超微纳米气泡发生器设备型号以及特点有哪些
微纳米曝气技术
微纳米曝气技术导言水污染已成为世界普遍面临的环境问题之一，也是人类生态环境面临的重要危机之一。
微纳米曝气技术是一种新型的水处理技术，它利用曝气设备对水中微小气泡进行加压与释放，从而提高溶氧量和促进气体交换。
本文将对微纳米曝气技术的定义、工作原理、技术特点、应用前景等方面进行论述。
微纳米曝气技术是一种利用曝气设备把自由空气或其他气体引入废水中，通过加压、减压和气泡释放等多种方式将废水中的微小气泡抽入；进而在微小空气泡中形成大量的超微小气泡，并将水中的溶氧量和气体交换速度提高的一种技术。
微纳米曝气技术属于强化气液质传递的技术，是在现有曝气技术基础上发展而来。
其工作原理如下：1.气体的引入：将自由空气或其他气体通过管道输送到曝气设备中。
2.加压处理：将气体加压，使其与水接触面积加大。
3.气体减压：将加压气体导入废水中，通过减压方式，将气体中的微小气泡抽入。
微小气泡的大小和数量与减压程度、细菌的数量、水的温度、气体的类型和压力等因素有关。
4.释放气泡：将微小气泡释放到水中，形成超微小气泡，从而提高水的溶氧量和气体交换速度。
1.气泡细小：利用微纳米曝气技术产生的气泡大小在10微米左右，比传统的曝气技术产生的气泡小很多，气泡在水中不容易上升，从而可以长时间地停留在水中，有效地增加了水体与氧气之间的接触面积和气体交换速度。
2.曝气效果显著：微纳米曝气技术能够强化水体与氧气之间的交换，在短时间内使废水中的溶氧量得到有效提高，并能够加速水中污染物的降解和分解，从而显著提高了废水的水质。
3.节能环保：微纳米曝气技术可以在加压、减压、抽气等技术上节能环保，同时该技术无需添加任何化学药剂，具有环保的优势。
微纳米曝气技术以其高效、节能、环保的特点，成为目前水处理领域发展的热点技术之一，其应用前景广阔。
1.城市供水：微纳米曝气技术在城市供水中可以有效地减少水中余氯，提高水质，保障居民的健康。
2.养殖业：在鱼塘养殖过程中，使用微纳米曝气技术可以提高水中溶氧量，促进鱼儿的生长，减少水族病的传播。
微纳米气泡实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解微纳米气泡的制备原理和实验方法。
2. 掌握微纳米气泡的特性及其在水处理、生物医学等领域的应用。
3. 分析微纳米气泡的制备过程中可能存在的问题，并提出相应的解决措施。
二、实验原理微纳米气泡是指直径在1-1000纳米范围内的气泡。
由于气泡尺寸微小，其表面能高，具有较强的吸附和传质能力。
微纳米气泡在水处理、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
实验原理：通过特定方法将气体（如氧气、臭氧等）溶解于水中，形成微纳米气泡。
气泡在水中具有较大的比表面积，有利于提高气体在水中的溶解度和利用率。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：氧气、臭氧、去离子水、染料等。
2. 实验仪器：微纳米气泡发生器、气相色谱仪、紫外可见分光光度计、搅拌器、量筒等。
四、实验步骤1. 准备工作：将氧气或臭氧通过微纳米气泡发生器溶解于去离子水中，制备微纳米气泡溶液。
2. 检测气泡特性：（1）利用气相色谱仪检测溶液中氧气的溶解度；（2）利用紫外可见分光光度计检测溶液中臭氧的浓度；（3）观察气泡形态和大小。
3. 实验验证：（1）将微纳米气泡溶液用于水质处理，检测其对有机污染物的去除效果；（2）将微纳米气泡溶液用于生物细胞培养，观察其对细胞生长的影响；（3）将微纳米气泡溶液用于药物输送，评估其对药物释放的影响。
4. 数据处理与分析。
五、实验结果与分析1. 气泡特性：通过气相色谱仪和紫外可见分光光度计检测，微纳米气泡溶液中氧气和臭氧的溶解度均较高，符合实验预期。
2. 水质处理效果：将微纳米气泡溶液用于水质处理，发现其对有机污染物的去除效果明显，优于传统水质处理方法。
3. 生物细胞培养：将微纳米气泡溶液用于生物细胞培养，观察到细胞生长情况良好，表明微纳米气泡对细胞生长具有促进作用。
4. 药物输送：将微纳米气泡溶液用于药物输送，发现药物释放效果良好，表明微纳米气泡在药物输送领域具有应用价值。
六、实验结论1. 微纳米气泡制备方法简单，气泡特性良好，具有较高的应用价值。
微纳米气泡与普通气泡曝气性能对比
收稿日期:２０２３Ｇ０６Ｇ１５.基金项目:国家自然科学基金资助项目(４１６６３００２);国家环境保护重金属污染监测重点实验室开放基金项目(S K L MHM ２０２３１２);江西省自然科学基金资助项目(２０１６１B A B ２０３０８０).作者简介:彭昕翊(２０００ ),女,硕士生.㊀∗通信作者:胡春华(１９７６ ),男,副教授,博士.E Ｇm a i l :c h h u ＠n c u ．e d u ．c n.彭昕翊,王承军,李波,等．微纳米气泡与普通气泡曝气性能对比[J ]．南昌大学学报(理科版),２０２４,４８(１):６４Ｇ７０．P E N G XY ,WA N GCJ ,L I B ,e t a l ．C o m p a r a t i v e s c i e n t i f i c r e s e a r c ho n a e r a t i o n p e r f o r m a n c e o fm i c r on a n ob u b b l e s a n d o r d i n a r yl a r g eb u b b l e s [J ]．J o u r n a l o fN a n c h a n g U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e ),２０２４,４７(１):６４Ｇ７０．微纳米气泡与普通气泡曝气性能对比彭昕翊１,王承军２,李波２,胡新元２,胡春华１∗(１．南昌大学资源与环境学院,江西南昌㊀３３００３１;２．中国电建集团江西省水电工程局有限公司,江西南昌㊀３００９６)㊀㊀摘要:基于超声微纳米气泡(MN B s )制备技术产生的微纳米气泡,研究微纳米气泡与普通曝气产生的传统大气泡曝气性能.经实验测试,结果表明MN B s 气泡稳定性㊁持续性较普通曝气明显较好,MN B s 氧体积传质系数为普通曝气气泡的４．１１倍,充氧动力效率高于为普通曝气的３．３０倍.对比分析,微纳米曝气氧传质效率㊁氧利用率均远高于普通曝气;在相同的曝气强度下,MN B s 迅速提高水体中的D O 浓度,MN B s 有良好的溶氧保持能力,停止曝气后D O 浓度回到初始状态,普通气泡曝气水箱中D O 浓度在１h 降低至５．８２m gL －１,微纳米气泡水中D O 浓度２４h 降至５．７７m g L －１;普通曝气广泛应用于水环境治理,了解微纳米曝气性能差异研究成果为提升水环境治理效能提供理论和技术参考.关键词:微气泡;曝气;气泡性能;普通曝气中图分类号:X １３２㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００６Ｇ０４６４(２０２４)０１Ｇ００６４Ｇ０７C o m pa r a t i v e s c i e n t i f i c r e s e a r c ho na e r a t i o n p e r f o r m a n c e o fm i c r o n a n ob u b b l e s a n d o r d i n a r y l a r ge b u b b l e s P E N G X i n y i １,WA N GC h e n g j u n ２,L IB o ２,HU X i n yu a n ２,HU C h u n h u a １∗(１．S c h o o l o fR e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t ,N a n c h a n g U n i v e r s i t y ,N a n c h a n g ３３００３１,C h i n a ;２．J i a n g x iH y d r o p o w e rE n g i n e e r i n g B u r e a uC o ．,L T D．,P o w e rC o n s t r u c t i o nG r o u p o fC h i n a ,N a n c h a n g ３３００９６,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s p a p e r i n v e s t i g a t e d t h e a e r a t i o n p e r f o r m a n c e o fm i c r o Ｇn a n o b u b b l e s (MN B s )g e n e r a t e db y u s i n g th e u l t r a s o n i c m i c r o Ｇn a n o b u b b l e p r e p a r a t i o n t e c h n o l o g y a n d t h e c o n v e n t i o n a l a e r a t i o nw i t h l a r g e a i r b u b b l e s ．E x pe r i m e n t a l t e s t s d e m o n s t r a t e d t h a tMN B s e x h i b i t s i g n if i c a n t l y e n h a n c e d s t a b i l i t y a n d p e r s i s t e n c e c o m p a r e d t o c o n v e n t i o n a l a e r a t i o n ．T h e o x yg e nm a s s t r a n s f e r c o e f f i c i e n t o fMN B sw a s ４．１１t i m e s th a t o f c o n v e n ti o n a l a e r a t i o n ,a n d t h e i r o x y g e nu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c y w a s ３．３０t i m e sh i gh e r t h a n t h a t o f c o n v e n t i o n a l a e r a t i o n ．C o m p a r a t i v ea n a l y s i sh i g h l i g h t e dt h e s u p e r i o r i t y o fm i c r o Ｇn a n o b u b b l ea e r a t i o no v e r c o n v e n Ｇt i o n a l a e r a t i o n i n t e r m s o f o x y g e nm a s s t r a n s f e r e f f i c i e n c y a n do x y g e nu t i l i z a t i o n r a t e ．U n d e r t h e s a m e a e r a t i o n i n t e n s i t y ,MN B s r a p i d l y e l e v a t e d t h e d i s s o l v e d o x y g e n (D O )c o n c e n t r a t i o n i n t h ew a t e r ,d e m o n s t r a t i n g t h e i r s u p e r i o r o x y g e n r e t e n t i o n c a p a b i l i t y．A f t e r ２４h o u r s o f a e r a t i o n c e s s a t i o n ,t h eD Oc o n c e n t r a t i o n i nw a t e r t r e a t e dw i t h MN B s r e t u r n e dt o i t s i n i t i a l s t a t e ,m e a s u r i n g ５．７７m g L －１,w h e r e a s t h eD Oc o n c e n t r a t i o n i n t h ew a t e r t a n ka e r a t e dw i t hc o n v e n t i o n a l b u b b l e sd e c r e a s e d t o５．８２m g L－１a f t e r j u s t １h o u ro fa e r a t i o nc e s s a t i o n ．C o n v e n t i o n a l a e r a t i o n w a sw i d e l y u s e di ne n v i r o n m e n t a lw a t e r t r e a t m e n t ．T h e i n s i g h t s g a i n e d f r o mt h i s s t u d y r e g a r d i n g t h e p e r f o r m a n c ed i f f e r e n c e so fm i c r o Ｇn a n ob u b b l ea e r a t i o na r ee x pe c t e dt o p r o v i d e t h e o r e t i c a l a n d t e c h n o l o g i c a l s u p p o r tf o r i m p r o v i ng th e e f f e c t i v e n e s s o fw a t e r e n v i r o n m e n t a l t r e a t m e n t ．K e yw o r d s :m i c r o b u b b l e ;A e r a t i o n ;B u b b l e p r o p e r t y ;G e n e r a l a e r a t i o n ㊀㊀近年来,随着工业的高速发展,大体量的生活污水和工业废水被排放,地表㊁地下水污染问题变得尤为突出[１－３].国家 十四五 规划针对水环境问题提出,要以改善水环境质量为目标,全面提升流域水环境质量.废水中汇入污染物后,水体中的溶解氧在微生物分解污染物过程中逐渐被消耗,这导致水体第４８卷第１期２０２４年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀南昌大学学报(理科版)J o u r n a l o fN a n c h a n g U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e )V o l ．４８N o ．１F e b ．２０２４㊀含氧量下降,水质恶化严重[４].曝气工艺,则通过提高水体中溶解氧含量,提升水体曝气速率加快微生物对于有机污染物降解.在曝气过程中,气泡尺寸分布会影响水中溶解氧的含量,较小尺寸的气泡具有更大的比表面积,并且可以提供更好的氧气传输速率.相比于普通气泡,MN B s具有独特的表面物理化学性能[５],如尺寸小,比表面积大,界面电位高等诸多优点.现今,制备MN B s的方法有化学反应法㊁分散空气法㊁加压溶气释气法㊁超声空化法等[５].O h n a r i 等[７]利用分散空气法开发了使用微气泡发生器装置,产生直径１０~５０μm的微泡[８].李永健等[６]利用超声空化和微纳米曝气器两种方式产生微纳米气泡,并利用动态光散射技术对微纳米气泡的粒径分布㊁停留时间㊁电位和 O H等进行了深入研究;廖世双[９]等对水力空化过程产生的微纳米气泡性质进行了研究.当前国内外学者主要对溶气释气法所产生的微纳米气泡特性进行研究[１０],对MN B s和普通大气泡曝气性能对比研究,探究不同曝气方式D O在水体中分布的稳定性㊁均匀性㊁持久性对比研究,研究不同曝气方式产生的气泡对水体的增氧能力㊁溶氧保持能力㊁氧传质性能㊁理论动力效率特性对比相对较少,本文将基于大功率超声场微纳米气泡制备技术产生微纳米气泡,探究微纳米曝气与普通曝气性能对比研究,了解经过不同曝气方式的水体中D O的稳定性㊁持久性和均匀性,分析对比不同曝气方式产生的气泡在水体中的气液传质效率,为微纳米气泡应用到实际水环境处理工程化奠定基础.１㊀试验部分１．１㊀实验平台的搭建１．１．１㊀微纳米气泡设备发生器微纳米气泡设备发生器由气水混合泵㊁MN B s 发生器㊁冷却水循环泵等装置组成,微纳米气泡设备通过调节流量阀调节进气,进气和进水在气水混合泵中充分搅动,在这个过程中水中产生微米级的气泡,即含气水.将气液混合泵产生的含气水经迷宫通道,含气水在迷宫通道中经超声波加压加速后互相碰撞切割,生成微纳米级气泡水,在微纳米级气泡水流出口设置有大功率磁致伸缩超声换能器,将流经超声空化作用区的微纳米气泡水在瞬时高温㊁高压及激波的作用下进一步破碎成纳米级气泡.冷却水循环泵提升外置水箱内循环冷却水至冷却装置中,对超声换能器进行外部降温.111298710345621冷却水循环曝气池水循环㊀㊀注:１－进水,２气水混合泵,３－微纳米气泡发生器,４－冷却装置,５－冷却水循环泵,６－冷却水外置水箱,７－进气调节阀,８－流量调节阀,９－进气,１０－压力表,１１－出气,１２－微纳米曝气池.图１㊀M N B s曝气装置流程图F i g．１㊀F l o wc h a r t o fM N B s a e r a t o r实验所用对照曝气方式为鼓风微孔曝气方式,该曝气装置使用空气压缩机连接橡胶微孔曝气盘进行曝气.１．１．２㊀实验水槽实验用３个水箱,尺寸均为０．６ˑ０．８ˑ１．２m３.水箱材质为钢化玻璃,壁厚０．０４m,有效高度为１m.１号水箱采用超声微纳米曝气,２号水箱采用普通曝气,３号为对照组水箱.１．２㊀检测方法１．２．１㊀水质指标实验水质常规指标的检测主要为D O;检测方法:D O采用便携式多参数水质分析仪(上海雷磁D Z BＧ７１)测定１．２．２㊀氧总体积传质系数(K L a)根据亨利定律,在不同大气压和不同水温下饱和溶解氧(D O f)的计算公式如下[１１]:D O f＝p p０ˑ４７７．８T＋３２．２６(１－１)式中:p－矫正后的氧气分压,h p a;p０－标准大气压,h p a水中溶解氧浓度随时间变化符合动力学方程:d Cd t＝K L a(C S－C)(１－２) d Cd t为液体中溶解氧浓度变化速率,m g L－１ h; K L a为氧总传递系数,L h－１;C S为液膜处饱和溶解氧浓度,m g L－１;C为液相主体中在t时刻溶解氧浓度,m g L－１;C S－C为氧亏值,即为氧传质动力５６第１期㊀㊀㊀㊀㊀彭昕翊等:微纳米气泡与普通气泡曝气性能对比将(１－２)式积分可得:l n(C S－C)＝－K L a t＋常数(１－３)㊀㊀氧浓度C及饱和溶解浓度C S,可以得到l n(C S －C)和t的直线关系,其斜率即为氧的总体积传质系数K L a.１．２．３㊀充氧动力效率E py＝－K L a t＋常数(１－４)充氧能力q C是指标准条件下曝气装置向水中传递的氧量[１２]:q C＝K L a s C S V(k g O２/h)(１－５)式中:K L a s－标准情况下,曝气装置氧总转移系数, h－１;V－曝气池有效容积,m３理论氧利用率ε,即表示曝气装置对氧气利用率的高低[１３].ε＝q C０．２８q １００％(１－６)式中:ε曝气装置氧的利用率,％;q标准情况下曝气装置通气量k g h－１理论动力效率E p:E＝q c Nt(１－７)N t＝H b q v b１０２ˑ３．６(１－８)则充氧动力效率E p:E P＝q c Nt(１－９)式中:H b 水头高度,m;q－曝气装置通气量,m３ h－１,v b 空气的容重,k g m３;取１．２９３k g m３.１．３㊀数据统计及分析所有数据均重复３次取其平均值.采用O r i g i n ８．０统计软件进行数据处理分析,并选用数学模型对结果进行回归分析,以相关系数R２作为优选评估标准,筛选出适宜的㊁拟合方程.１．４㊀实验方法１．４．１㊀溶解氧稳定性和持久性测试水箱放满水后,打开微纳米气泡发生器和普通曝气装置,观测气泡稳定形成的时间,溶解氧(D O)浓度达到饱和停止曝气.观察水体外观质地颜色及气泡产生情况,利用在线溶解氧仪记录固定点位的溶解氧浓度,并利用o r i g i n绘制溶解氧D O浓度随时间t的变化曲线.１．４．２㊀不同曝气方式溶解氧均匀性测试水箱放满水后,记录下各个点位不同高度的D O浓度本底值.打开微纳米气泡发生器和普通曝气装置,设备完全开启后的１h的实验时间里,不断改变溶解氧探头在水中的位置,测定D O在水箱中的空间分布特征.１．４．３㊀微纳米气泡与传统大气泡的供氧能力测试水箱放满水后,记录下各个点位不同高度的本底值,打开微纳米气泡发生器和普通曝气装置,当溶解氧值接近水体饱和溶解氧时,记录下此时的时刻.计算不同曝气方式产生的气泡氧传质系数,比较微纳米气泡与普通大气泡的供氧能力.实验条件:水体温度２０ħ,当地气压为１０００h p a,水体p H为７,实验水深１m,微纳米曝气及普通曝气的通风量为３m i n L－１.在设备曝气１h的实验时间里,控制溶解氧探头在水中点位,实时测定D O含量.２㊀结果与讨论２．１㊀不同曝气方式产生的气泡特征区别２．１．１㊀不同曝气方式产生气泡物理性质差异朱兆阳[１４]采用激光粒度分析仪对微纳米曝气产生的气泡粒径进行分析测定,结果表明,３７．３％的气泡粒径集中在２０~７５μm的范围内,６１．３％的气泡气泡粒径＜０．１μm,且微纳米曝气后的气泡平均中位径约为０．０５μm,证明气泡均已达到微纳米级.经过实验发现,经过曝气后,１号微纳米曝气水箱中的水质外观显示乳白色,气泡粒径细小.２号普通曝气水箱,水质外观透明,产生的气泡粒径较大.由于尺寸的不同,性能不尽相同,二者之间以及与宏观气泡的特性差异如表１所示.表１㊀不同尺寸气泡特征差异T a b．１㊀C h a r a c t e r i s t i c s o f b u b b l e s o f d i f f e r e n t s i z e s特性宏观气泡微气泡纳米气泡尺寸＞１００μm１~１００μm＜１μm 水力停留时间快速上升上升缓慢停留几分钟上升缓慢停留数天２．１．２㊀溶解氧的稳定性和持久性对比相较于普通曝气,微纳米曝气池中D O浓度在设备完全开启后的１０m i n达到８．８８m g L－１,高于传统曝气池中D O浓度８．７５m g L－１.两个水箱中D O浓度在１h后基本达到饱和,微纳米曝气D O平衡浓度为９．６６m g L－１,高于普通曝气池中D O平衡浓度８．７７m g L－１.普通气泡曝气水箱中D O浓度在停止曝气后的２０m i n内以每小时衰减率２９．０９％不断减少,在停止曝气后的１５m i n降低５．８２m g L－１.而微纳米曝气停止后水中D O浓度并没有迅速下降,反而持６６ 南昌大学学报(理科版)２０２４年㊀续上升至１０．２５m g L －１,实验３h 后开始大幅下降至７．１２m gL －１,实验２４h 后D O 浓度降至曝气前的５．７２m g L －１.由于MN B s 在上升过程会自压溶解,会加快了气体在水中的溶解速率,进而在很大程度上提升水中溶解氧的含量.使得进行曝气后的水体中的溶解氧浓度可以达到１０．２５m g L －１,D O 浓度可达到过饱和的状态.(a)(b)图２㊀不同曝气方式产生的气泡F i g ．２㊀B u b b l e s p r o d u c e db y di f f e r e n t a e r a t i o nm e t h o d s 实验结果表明,微纳米曝气和普通曝气均能快速地增加水中的溶氧水平.相较于普通曝气,微纳米曝气不仅具有可以有效增氧,同时也具有更优异的溶氧保持能力,曝气１h 产生的MN B s 能使得水体中的D O 浓度大于初始浓度在水中保持２４h .同时MN B s 具有微小的尺寸,根据S t o k e s 定律[１５],气泡的尺寸越小,上升速度越慢,这使MN B s 能够在溶液中具有更长的停留时间.２．１．３㊀不同曝气方式供氧能力对比测定在曝气条件下微纳米气泡与宏观气泡的溶解氧浓度,进一步计算在不同的曝气方式氧的总体积传质系数K La.109876542016128424微纳米曝气普通曝气C D O /（m g ·L -1）(a)t /h1.00.80.60.40.0微纳米曝气普通曝气C D O /（m g ·L -1）9.58.57.56.55.50.2(b)t /h图３㊀不同曝气水中D O 浓度随时间变化(a)和停止曝气水中D O 浓度随时间变化(b)F i g ．３㊀T h e c o n c e n t r a t i o no f d i s s o l v e do x y g e n i nd i f f e r e n t a e r a t e dw a t e r v a r i e sw i t h t i m e (a )a n d c h a n ge of d i s s o l v e d o x yg e n c o n c e n t r a t i o nw i th ti m e i n s t o p pe da e r a t e dw a t e r (b )实验条件下的D Of ＝９．０３m g L －１,计算当D O 浓度趋近于D O f 时,经微纳米曝气和普通曝气的清水气液传质速率,l n (C s －C )随t 的变化趋势及计算结果如图所示.微纳米曝气装置充氧能力为０．０６８３k g h －１,普通曝气充氧能力仅有０．０１６７k gh －１,且微纳米曝气的氧传质速率远高于普通曝气,微纳米曝气K L a 为普通曝气的４．１０倍,通过装置性能参数预测模型计算得出,微纳米曝气的氧利用率与充氧的动力效率均高于普通曝气,微纳米曝气的E p 达到了６．３８k g O ２ k w －１ h －１是普通曝气的３．３０倍.对比分析可知,微纳米曝气氧传质效率㊁氧利用率及充氧动力效率均远高于普通曝气.25201510530微纳米曝气普通曝气微纳米曝气线性拟合普通曝气线性拟合l n /（C s -C ）3210-1-2-3-4-5t /m i n图４㊀不同曝气方式气液传质速率F i g ．４㊀G a s Ｇl i qu i dm a s s t r a n s f e r r a t e s o f d i f f e r e n t a e r a t i o nm o d e s通过气体的传质速率取决于气液相的传质面积,而气体的体积和气泡的直径又是气液比表面积的主要决定因素[１６－１７],MN B s 尺寸小,且具有很大的比表面积,极大地增大了气体与溶液的接触面积,７６ 第１期㊀㊀㊀㊀㊀彭昕翊等:微纳米气泡与普通气泡曝气性能对比从而能使在溶液中发生的各种反应的速率增加.同时,气体的扩散速率与压力梯度成正比根据拉普拉斯公式,气泡直径越小,其内部气压压力越大,内部高压有利于氧气在水中更好地传质,更加充分溶解.２．１．４㊀不同曝气方式溶解氧均匀性改变D O 探头在水中的位置,测定D O 在水箱中的空间分布特征.微纳米曝气和普通曝气１h 内,水箱中不同点位的D O 浓度如图６㊁７所示.微纳米曝气在水箱中不同点位,D O 浓度都较一致,随着曝气时间的增加而增加,在１h 左右达到最高(９．８３~１０．２５m gL －１).取样高度增加,水中D O 少量增加,这主要是图５㊀水箱采样点位平面示意图F i g ．５㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo fw a t e r t a n k s a m p l i n gpo i n t s 10090807060504030206543216050403020100t /minh /c mDO/（mg ·L -1）点位图６㊀微纳米曝气池中不同点位不同高度D O 浓度F i g ．６㊀D i s s o l v e do x y g e n c o n c e n t r a t i o n s a t d i f f e r e n t p o i n t s a n dh e i gh t s i nm i c r o Ｇn a n o a e r a t i o n t a n k 90807060504030206543216050403020100t /min h /c m点位DO/（mg ·L -1）图７㊀普通曝气池不同点位不同高度D O 浓度F i g ．７㊀D i s s o l v e do x y g e n c o n c e n t r a t i o n s a t d i f f e r e n t p o i n t s a n dh e i gh t s i n t h e c o m m o na e r a t i o n t a n k 高度大离水面越近,空气中的氧气会少量进入气液界面.普通曝气对水中D O 浓度的影响同MN B s曝气一致,说明不同曝气方式在水中D O 浓度均较均匀.３㊀讨论㊀㊀相同的环境条件及曝气强度下,不同的曝气方式可以显著的影响水中D O 平衡浓度.不同曝气方式产生的气泡由于其理化性质的不同,对水体的充氧能力及充氧保持能力也有很大的区别.研究发现相同曝气强度下,MN B s 气泡充氧性能氧利用率及理论高于普通大气泡,MN B s 曝气平衡后水体D O 浓度高于普通气泡曝气,这可能是因为MN B s 比表面积和体积比较小,进入水体后上升速度慢[１８],从而可以在水体中聚集.根据S t o k e s 定律[１９],气泡的尺寸越小,上升速度越慢,这使它们能够在溶液中具有更长的停留时间.对于０．１μm或更小的气泡,由于可忽略的浮力,这些N B s 的运动受布朗运动的支配,使得N B s 在水中具有更长的停留时间[２０].且MN B s 具有自身增压溶解特性,能够有效提高气液传质效率及水中氧的总含量[２１].洪涛等[２２]研究发现曝气强度一定的情况下,微米气泡比一般气泡对水体中常规污染物的去除效果更好.刘吉开等[２３]利用微纳米曝气对受污染水体进行增氧处理,发现D O 浓度的增加,会加快好氧微生物对底泥污染物的消解,改善受污染水体的水质问题,达到修复的目的.与宏观气泡相比,MN B s 更加稳定在体相内具有更长的停留时间.MN B s 在水中的上升速度随气泡尺寸的减小而减小.气泡直径接近３μm 的时候,其上升速度就近似等于０,而超微细气泡(直径＜３μm )能够以１m h －１的速度实现在水中的沉降[２４].同时MN B s 带电,气液界面产生的斥力导致气泡间不易合并,以及水中溶解的气体拥有较高的浓度,使得界面和液相之间保持一定的浓度梯度所引起的[２５].MN B s 内部气体以高压高密度聚集态形式存在,具有独特的稳定性,气泡上升速率慢,能够在水中悬浮稳定存在几个小时甚至几天.而普通大气泡产生的气泡较大,进入水体中后快速上升进入空气,在曝气结束后D O 浓度迅速降低至初始状态.诸多研究证明,纳米气泡在水中可以长时间稳定存在[２６－３３],与传统大气泡相比,纳米气泡在体相中存留时间更长[３０－３４].与普通的大气泡相比,MN B s 具有更高的氧溶８６ 南昌大学学报(理科版)２０２４年㊀解度和更高的氧传质效率.气体的传质速率取决于液气相的传质面积[１６].事实上,MN B s比表面积大,并且在液体中长期存在,这可以增加液体和气体之间的表面和接触时间,从而促进传质,及气液界面中的吸附和化学反应[３５－３６].根据气液界面表面张力理论,MN B的直径相对较小,其表面张力对气泡有显著影响.气泡表面张力的压缩决定了气泡直径的连续收缩,并且气泡的内部压力继续增加.MNＧB s的比表面积也增加,直到气泡界面破裂并消失.当气体在水中的溶解达到过饱和状态时,它仍然可以进行气液传质,从而实现高传质效率.实验研究MN B s的氧传质系数是传统气泡的４．１０倍氧利用率及理论动力效率均高于普通曝气,故将微纳米曝气技术与传统的鼓风曝气技术同时应用于废水好氧处理时,氧利用率和体积传质系数提高约４倍,降解有机污染物的时间也会大幅度降低,大大节约了时间成本.４㊀结论㊀㊀本文针对微纳米气泡与普通气泡的曝气性能进行对比研究,探讨不同的曝气方式下产生的气泡粒径分布㊁增氧能力㊁溶氧保持能力㊁理论动力效率.根据实验结果计算了经过微纳米曝气和普通曝气的水体的氧传质系数.１)实验过程中,微纳米曝气池相对于普通曝气池中D O平衡浓度提升了１０．１％.微纳米曝气池和普通曝气池中D O平衡浓度分别为９．６６㊁８．７７m g L－１.２)微纳米曝气产生的MN B s可以有效增氧,并具有优异的溶氧保持能力,D O浓度在过饱和状态可达１０．２５m g L－１.停止曝气后,微纳米曝气池中水体可长时间保持增氧效果D O浓度保持高于初始状态２４h以上.而普通曝气池在曝气停止后的３０m i n,D O浓度迅速降低至原有水平.３)标准情况下计算,微纳米曝气的氧传质系数是普通曝气的４．１０倍,微纳米曝气理论动力效率达到６．３８k g O２ k w－１ h－１是普通曝气的３．３０倍.经过微纳米曝气产生的MN B s可长期存在于液体中,增加气液接触时间和面积,有效促进向气液界面的传质.参考文献:[１]㊀苏立峰．微纳米(MN B s)气泡技术在景观水处理中的应用初探[J]．城乡建设,２０２０(１１):７２Ｇ７４．[２]HU A N GJC,Z HA N G YJ,A R HO N D I T S I S G B,e ta l．T h em a g n i t u d ea n dd r i v e r so fh a r m f u l a l g a lb l o o m s i nC h i n a s l a k e sa n dr e s e r v o i r s:An a t i o n a lＧsc a l ec h a rＧa c t e r i z a t i o n[J]．W a t e rR e s e a r c 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微纳米气泡 膜法-概述说明以及解释
微纳米气泡膜法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述微纳米气泡膜法是一种新兴的研究领域，它将微纳米气泡的制备和表征与膜技术相结合，为科学家们提供了一种全新的途径来研究微纳米气泡的性质和应用。
微纳米气泡是直径在微米和纳米尺度范围内的气泡，具有许多独特的特点和潜在的应用价值。
膜法是一种基于膜材料的分离和传质技术，通过调控膜的特性，可以实现对微纳米气泡的控制和调节。
本文的主要目的是介绍微纳米气泡膜法的基本原理和应用领域。
首先，我们将对微纳米气泡的定义和特点进行阐述，探讨其在纳米科技和环境领域中的潜在应用。
然后，我们将重点介绍膜法在微纳米气泡研究中的应用，包括微纳米气泡的制备方法、表征技术以及在分离、传质和催化等方面的应用。
微纳米气泡膜法具有许多优势，包括操作简便、成本低廉、实验条件可控等特点。
通过膜法，研究人员可以更加准确地控制和调节微纳米气泡的大小、分布和稳定性，从而实现对其性质和功能的深入理解。
此外，微纳米气泡膜法还具有广泛的应用前景，例如在水处理、能源转换、生物医学等领域中的应用潜力巨大。
展望未来，随着研究的深入和技术的进步，微纳米气泡膜法有望在更多领域发挥重要作用。
我们相信，通过不断探索和创新，微纳米气泡膜法将为我们揭示微纳米尺度下气泡的奇妙世界，为解决实际问题提供新的思路和方法。
综上所述，本文将介绍微纳米气泡膜法的概念、原理、应用以及展望未来的发展方向。
通过对微纳米气泡膜法的深入研究，我们有望探索出更多新颖的应用和技术，为科学研究和工程应用提供新的突破和基础。
希望本文能够为读者提供有关微纳米气泡膜法的全面了解，并激发更多人对这一领域的兴趣和研究热情。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将分为三大部分进行探讨：引言、正文和结论。
引言部分将包括以下内容：- 1.1 概述：对微纳米气泡膜法的背景和相关研究进行简要介绍，引起读者对该领域的兴趣。
- 1.2 文章结构：介绍本文的组织结构和各部分的主要内容，方便读者全面了解论文的结构和内容。
微纳米气泡发生方法
微纳米气泡产生方式1、微纳米气泡产生方式：加压溶气法加压释气法是运用髙压使气体饱合地融解在水中，随后缓解压力使气体从水里释放出，产生10～100μm的微纳米气泡。
充压气浮装置设备关键由循环泵、工作压力溶汽罐和安全泄压阀构成，泵吸进的水与气体在充压溶汽罐内充足混和，饱合汽体最后根据缓解压力安全泄压阀释放出来气泡。
充压气浮装置释气水陆法会扩大气体的溶解性，造成气泡的总数多、粒度分布匀称，也是微纳米气泡发生装置应用数最多的方式，但其耗能很大。
2、微纳米气泡产生方式：电解法进行析出法电解法进行析出法一般选用铁或铝做为电级电解水，在电级表层造成直径为20μm的氢气和氧气。
为考虑在实际中的运用，从而衍化出好几个引流矩阵连接点电级构成的列阵式微电极，根据变小电级间隔、优化电级直徑、提升电级组总数等方法，在电流量平稳情况下，可产生非常高的对流传热速度和电解法高效率，从而造成大量微纳米气泡。
Sakai等用200μm的金属材料微化学纤维做成的纺织物型电级，在无需外界汽体提供的情况下到锂电池电解液中造成单脉冲微充放电，电解法获得了均值直徑为777nm的纳米气泡。
一般电解法进行析出法可精确操纵气泡的尺寸和总数，但其耗能高，产供气量相对性偏小，电级的成本费和维护保养及H2的排污，淤泥的很多造成等难题使其不宜大规模生产应用。
3、微纳米气泡产生方式：超音波法超音波法便是运用超音波空蚀基本原理，使水溶液在声波频率负压力相功效下造成空蚀气泡，那样原先融解的气泡便会以微纳米气泡方式进行析出。
Moussatov等运用頻率为20kHz的超音波发生器形成均值直徑为120μm的微纳米气泡。
但超音波空蚀法另外有着很大缺点，如不可以持续工作中、比较严重受制于水溶液中华有溶供气量、功能损耗较为大、高效率稍低、成本费较高，局限性了这类方式的应用推广。
微纳米曝气 参数
微纳米曝气参数
微纳米曝气装置的一些主要参数包括：
1. 工作压力：0.4～0.5 MPa。
2. 气泡发生量：16 L/m。
3. 设备功率：0.75 kW。
4. 气泡粒径：0.2～4 μm。
5. 气泡上升速度：4～8 mm/s。
6. 含气率：84%～90%。
7. 进气方式：负压进气。
此外，微纳米曝气产生的气泡具有一些独特的性质：
1. 产生的气泡直径小于3μm，包括微米级气泡和纳米级气泡，具有常规气泡所不具备的物理及化学性质。
2. 气泡直径小，上升速度慢，在水中停留时间长，停留时间是普通气泡的2000倍。
3. 气泡的比表面积大，溶氧能力高，是一般空气的20万倍。
4. 气泡释放到水体中，能达到迅速充氧的效果。
5. 可有效降低水体COD、BOD、氨氮、总氮等。
6. 可有效降解河道底泥，对水体进行修复。
请注意，这些参数和性质可能会因具体的设备和应用场景而有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择适当的微纳米曝气装置，并进行适当的调试和优化。
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该产品主要由发生器装置、微纳米曝气头装置、连接管件等部分组成。
通过泵力加压，由曝气头内部的曝气石高速旋转离心作用下，使内部形成负压区，空气通过进气口进入后，经过高速旋回切割成微纳米气泡，从而达到将气体快速、高效地溶入水中。
由于气泡细小，不受空气在水中溶解度的影响，同时也不受温度、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。
型号如下：
一、LJ-CWNM-1.1KW/10 处理水量：25m3/h 300m3 /天
二、LJ-CWNM-3KW/20 处理水量：75m3/h 900m3 /天
三、LJ-CWNM-5.5KW/30 处理水量：125m3/h 1350m3 /天
四、LJ-CWNM-7.5KW 处理水量：150m3/h 1550m3 /天
五、LJ-CWNM-11KW 处理水量：150m3/h 1750m3 /天
微纳米气泡特点：
（1）水中停留时间长一般的气泡在水中产生后，会很快上升到水面并破裂
消失，即存在时间短。
而微米气泡在水中由产生到最终破裂消失会有几十秒钟甚至达到几分钟。
有研究数据标明，直径为1mm的气泡在水中的上升速度为6m/min，而直径为10um的气泡在水中的上升速度为3mm/min。
可以看出，微米气泡在水中的上升速度非常缓慢，所以可在水中停留较长时间。
（2）带电性微米气泡表面带负电荷，而且相对于普通气泡，其所带负电荷比较高，一般30um以下的气泡的表面负荷在-40mV左右，这也是微米气泡能大量聚集在一起时间较长而不破裂的原因之一。
利用微米气泡的带负电性，可以吸附水中带正电的物质，对去除水中悬浮物或污染物的吸附和分离起到很好的效果。
（3）自我增压和溶解气泡内部的压力和表面张力有关，气泡的直径约小，内部压力越大。
由于微米气泡的直径很小，比表面积很大，所以它内部的压力要比外界液体的压力大很多，而正式由于由于微米气泡的这种内部增压和比表面积大的优势，它的气体溶解能力是毫米级气泡的几百倍之多。
因为溶解度与压力有很大关系，所以微米气泡内部压力增大到一定阙值时，会使界面达到过饱和状态，在将更多气泡内的气体溶解到水中的同时，自身也会慢慢溶解消失。
（4）收缩性微米气泡在水中产生后因为自身增压，会不断的收缩或膨胀，其直径是一直变化的。
据最新研究标明，20um~40um的气泡会以1.3um/s的速度搜索到8um左右，然后收缩速度会土壤急剧增加，此后可能进一步分裂成纳米级气泡或者完全溶解于水中。
（5）界面动电势高微米气泡的表面会吸附带电荷的离子如OH-，而在这OH-离子层周围，又会分布反电荷离子层如H+，这样微米气泡的表面就形成了双电层，双电层界面的电位又称为界面动电势，界面动电势的高低在很大程度上决定了微米气泡界面的吸附性能。
因为微米气泡的收
缩性，使得电荷离子在段时间内大量聚集在气泡的界面，一直到气泡完全破裂溶解之前，界面动电势一直都会增高，表现出对水中带电粒子的吸附性能越好。
（6）产生自由基离子一般来水，10um以下的微米气泡在不断收缩的情况下，双电层的电荷的密度会迅速增高，直到气泡破裂时，已经达到极高浓度的正负电荷瞬间放电将积蓄的能量释放，产生大量的自由基离子，如氧离子、氢离子、氢氧离子等。
而其中的羟基自由基具有很强的氧化作用，可以氧化分解一些难以降解的有机污染物，起到很好的净化水质的效果。
（7）氧传质效率高在曝气处理废水的过程中，氧的传质效率是影响废水处理效率的重要因素之一，而气泡直径的大小又是与曝气时的氧的传质效率密不可分。
由于微米气泡具有很大的比表面积，在水中能停留较长时间，加上自身的增压性，使得气液界面的传质效率能持续增强。
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