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微纳米气泡的基本特性

发布时间:2020-07-23 浏览量:253

微米气泡(microbubble)通常是指存在于水中直径为10~50 μm的微小气泡,直径小于200 nm的超微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(coarse bubble,直径>50 mm)和小气泡(fine bubble,直径<5 mm)相比,微纳米气泡直径小,其传质特性和界面性质均显著不同于传统大气泡。本文介绍了微纳米气泡的特性及其在水处理中的应用,并对水处理领域中常见微纳米气泡发生装置及其机理加以论述和比较,最后对微纳米气泡及其发生装置的研究重点予以展望。微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器

 微纳米气泡的基本特性

 比表面积大

微纳米气泡拥有较大的比表面积,气泡的比表面积可表示为S/V=3/r。在气泡体积不变时,气泡比表面积与气泡半径成反比,气泡半径为10 μm和1 mm的气泡相比,在一定体积下前者的比表面积理论上是后者的100倍。微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器

水中停留时间长

传统充氧曝气,气泡直径大,与水体接触表面积小,气泡快速上升到水面并破裂消失,停留时间过短,溶氧效果差。而微纳米气泡在水中上升的速度较慢,从产生到破裂的历程通常达到几十秒甚至几分钟。有研究表明,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1/2 000[3-4]。

自身增压溶解

水中的气泡四周存在气液界面,气液界面的存在使得气泡受到水的表面张力作用。对于具有球形界面的气泡,表面张力能够压缩气泡内的气体,从而使气体更易溶解到水中,压力的上升会增加气体的溶解度。随着比表面积的增加,气泡缩小的速度逐渐变快,最终完全溶解。微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器

Xu等[5]实验发现不同的产生方法和表面活性剂,微气泡收缩的临界直径不同。表面活性剂为L-150A时,机械搅拌法和超声法产生气泡的收缩直径分别为100,50 μm;表面活性剂为1% SDS时,机械搅拌法和超声波法产生气泡的收缩直径分别为80,40 μm。微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器

 界面ζ电位高

微纳米气泡的表面电荷产生的电势差常用ζ电位表示,ζ电位是影响气泡表面吸附性能的重要因素,其值的高低在很大程度上决定了微纳米气泡界面的吸附性能。Ushikubo等[6]研究发现,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。微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器

 产生自由基

微纳米气泡不需要外界刺激即可产生自由基。微米气泡在收缩时,由于双电层的电荷密度迅速增高,气泡破裂时,气液界面消失的剧烈变化将界面上高浓度的正负离子积蓄的能量释放,此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超强氧化作用,可降解水中正常条件下难以降解的污染物如苯酚等。研究发现,pH值较低时有利于羟基自由基的生成,此外,微纳米气泡的气体种类也会影响到气泡破裂时自由基的生成量。微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器

强化传质效率

气体的传质速率很大程度上取决于气液相的传质面积,而气液比表面积取决于截留在液体中的气体体积以及气泡直径气液比表面积可表示为a=6H0/dB,气体截留率H0越大,气泡直径dB越小,则气液比表面积a值越大,由此可以得出气泡直径的大小直接影响氧的传质效率。微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器

微纳米气泡在水体增氧中的应用

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过程中迅速消耗水体中的溶解氧,导致含氧量迅速下降,河流发黑发臭,生态系统遭到破坏。对水体进行曝气复氧,不仅可有效解决发黑发臭问题,而且不会产生二次污染。

采用国产微米气泡发生装置,考察了微米曝气与普通曝气对黑臭河水的处理效果。相同曝气强度下,微米气泡可产生更高的溶解氧(DO),曝气60 min时,DO可达9.87 mg/L,而普通曝气在100 min时才达到6.54 mg/L。同时微米气泡对COD、NH3-N、Geosmin和2-MIB的最大去除率分别比普通曝气高出12%、10%、16%、12%。靳明伟等[11]利用日本的超微气泡曝气机进行实验研究,发现该技术能够很好地提高水中的溶解氧并有效消解底泥有机物,减少底泥厚度,实现水体的修复微纳米气泡发生器|微纳米气泡发生器厂家|微纳米气泡发生器选型|实验室微纳米气泡发生器|小型微纳米气泡发生器|浙江微纳米气泡发生器|不锈钢微纳米气泡发生器


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