高、发生自由基、强化传质功率等特点，论说了微纳米气泡在水体增氧、气浮工艺、强化臭氧化、增强生物活性等环境污染操控范畴的使用研讨。之后重点论述了微纳米气泡发生设备及其发生机理，提出开发结构简单、能耗更低、功能更优的发生设备是微纳米气泡技能未来研讨的重点。

二 微纳米气泡的根本特性

1.比外表积大 微纳米气泡发生装置|微纳米气泡发上器|杭州微纳米气泡发上器|实验室微纳米气泡发上器|大学实验室微纳米气泡发上器|微纳米气泡发上器选型|微纳米气泡发上器实验室专用

微纳米气泡拥有较大的比外表积，气泡的比外表积可表示为S /V=3/r。在气泡体积不变时，气泡比外表积与气泡半径成反比，气泡半径为10 μm和1 mm的气泡比较，在必定体积下前者的比外表积理论上是后者的100倍。

2.水中逗留时刻长

传统充氧曝气，气泡直径大，与水体触摸外表积小，气泡快速上升到水面并决裂消失，逗留时刻过短，溶氧效果差。而微纳米气泡在水中上升的速度较慢，从发生到决裂的进程通常达到几十秒乃至几分钟。有研讨标明，直径1 mm气泡在水中上升的速度为6 m/min，而直径为10 μm气泡上升速度为3 mm/min，后者是前者的1/2000。

3.本身增压溶解

水中的气泡四周存在气液界面，气液界面的存在使得气泡遭到水的外表张力效果。关于具有球形界面的气泡，外表张力能够压缩气泡内的气体，然后使气体更易溶解到水中，压力的上升会添加气体的溶解度。跟着比外表积的添加，气泡缩小的速度逐渐变快，终究彻底溶解。

Xu等实验发现不同的发生方法和外表活性剂，微气泡缩短的临界直径不同。外表活性剂为L-150A时，机械拌和法和超声法发生气泡的缩短直径分别为100，50 μm；外表活性剂为1% SDS时，机械拌和法和超声波法发生气泡的缩短直径分别为80，40 μm。

4.界面 ζ 电位高

微纳米气泡的外表电荷发生的电势差常用 ζ 电位表示，ζ 电位是影响气泡外表吸附功能的重要因素，其值的凹凸在很大程度上决议了微纳米气泡界面的吸附功能。Ushikubo 等研讨发现，氧气微纳米气泡的 ζ 电位一般在-45~-34 mV，而空气微纳米气泡的 ζ 电位则为-20~-17 mV。

5.发生自由基

微纳米气泡不需要外界刺激即可发生自由基。微米气泡在缩短时，因为双电层的电荷密度敏捷增高，气泡决裂时，气液界面消失的剧烈改变将界面上高浓度的正负离子积蓄的能量开释，此时可激发发生很多的羟基自由基。羟基自由基具有超强氧化效果，可降解水中正常条件下难以降解的污染物如苯酚等。研讨发现，pH值较低时有利于羟基自由基的生成，此外，微纳米气泡的气体品种也会影响到气泡决裂时自由基的生成量。

6.强化传质功率

气体的传质速率很大程度上取决于气液相的传质面积，而气液比外表积取决于截留在液体中的气体体积以及气泡直径。气液比外表积可表示为a=6H0/dB，气体截留率H0越大，气泡直径dB越小，则气液比外表积a值越大，因而气泡直径的大小直接影响氧的传质功率。

三 微纳米气泡在水处理中的使用

1.微纳米气泡在水体增氧中的使用  微纳米气泡发生装置|微纳米气泡发上器|杭州微纳米气泡发上器|实验室微纳米气泡发上器|大学实验室微纳米气泡发上器|微纳米气泡发上器选型|微纳米气泡发上器实验室专用

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过程中敏捷耗费水体中的溶解氧(DO) ，导致含氧量敏捷下降，河流发黑发臭，生态体系遭到破坏。对水体进行曝气复氧，不只可有用解决发黑发臭问题，而且不会发生二次污染。

洪涛等选用国产微米气泡发生设备，调查其对黑臭河水的处理效果。相同曝气强度下，微米气泡可发生更高的DO，曝气60 min时，DO可达9.87 mg/L，而一般曝气在100 min时才达到6.54 mg/L。一起微米气泡对COD、NH3－N、Geosmin 和2-MIB的最大去除率分别比一般曝气高出12%、10%、16%、12%。靳明伟等使用日本的超微气泡曝气机进行实验研讨，发现该技能能够很好地进步水中的DO并有用消解底泥有机物，削减底泥厚度，完成水体的修正。

2.微纳米气泡在气浮工艺中的使用

气浮工艺是指在水体中通入或发生很多的微细气泡，使其黏附在杂质絮体上，依托浮力使其上浮在水面，然后完成固液的高效别离，微纳米气泡 ζ 电位高、与悬浮物的触摸时刻较长使气泡与悬浮物黏附功率进步，然后气浮功率可大大增强。

微纳米气泡气浮工艺能够削减絮凝剂的投加量并能加速预处理的速率，比较传统气泡，微纳米气泡对COD、色度和油的去除功率进步，处理后废水的可生化性进步至0.363。此外，使用微纳米气泡治理含藻污水，将藻类抓获在气泡外表，完成清水与蓝藻的别离。

3.微纳米气泡在强化臭氧化中的使用

臭氧是一种强氧化剂，被广泛用于水体中无机和有机化合物的去除，改善饮用水的口感和色度。研讨发现，臭氧微纳米气泡却能有用地分化一些难分化的有机物，微气泡决裂瞬间可激发发生很多羟基自由基，增强对污染物的分化效果。对比传统的臭氧气泡触摸工艺，微气泡臭氧化可明显增强臭氧的使用率、进步污泥的溶解率。微气泡体系中臭氧的使用率大于99%。

4.微纳米气泡在增强生物活性中的使用

研讨发现微纳米气泡对动植物有促进生物活性的效果，并非只是DO添加的成果。

五 微纳米气泡发生设备 微纳米气泡发生装置|微纳米气泡发上器|杭州微纳米气泡发上器|实验室微纳米气泡发上器|大学实验室微纳米气泡发上器|微纳米气泡发上器选型|微纳米气泡发上器实验室专用

根据微纳米气泡发生的不同机制可将现有的微纳米气泡发生方式分为分散空气法、溶气释气法、超声空化法、电解法、化学法等。超声空化法是使用超声波引起的压力改变使液体内部发生空化，然后发生微纳米气泡。化学规律是投加化学药品，使用其化学反应生成微纳米气泡。电解法使用水或其他物质电解发生微纳米气泡。上述3种方法一般适用于所需气泡的数量较少、尺度精度要求较高的范畴，如高精度传递、船舶减阻等。在对气泡需求量较大且直径规模要求不高的水处理使用中溶气释气法和分散空气规律最为常用，详见表1。

传统溶气释气法虽被广泛使用于气浮技能中，但仍存在必定缺乏，如动力使用不合理，发生微气泡不连续且功率较低。该方法主要有以下两方面的演进：

1）在保留原有先加压溶气后减压释气的理念，进步气液两相气压差和降低气液两

相界面张力。

2）舍弃原有先溶气后释气的理念，而是直接采纳叶轮组件直接散气发生微气泡，或压力溶气技能与叶轮散气技能相结合，这一理念促使了微纳米气泡泵的呈现。

分散空气法可很多且高效地发生气泡，气泡直径规模缩小到5 nm~20 μm。近年来，一种选用SPG膜作为气－液分散介质的微纳米气泡发生方法得到重视。

五 结束语

1) 微纳米气泡所表现出的特性远远超出了人们对传统气泡的知道，对气泡的使用不再仅限制在减小气泡直径来添加溶氧功率，而是更广泛地探究微纳米气泡更多的潜在特性，如强化臭氧化，促进生物活性等，强调微纳米气泡设备与其他技能联用，使得微纳米气泡在水处理范畴的使用远景更加广阔。

2) 现有微纳米气泡发生设备的作业原理不同，使用时对设备选择要有针对性，过流断面渐缩突扩的微纳米气泡发生设备，充氧量调节起伏不大，水量水质改变起伏较大时不宜选用，而在既需进步DO又需对水体进行混合拌和的范畴具有较大优势。

3) 关于微纳米气泡发生设备，其功能仍需优化，流体数值核算模仿能够调查活动的纤细结构以及发展过程，可进一步进步对微纳米气泡发生机理的知道，有利于提出高效最优的计划，所以需加强对微纳米气泡发生设备的数值核算模仿。