發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 瀏覽量：5163
微米氣泡(microbubble)通常是指存在于水中直徑為10～50 μm的微小氣泡，直徑小于200 nm的超微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(coarse bubble，直徑>50 mm)和小氣泡(fine bubble，直徑<5 mm)相比，微納米氣泡直徑小，其傳質(zhì)特性和界面性質(zhì)均顯著不同于傳統(tǒng)大氣泡。本文介紹了微納米氣泡的特性及其在水處理中的應(yīng)用，并對(duì)水處理領(lǐng)域中常見微納米氣泡發(fā)生裝置及其機(jī)理加以論述和比較，最后對(duì)微納米氣泡及其發(fā)生裝置的研究重點(diǎn)予以展望。微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
微納米氣泡的基本特性
比表面積大
微納米氣泡擁有較大的比表面積，氣泡的比表面積可表示為S/V=3/r。在氣泡體積不變時(shí)，氣泡比表面積與氣泡半徑成反比，氣泡半徑為10 μm和1 mm的氣泡相比，在一定體積下前者的比表面積理論上是后者的100倍。微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
水中停留時(shí)間長(zhǎng)
傳統(tǒng)充氧曝氣，氣泡直徑大，與水體接觸表面積小，氣泡快速上升到水面并破裂消失，停留時(shí)間過短，溶氧效果差。而微納米氣泡在水中上升的速度較慢，從產(chǎn)生到破裂的歷程通常達(dá)到幾十秒甚至幾分鐘。有研究表明，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1/2 000[3-4]。
自身增壓溶解
水中的氣泡四周存在氣液界面，氣液界面的存在使得氣泡受到水的表面張力作用。對(duì)于具有球形界面的氣泡，表面張力能夠壓縮氣泡內(nèi)的氣體，從而使氣體更易溶解到水中，壓力的上升會(huì)增加氣體的溶解度。隨著比表面積的增加，氣泡縮小的速度逐漸變快，最終完全溶解。微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
Xu等[5]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的產(chǎn)生方法和表面活性劑，微氣泡收縮的臨界直徑不同。表面活性劑為L(zhǎng)-150A時(shí)，機(jī)械攪拌法和超聲法產(chǎn)生氣泡的收縮直徑分別為100，50 μm；表面活性劑為1% SDS時(shí)，機(jī)械攪拌法和超聲波法產(chǎn)生氣泡的收縮直徑分別為80，40 μm。微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
界面ζ電位高
微納米氣泡的表面電荷產(chǎn)生的電勢(shì)差常用ζ電位表示，ζ電位是影響氣泡表面吸附性能的重要因素，其值的高低在很大程度上決定了微納米氣泡界面的吸附性能。Ushikubo等[6]研究發(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。微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
產(chǎn)生自由基
微納米氣泡不需要外界刺激即可產(chǎn)生自由基。微米氣泡在收縮時(shí)，由于雙電層的電荷密度迅速增高，氣泡破裂時(shí)，氣液界面消失的劇烈變化將界面上高濃度的正負(fù)離子積蓄的能量釋放，此時(shí)可激發(fā)產(chǎn)生大量的羥基自由基。羥基自由基具有超強(qiáng)氧化作用，可降解水中正常條件下難以降解的污染物如苯酚等。研究發(fā)現(xiàn)，pH值較低時(shí)有利于羥基自由基的生成，此外，微納米氣泡的氣體種類也會(huì)影響到氣泡破裂時(shí)自由基的生成量。微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
強(qiáng)化傳質(zhì)效率
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，而氣液比表面積取決于截留在液體中的氣體體積以及氣泡直徑氣液比表面積可表示為a=6H0/dB，氣體截留率H0越大，氣泡直徑dB越小，則氣液比表面積a值越大，由此可以得出氣泡直徑的大小直接影響氧的傳質(zhì)效率。微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
微納米氣泡在水體增氧中的應(yīng)用
污染物直接排放到附近的河流和湖泊中，微生物在分解污染物的過程中迅速消耗水體中的溶解氧，導(dǎo)致含氧量迅速下降，河流發(fā)黑發(fā)臭，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。對(duì)水體進(jìn)行曝氣復(fù)氧，不僅可有效解決發(fā)黑發(fā)臭問題，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
采用國(guó)產(chǎn)微米氣泡發(fā)生裝置，考察了微米曝氣與普通曝氣對(duì)黑臭河水的處理效果。相同曝氣強(qiáng)度下，微米氣泡可產(chǎn)生更高的溶解氧(DO)，曝氣60 min時(shí)，DO可達(dá)9.87 mg/L，而普通曝氣在100 min時(shí)才達(dá)到6.54 mg/L。同時(shí)微米氣泡對(duì)COD、NH3-N、Geosmin和2-MIB的最大去除率分別比普通曝氣高出12%、10%、16%、12%。靳明偉等[11]利用日本的超微氣泡曝氣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠很好地提高水中的溶解氧并有效消解底泥有機(jī)物，減少底泥厚度，實(shí)現(xiàn)水體的修復(fù)微納米氣泡發(fā)生器|微納米氣泡發(fā)生器廠家|微納米氣泡發(fā)生器選型|實(shí)驗(yàn)室微納米氣泡發(fā)生器|小型微納米氣泡發(fā)生器|浙江微納米氣泡發(fā)生器|不銹鋼微納米氣泡發(fā)生器
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