微纳米气泡技术应用于污染地下水原位修复研究
微纳米气泡在环境污染控制领域的应用
微纳 米气 泡在水 中体积逐渐缩小 ，双 电层 表面 的电 荷密 度迅 速升高 ，直到气泡破裂 时 ，高浓度 正负离子 积 蓄的能量瞬间 释放 ，产 生局 部 高温 、高压 的极 端 条件 ． 促使 Ｈ ， Ｏ分解产 生具有极强氧 化作用 的羟基 自由基 ＿ ６ ］ Ｍａ ｓ ａ ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ Ｔ ａ ｋ ａ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ 等 通 过 电子 自旋 共 振 光 谱证 明 ， 以臭氧为载气 的微 纳米 气泡在强酸性溶液 中溃灭 时产生 大量羟基 自由基 ，可降解 聚乙烯醇 ，但臭 氧 自身 却不能 分解氧化 聚乙烯醇 。因此 ，可将臭氧与微 纳米气 泡技术 相结合 ，用 以针对性处理难降解有机物 。
环 境 与 可 续 发展
２ ０ １ ７年 第 ３期
ＥＮＶ Ｉ ＲＯＮＭＥ ＮＴ ＡＮＤ Ｓ ＵＳ Ｔ ＡＩ ＮＡＢ Ｌ Ｅ ＤＥ ＶＥ Ｌ ＯＰ ＭＥＮ Ｔ Ｎｏ ３， ２ ０１ ７
．
微 纳 米 气 泡 在 环 境 污 染控 制领 域 的应 用
刘 秋菊 熊若晗 宋艳芳 王珊珊 王婉 婷
污染 控 制 领 域 显 现 出 一 定 的 技 术 优 势 和 良 好 的 应 用 前
普通气泡 由于 体积 较 大 ．在 水 中产生 后 会 迅速 上 升 ．在水 中的停 留 时间 极短 ：而微 纳 米气 泡 由于体 积
小 ，在 水 中 受 到 的 浮 力 小 ，从 而 表 现 出 上 升 缓 慢 的 特
性 。如直 径 为 ｌ ｍｍ 的气 泡 在 水 中 的 上 升 速 度 为 ６ ｍ ／ ｍｉ ｎ ，而如直 径为 ｌ Ｏ ｗ ｍ 的气 泡在 水 中 的上 升 速度 仅 为
另 为一 ２ ０ 一 一 １ ７ ｍ Ｖ、 一 ４ ５ 一 一 ３ ４ ｍ Ｖ。
试论微纳气液界面水环境修复技术的原理及其应用
试论微纳气液界面水环境修复技术的原理及其应用作者：聂宁来源：《科学与财富》2015年第24期摘要：随着经济的不断发展，我国环保事业已经成为新时期里的重点工作，微纳气液界面水环境修复技术便是当前一种比较先进的水处理技术，其优势在于高效、便捷、能耗低、无二次污染，在现代环保领域中，有着非常广泛的应用前景。
本文便从溶解氧、有机污染物、还原污染物以及水生生物等四个角度，对微纳气液界面水环境修复技术的原理进行分析，并论述了该技术的国外应用成果与国内应用实践。
关键词：微纳气液界面；水环境修复；应用前言：上个世纪六十年代，一些西方国家曾在河道水体修复工程中应用曝气复氧技术，并获得了成功。
上个世纪九十年代，我国也曾利用曝气复氧技术修复清河水体，取得了良好的应用效果。
该技术作为一种环境友好型的水体修复技术，需要让空气中的氧气穿过水气之间的液膜，所以，传统技术在运用过程中消耗的能源较多，但效率偏低。
而微纳气液界面水环境修复技术的诞生则解决了这一问题，使曝气复氧技术的规模化应用成为可能。
一、微纳气液界面水环境修复技术的原理该技术以微纳气泡界面气液氧化与传质作用为基础，不仅实现了氧化水体好氧物质、抑制厌氧环境、促进水生动植物生长，还能使地表水的环境质量得到有效提升。
（一）从溶解氧角度看从溶解氧角度看，该技术有以下三个主要作用：第一，水面破膜增氧。
空气中的氧气与水体相交换可以提升水体的自净能力，而该技术可以直接将微纳气泡注入到水体中去，这一过程基本在水下进行，而微纳气泡具有表面膜可穿越的基本特性，能够让氧气以分散与溶解两种状态进入水体[1]。
通过该技术供给微纳气泡，可以让水体中的溶解氧迅速达到饱和状态，不仅提升了氧气进入水体的效率，还能够通过气泡溢出形成水体扰动，从而加快水面气液的交换效率。
第二，界面倍增增氧。
想要水体水质保持良好，就需要保证氧气可以持续供给，氧气分子想要从空气中进入水体，就需要穿过气膜与液膜。
如果气体体积不变，那么气液界面的面积越大，则空气中氧气进入水体的速率越快，而氧气通过微纳气泡进入水体，会让空气与水体的接触面积大大增加，从而提升氧气进入水体的传质效率。
探讨微纳米气泡在环境污染控制领域的应用
高新技术2017年7期︱9︱探讨微纳米气泡在环境污染控制领域的应用倪 栋浙江省乐清市环境保护局，浙江 乐清 325600摘要：微纳米气泡通常是指直径为200nm ～50μm 的微小气泡，具有体积小、比表面积大、ζ电位高等特点。
在20世纪90年代由日本科学家研制出发生设备，并应用于水产养殖方面。
近年来，微纳米气泡由于其比普通气泡更突出的特点而受到人们的重视，并已被广泛应用于环境污染控制领域，显示出良好的技术优势和良好的应用前景。
目前，微纳米气泡技术的研究正成为环境污染控制领域的一个新热点。
关键词：微纳米气泡；环境污染控制；应用；净化；修复中图分类号：X83 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）07-0009-011 微纳米气泡的特性 1.1 存在时间长 普通气泡由于体积较大，在水中产生后会迅速上升，在水中的停留时间极短；而微纳米气泡由于体积小，在水中受到的浮力小，从而表现出上升缓慢的特性。
如直径为1mm 的气泡在水中的上升速度为6m/min，而如直径为10μm 的气泡在水中的上升速度仅为3mm/min，后者的上升速度是前者的1/2000。
另有研究表明，微纳米气泡在水中的悬浮时间可达252s。
1.2 传质效率高 微纳米气泡体积小，具有极大的比表面积，气液界面处的表面张力大。
微纳米气泡内部气体由于受到强表面张力的作用而被压缩，气泡体积缩小，气泡内压力增大，表现为自增压效应。
不断增大的内压使得气泡内气体穿过气液界面溶解到水中。
且随着气泡直径的减小，表面张力的作用效果越来越明显，最终内部压力达到一定极限值而导致气泡界面破裂消失。
微纳米气泡在收缩过程中的自增压特性，使得气液界面处传质效率增强，并且当水体中的气体含量达到饱和时，微纳米气泡仍可进行气液传质，从而达到较高的传质效率。
1.3 界面ζ电位高 微纳米气泡表面吸附带负电的离子，形成表面电荷离子层；由于负离子的电性吸引，在表面电荷离子周围又吸附带正电的反电荷离子层，从而形成双电层结构。
微纳米气泡发生机理及其应用研究进展
微纳米气泡发生机理及其应用研究进展
王永磊1,王文浩1 ,代莎莎2 ,徐学信1 ,薛舜1 ,许斐1 ,贾钧淇1
［摘要】摘要：相比于传统处理技术,微纳米气泡在污废水处理、地下水水土环境修复等环境污染控制领域表现出了良好的技术优势及应用前景,开展微纳米气泡在各领域的应用进展研究，对于其今后的研究发展具有积极的意义。
文章围绕停留时间、气液传质率、界面电位、产生自由基、比表面积等方面，阐述了微纳米气泡与普通气泡所不同的特性,综述了加压溶气释气法、分散空气法、电解法、气浮泵产气法等微纳米气泡不同发生方法的技术机理及相关设备研究现状,概述了微纳米气泡在水体增氧、强化臭氧化、气浮、强化生物活性等水处理领域及灌溉水源处理、促进作物生长等种植业领域的应用现状、存在问题以及前景，并对微纳米气泡的发展应用进行了展望。
［期刊名称］山东建筑大学学报
【年(卷)，期】2017(032)005
【总页数】7
【关键词】微纳米气泡；发生机理；水处理；增氧
0引言
半径在0.05 ~ 25pm范围内的微小气泡称为微纳米气泡［11微纳米气泡相较于普通气泡，拥有存在时间长、气液传质率高、界面点位高、能自发产生自由基等特点，同时也具有一些独特的化学特性［1L对于微纳米气泡的研究始于19世纪，当时人们的研究重点是毫米级气泡。
20世纪50年代,人们开始开展对液滴以及气泡的相关研究［1 ］。
而对于微纳米气泡的应用情况,最早可以追溯至20世纪90年代，由日本科学家最先研究制造出气泡的发生装置,并且应。
微纳米气泡技术在水处理中的应用
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微纳米曝气技术在水环境治理方面的应用
微纳米曝气技术在水环境治理方面的应用摘要:微纳米曝气技术是一种新型的水体曝气技术，在治理水体污染中有投资少、见效快的优势。
在分析微纳米气泡发生装置原理和特点的基础上，结合其在水环境治理中的试验研究，揭示微纳米曝气与常规曝气治污效果的差异，进而对微纳米曝气技术的推广和应用起到宣传推广作用。
关键词：微纳米曝气技术水环境治理1、引言中国是个水资源严重短缺的国家，水环境问题极为突出。
为了满足人类社会可持续发展的需要和实现人与自然的和谐发展，受污染水体修复的研究和实践成为当前热点问题。
目前，对于日益严重的河湖污染问题，水体曝气作为一种投资少、见效快的河湖污染治理技术被广泛采用。
目前，我国通常采用的曝气设备，难以产生微纳米级的细小气泡，溶氧率低、能耗高。
而微纳米气泡发生装置能够生产直径在50μm和数十纳米(nm﹚之间的微小气泡，可快速地溶解于水体中，溶氧效率大大提高。
该技术作为一种新型水体曝气技术，在水环境治理中的市场前景极为广阔。
2、微纳米曝气技术简介微纳米气泡发生装置主要由发生装置、微纳米曝气头及连接管件组成。
通过水泵加压，由曝气头内部的曝气石高速旋转，在离心作用下，使其内部形成负压区，空气通过进气口进入负压区，在容器内部分成周边液体带和中心气体带，由高速旋转的气石出气部将空气均匀切割成直径5一30μm的微纳米气泡。
由于气泡细小，不受空气在水中溶解度的影响，不受温度、压力等外部条件限制，可以在污水中长时间停留，具有良好的气浮效果。
1）微纳米曝气技术特性分析水体中氧的传递是利用空气和污水中氧气的浓度梯度，使氧气由高密度的空气向低密度的污水中转移，因此氧气浓度梯度和接触而积决定了曝气效果。
在氧气浓度梯度不变的条件下，空气与水体接触而积是决定曝气效果好坏的关键因素。
微纳米气泡技术有效解决了气泡在水体中的接触而积问题，其原因是由于微纳米气泡的表而积能有效增大，如0.1 cm的大气泡分散成100 nm微气泡，其表而积可增大10 000倍，因此可以大大提高溶氧效率。
微纳米气泡及其在环境工程领域的应用
微纳米气泡及其在环境工程领域的应用发布时间：2023-07-21T07:31:02.650Z 来源：《科技潮》2023年14期作者：邹鑫[导读] 随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，对环境治理技术提出了更高的要求。
身份证号：43062XXXX103206630摘要：微纳米气泡是一种具有特殊物理化学特性的气体囊泡，在环境工程领域有广泛的应用前景。
本文主要介绍了微纳米气泡的形成机制、性质以及在环境处理中的应用。
微纳米气泡可以通过不同的方法产生，例如超声波、电解、激光等，具有较小的尺寸范围（微米到纳米级别）、高度稳定性和表面电荷等特点。
在环境处理中，微纳米气泡被广泛应用于水处理、废气处理、土壤修复等领域。
微纳米气泡可以用于氧化还原反应、气体吸附、溶解氧增加等，能够高效地去除水体中的有机污染物和重金属等有害物质。
此外，微纳米气泡还可以用于废气中有害气体的吸附和催化降解，以及土壤中有机物和重金属等的修复。
通过引入微纳米气泡技术，可以极大地提高环境处理的效率和效果。
关键词：微纳米气泡；环境工程；应用随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，对环境治理技术提出了更高的要求。
传统的环境处理技术如化学药剂法、生物法等存在着效率低、成本高、操作复杂等问题。
因此，开发高效、低成本、可持续的环境处理技术势在必行。
微纳米气泡作为一种新型的环境处理技术，近年来受到了广泛的关注。
微纳米气泡是指大小在微米到纳米级别的气体囊泡，其存在有利于提高质量传递速率和反应速率，从而提高环境处理的效率。
微纳米气泡具有较高的稳定性和较大的比表面积，可以提供更多的反应界面，进而促进气体吸附和溶解。
此外，微纳米气泡表面带有电荷，使其具有良好的生物相容性和抗菌性能。
因此，微纳米气泡在环境处理中有广泛的应用前景。
一、微纳米气泡概述微纳米气泡（Micro-Nano Bubbles）是一种微弱的、稳定的、高浓度的气泡，其直径在微米至纳米级别之间。
微纳米气泡技术在环保领域中的应用
61微纳米气泡技术起源于日本，最初应用于水产养殖产业，随着技术日益发展逐渐被应用在更广阔的领域。
近年来，环保领域中微纳米气泡技术的应用也越来越多，并表现出一定的技术优势。
1 微纳米气泡特性微纳米气泡顾名思义是体积微小的气泡，此外还具有很高的传质效率以及较高的界面电位。
相对于普通气泡，微纳米气泡因自身体积小所以在水中的浮力小，上升速度慢，在水中存在时间长。
体积小意味着微纳米气泡有很大的比表面积，气泡和水的界面处有很大的界面张力，在压差作用下气泡体积缩小，表现出微纳米气泡的自增压效应，当气泡内部压力达到设定值时导致气泡界面破裂。
气泡比表面积大，表面能够更好地吸附介质中的离子在气泡表面形成离子层。
随着微纳米气泡在水中的体积不断缩小，气泡表面双电层电荷密度逐渐升高，气泡破裂后能量释放，促使水分解产生大量自由基。
2 污水处理中的应用目前我国河流湖泊均存在不同程度的污染，引起污染的主要原因是排入水环境中的污染物过高，超过了水体环境自身纳污能力。
水体环境中的微生物具有一定的污染物分解作用，但是这一过程需要消耗水体环境中的溶解氧，随着微生物分解效率的提升，水体环境中的溶解氧量不断下降，最终加重了水体环境污染程度，呈现出水质更加恶化的情况。
在河流湖泊的水环境污染治理中通常采用的方式是对水体进行曝气，促进水环境中溶解氧量的恢复，使水质得到改善。
这种曝气方式不产生二次污染，投入较低，因此是一种较好的污水处理方法。
在实际应用中，曝气气泡可采用微纳米气泡，利用微纳米气泡的特性增强水环境中溶解氧并增强氧传质作用，更好地发挥曝气工艺的功能，恢复水体环境溶解氧浓度，促进水环境中微生物氧化作用。
工程人员对微纳米气泡曝气进行研究，结果表明，相对于传统的曝气方式，采用微纳米曝气装置可以使水体环境中的溶解氧浓度增加约6.7%。
采用微纳米气泡曝气工艺能够对湖泊水体环境进行净化，水环境中的氨氮含量降低42%，化学需氧量（COD）值降低37%，总磷含量降低49%。
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第37卷 增刊2 岩 土 工 程 学 报 Vol.37 Supp.2 2015年7月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering July 2015 微纳米气泡技术应用于污染地下水原位修复研究李恒震１∗，胡黎明２，３，辛鸿博１ (1. 中冶建筑研究总院有限公司岩土工程研究所，北京 100088；2. 清华大学土木水利学院，北京 100084；3. 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)摘要：地下水污染问题日益严峻，修复工作势在必行。
对污染地下水修复技术的研究具有重大的理论和实际意义。
本文在综述有机污染地下水原位修复技术以及微纳米气泡技术的基础上，提出将微纳米气泡应用于地下水原位修复。
提出微纳米气泡强化修复技术的现场应用方案，利用微纳米气泡的高效气体传质以及存在时间长的特性提高微生物的活性，实现污染物去除。
数值模拟结果表明，微纳米气泡可以大范围提高地下水中的溶解氧，提高好氧微生物的活性，有效修复地下水体。
研究表明，微纳米气泡强化修复技术节能高效、环境友好，在有机污染地下水修复中具有极大的应用潜力。
关键词：污染地下水；原位修复；微纳米气泡；现场方案；数值模型中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2015)S2–0115–06作者简介：李恒震(1987–)，男，博士，主要从事环境岩土工程方向的研究。
E-mail: lihengzhen@。
Application of micro-nano bubble technology in remediation of pollutedgroundwaterLI Heng-zhen1, HU Li-ming2, 3, XIN Hong-bo1(1. Central Research Institute of Building and Construction, MCC, Beijing 100088, China; 2. School of Civil Engineering, TsinghuaUniversity, Beijing 100084, China; 3. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Beijing 100084, China) Abstract: The groundwater pollution by organic contaminants is becoming more and more severe, making groundwater remediation be imperative. The researches on the remediation technology are of theoretical and practical importance. Based on the review of in-situ groundwater remediation technology for organic contaminants and micro-nano bubble MNBs technology, MNB technology is proposed for groundwater remediation. The scheme using MNB for in-situ groundwater remediation is introduced. The contaminants can be removed by biodegradation enhanced by MNB. The numerical simulation results of in-situ application show a great enhancement on dissolved oxygen and a significant influence zone for contaminant removal. The MNB technology is effective, energy-efficient and environment-friendly to clean up contaminants, which has great potential in groundwater remediation.Key words:groundwater pollution; in-situ remediation; micro-nano bubble; field scheme; numerical model1 地下水原位修复技术研究1.1 地下水污染现状地下水是重要的供水水源。
在中国地表水严重污染的条件下，地下水资源对于经济和社会发展具有极其重要的作用。
目前中国地下水质量恶化趋势加剧，中国90%以上城市的地下水遭受污染，形势十分严峻。
地下水污染源复杂，污染物种类多。
有机污染作为影响地下水环境的主要污染物已成为国际关注的热点[1]。
地下水中的主要有机污染物包括石油烃类及有机氯化物等。
在人类工业化和城市化进程中，石油开采、运输、加工、贮存过程中的泄漏、各种有机废水的排放、地下输油管道的破裂、煤气管道泄漏、农药的使用、居民生活污水的下渗、地下储油箱的突发事故、垃圾填埋地的渗滤等都导致地下水遭受有机污染。
据美国环境保护署报道，美国大约有587000个地下储存罐用来储存石油以及危险性物质，其中有80%已发生不同程度的泄露现象，仅在2012年用于修复的费用即达30亿美元左右[2]。
2008年中国报告的就有40多万个地下储油罐存在泄漏现象[3]，修复工作还未开展，───────基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）项目（2012CB719804）；清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室自主研究课题（SKLHSE-2012-KY-01，2013-D-01）收稿日期：2015–03–26DOI：10.11779/CJGE2015S2023116 岩土工程学报 2015年储油设施腐蚀示意图见图1。
图1 储油设施腐蚀示意图Fig. 1 Scheme for petroleum leakage污染地下水环境恢复是实现中国国民经济和社会可持续发展的重要途径之一，对地下水的修复工作势在必行。
1.2 地下水污染修复技术简介地下水污染修复技术分为原位修复和异位修复[4]。
其中原位修复技术成本较低、对环境干扰较小，得到广泛应用。
目前广泛使用的针对有机污染场地的原位修复技术主要包括自然衰减法、强化生物修复法和地下水曝气法[5]。
自然衰减法（Monitored Natural Attenuation，简称MNA）是指利用自然存在的物理、化学和生物过程，降低地下水中污染物的浓度或移动特性[5]。
自然衰减包括微生物降解、稀释、分散作用、挥发、吸附或吸收、水解和化学转换等过程。
自然衰减法能有效地处理挥发性和半挥发性石油烃、卤代有机物污染的地下水，是针对地下水污染程度较轻情况常用的原位修复技术[5]。
有效的自然衰减可替代强化恢复技术，节约修复成本。
自然衰减法将污染物最终转化为无害的副产物，同时对于环境不存在二次污染，成本低廉。
但在采用自然衰减修复污染地下水时，需要经历较长时间才能达到修复目的。
场地自然降解能力强烈依赖环境条件，由于供氧条件较差，存在的电子受体往往无法满足微生物降解反应的需要量，好氧微生物降解作用受到抑制，修复效率很低。
强化生物修复（Enhanced Bio-Remediation，简称EBR）是新近发展起来的一项清洁环境的低投资、高效益，便于应用、发展潜力巨大的修复技术，它利用特定生物（特别是微生物）对地下水中污染物的吸收、转化或降解，达到减缓或最终消除地下水污染的目的，或者为微生物生长和降解作用改善环境条件，提供足量的电子受体、营养盐类，提高微生物的代谢作用和降解活性水平，以促进对污染物的降解速度。
强化生物法能够直接针对主要污染区进行修复，除了能够修复溶解于地下水中的污染物之外，对于吸附在土壤颗粒间隙的污染物均能降解去除，同时修复成本相对较低，对环境的影响或其他风险较小[5]。
抽水处理法（Pump and Treat，简称P&T）是传统地下水修复技术，通过抽水井直接将受污染的地下水抽出进行处理[5]。
EBR通常与P&T相结合，通过地下水的运动来输送营养盐类，促进微生物活动[6]。
目前EBR的主要瓶颈是如何高效输送溶解氧，为微生物作用创造良好的环境条件。
因此，供氧效果好、持续时间长、影响范围大的溶解氧输送技术成为EBR的关键技术和发展方向。
地下水曝气（Air Sparging，简称AS）是处理地下水中可挥发有机污染物的一种非常有效的方法[7-10]。
地下水曝气法常联合土壤气抽提（Soil Vapor Extraction，简称SVE）的方法一起使用。
地下水曝气法的原理为：将洁净的空气以一定气压力注入受污染的地下水饱和区，由于气压力梯度、地下水浮力和毛细压力的作用，气体将向上运动。
在此过程中，气体与地下水中的污染物接触，促进污染物的挥发。
挥发性污染物随同气体一同溢出地表，使用SVE系统回收处理，从而达到去除地下水污染物的目的[9, 11]。
同时，由于曝气带来的氧气浓度增加，促进了好氧微生物的生物降解作用，加快了污染物的去除[5, 12]。
其示意图如图2所示。
图2地下水曝气法修复技术示意图Fig. 2 Scheme for air sparging technology地下水曝气法适合于挥发性石油类污染物的重度污染场地，成本低、见效快，不需要考虑去除、处理、储存或者排放地下水。
地下水曝气法作为有机污染地下水原位修复的主要手段，已经应用于多个污染场地的原位修复。
2 微纳米气泡技术简介地下水曝气法产生的气泡粒径在毫米级，上升速度快，存在时间短，传质效果差[13]。
微纳米气泡技术是近年来取得突破性进展的新技术。
微纳米气泡粒径小，上升速度慢，存在时间长，传质效果好，在各个领域的应用引起人们广泛关注[14-22]。
微纳米气泡是指气泡发生时，直径为200～60 μm增刊2 李恒震，等. 微纳米气泡技术应用于污染地下水原位修复研究117的气泡。
在水体中，毫米级气泡将迅速上升，并在水表面处破裂。
微米气泡则在上升过程中不断缩小，最终溶解于水中。
微米气泡的上升速度很慢，如10 μm 的气泡上升速度为0.1 mm/s，在水体中上升1 m需要3 h，因此在水体中的停留时间较长[23]。
纳米气泡在水中做布朗运动，有报告称其在水中可存留数月[23]。