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微納米氣泡 | 特性、水處理中使用、發生設備

發布時間:2021-10-13 瀏覽量:606

微納米氣泡 | 特性、水處理中使用、發生設備

原創研討背景 微納米氣泡發生裝置|微納米氣泡發上器|杭州微納米氣泡發上器|實驗室微納米氣泡發上器|大學實驗室微納米氣泡發上器|微納米氣泡發上器選型|微納米氣泡發上器實驗室專用

微米氣泡(microbubble)通常是指存在于水中直徑為10~50 μm的細小氣泡,直徑<200 nm的超細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),與傳統大氣泡( coarsebubble,直徑>50 mm) 和小氣泡(fine bubble,直徑<5 mm)比較,微納米氣泡直徑小,其傳質特性和界面性質均明顯不同于傳統大氣泡。


介紹了微納米氣泡的特性及其在水處理中的使用,并對水處理范疇中常見微納米氣泡發生設備及其機理加以論說和比較,終究對微納米氣泡及其發生設備的研討重點予以展望。


一  摘    要

微納米氣泡的呈現及其不同于一般氣泡的特點,使其在水處理等范疇顯現出優秀的技能優勢和使用遠景。介紹了微納米氣泡以及其比外表積大、逗留時刻長、本身增壓溶解、界面ζ 電位高、發生自由基、強化傳質功率等特點,論說了微納米氣泡在水體增氧、氣浮工藝、強化臭氧化、增強生物活性等環境污染操控范疇的使用研討。之后重點論述了微納米氣泡發生設備及其發生機理,提出開發結構簡單、能耗更低、功能更優的發生設備是微納米氣泡技能未來研討的重點。

二 微納米氣泡的根本特性

1.比外表積大 微納米氣泡發生裝置|微納米氣泡發上器|杭州微納米氣泡發上器|實驗室微納米氣泡發上器|大學實驗室微納米氣泡發上器|微納米氣泡發上器選型|微納米氣泡發上器實驗室專用

微納米氣泡擁有較大的比外表積,氣泡的比外表積可表示為S /V=3/r。在氣泡體積不變時,氣泡比外表積與氣泡半徑成反比,氣泡半徑為10 μm和1 mm的氣泡比較,在必定體積下前者的比外表積理論上是后者的100倍。

2.水中逗留時刻長

傳統充氧曝氣,氣泡直徑大,與水體觸摸外表積小,氣泡快速上升到水面并決裂消失,逗留時刻過短,溶氧效果差。而微納米氣泡在水中上升的速度較慢,從發生到決裂的進程通常達到幾十秒乃至幾分鐘。有研討標明,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1/2000。

3.本身增壓溶解

水中的氣泡四周存在氣液界面,氣液界面的存在使得氣泡遭到水的外表張力效果。關于具有球形界面的氣泡,外表張力能夠壓縮氣泡內的氣體,然后使氣體更易溶解到水中,壓力的上升會添加氣體的溶解度。跟著比外表積的添加,氣泡縮小的速度逐漸變快,終究徹底溶解。

Xu等實驗發現不同的發生方法和外表活性劑,微氣泡縮短的臨界直徑不同。外表活性劑為L-150A時,機械拌和法和超聲法發生氣泡的縮短直徑分別為100,50 μm;外表活性劑為1% SDS時,機械拌和法和超聲波法發生氣泡的縮短直徑分別為80,40 μm。

4.界面 ζ 電位高

微納米氣泡的外表電荷發生的電勢差常用 ζ 電位表示,ζ 電位是影響氣泡外表吸附功能的重要因素,其值的凹凸在很大程度上決議了微納米氣泡界面的吸附功能。Ushikubo 等研討發現,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。

5.發生自由基

微納米氣泡不需要外界刺激即可發生自由基。微米氣泡在縮短時,因為雙電層的電荷密度敏捷增高,氣泡決裂時,氣液界面消失的劇烈改變將界面上高濃度的正負離子積蓄的能量開釋,此時可激發發生很多的羥基自由基。羥基自由基具有超強氧化效果,可降解水中正常條件下難以降解的污染物如苯酚等。研討發現,pH值較低時有利于羥基自由基的生成,此外,微納米氣泡的氣體品種也會影響到氣泡決裂時自由基的生成量。

6.強化傳質功率

氣體的傳質速率很大程度上取決于氣液相的傳質面積,而氣液比外表積取決于截留在液體中的氣體體積以及氣泡直徑。氣液比外表積可表示為a=6H0/dB,氣體截留率H0越大,氣泡直徑dB越小,則氣液比外表積a值越大,因而氣泡直徑的大小直接影響氧的傳質功率。

三 微納米氣泡在水處理中的使用

1.微納米氣泡在水體增氧中的使用  微納米氣泡發生裝置|微納米氣泡發上器|杭州微納米氣泡發上器|實驗室微納米氣泡發上器|大學實驗室微納米氣泡發上器|微納米氣泡發上器選型|微納米氣泡發上器實驗室專用

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過程中敏捷耗費水體中的溶解氧(DO) ,導致含氧量敏捷下降,河流發黑發臭,生態體系遭到破壞。對水體進行曝氣復氧,不只可有用解決發黑發臭問題,而且不會發生二次污染。

洪濤等選用國產微米氣泡發生設備,調查其對黑臭河水的處理效果。相同曝氣強度下,微米氣泡可發生更高的DO,曝氣60 min時,DO可達9.87 mg/L,而一般曝氣在100 min時才達到6.54 mg/L。一起微米氣泡對COD、NH3-N、Geosmin 和2-MIB的最大去除率分別比一般曝氣高出12%、10%、16%、12%。靳明偉等使用日本的超微氣泡曝氣機進行實驗研討,發現該技能能夠很好地進步水中的DO并有用消解底泥有機物,削減底泥厚度,完成水體的修正。

2.微納米氣泡在氣浮工藝中的使用

氣浮工藝是指在水體中通入或發生很多的微細氣泡,使其黏附在雜質絮體上,依托浮力使其上浮在水面,然后完成固液的高效別離,微納米氣泡 ζ 電位高、與懸浮物的觸摸時刻較長使氣泡與懸浮物黏附功率進步,然后氣浮功率可大大增強。

微納米氣泡氣浮工藝能夠削減絮凝劑的投加量并能加速預處理的速率,比較傳統氣泡,微納米氣泡對COD、色度和油的去除功率進步,處理后廢水的可生化性進步至0.363。此外,使用微納米氣泡治理含藻污水,將藻類抓獲在氣泡外表,完成清水與藍藻的別離。

3.微納米氣泡在強化臭氧化中的使用

臭氧是一種強氧化劑,被廣泛用于水體中無機和有機化合物的去除,改善飲用水的口感和色度。研討發現,臭氧微納米氣泡卻能有用地分化一些難分化的有機物,微氣泡決裂瞬間可激發發生很多羥基自由基,增強對污染物的分化效果。對比傳統的臭氧氣泡觸摸工藝,微氣泡臭氧化可明顯增強臭氧的使用率、進步污泥的溶解率。微氣泡體系中臭氧的使用率大于99%。

4.微納米氣泡在增強生物活性中的使用

研討發現微納米氣泡對動植物有促進生物活性的效果,并非只是DO添加的成果。

五 微納米氣泡發生設備 微納米氣泡發生裝置|微納米氣泡發上器|杭州微納米氣泡發上器|實驗室微納米氣泡發上器|大學實驗室微納米氣泡發上器|微納米氣泡發上器選型|微納米氣泡發上器實驗室專用

根據微納米氣泡發生的不同機制可將現有的微納米氣泡發生方式分為分散空氣法、溶氣釋氣法、超聲空化法、電解法、化學法等。超聲空化法是使用超聲波引起的壓力改變使液體內部發生空化,然后發生微納米氣泡。化學規律是投加化學藥品,使用其化學反應生成微納米氣泡。電解法使用水或其他物質電解發生微納米氣泡。上述3種方法一般適用于所需氣泡的數量較少、尺度精度要求較高的范疇,如高精度傳遞、船舶減阻等。在對氣泡需求量較大且直徑規模要求不高的水處理使用中溶氣釋氣法和分散空氣規律最為常用,詳見表1。

表1 常用微納米氣泡發生設備及其優缺點比較

傳統溶氣釋氣法雖被廣泛使用于氣浮技能中,但仍存在必定缺乏,如動力使用不合理,發生微氣泡不連續且功率較低。該方法主要有以下兩方面的演進:

1)在保留原有先加壓溶氣后減壓釋氣的理念,進步氣液兩相氣壓差和降低氣液兩

相界面張力。

2)舍棄原有先溶氣后釋氣的理念,而是直接采納葉輪組件直接散氣發生微氣泡,或壓力溶氣技能與葉輪散氣技能相結合,這一理念促使了微納米氣泡泵的呈現。

分散空氣法可很多且高效地發生氣泡,氣泡直徑規模縮小到5 nm~20 μm。近年來,一種選用SPG膜作為氣-液分散介質的微納米氣泡發生方法得到重視。

五 結束語

1) 微納米氣泡所表現出的特性遠遠超出了人們對傳統氣泡的知道,對氣泡的使用不再僅限制在減小氣泡直徑來添加溶氧功率,而是更廣泛地探究微納米氣泡更多的潛在特性,如強化臭氧化,促進生物活性等,強調微納米氣泡設備與其他技能聯用,使得微納米氣泡在水處理范疇的使用遠景更加廣闊。

2) 現有微納米氣泡發生設備的作業原理不同,使用時對設備選擇要有針對性,過流斷面漸縮突擴的微納米氣泡發生設備,充氧量調節起伏不大,水量水質改變起伏較大時不宜選用,而在既需進步DO又需對水體進行混合拌和的范疇具有較大優勢。

3) 關于微納米氣泡發生設備,其功能仍需優化,流體數值核算模仿能夠調查活動的纖細結構以及發展過程,可進一步進步對微納米氣泡發生機理的知道,有利于提出高效最優的計劃,所以需加強對微納米氣泡發生設備的數值核算模仿。

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