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引言

納米氣泡是尺寸小于1μm的超細(xì)氣泡，比沙粒小 5000 倍，比普通氣泡小約100萬倍，肉眼幾乎看不見。由于其微觀尺寸，納米氣泡在水中表現(xiàn)出獨特的特性，可以改善許多物理、化學(xué)和生物過程。

01納米氣泡的特性

      （1）水中停留時間長

      納米氣泡體積非常小，浮力幾乎可以忽略不計，它在水中遵循布朗運(yùn)動。相比普通氣泡，納米氣泡在水中的運(yùn)動路徑更加曲折、上升路徑更長，因此可以長時間在水中停留且不易上浮。

      （2）電位高

      納米氣泡表面吸附著帶負(fù)電荷的離子，在這些離子周圍又分布著帶正電荷的離子層，由此形成了雙電層。雙電層之間的電勢差用氣泡界面ζ電位表示，氣泡體積越小，雙電層中積聚的電荷離子越多，ζ電位就越高，氣泡的吸附性能也就越好。納米氣泡表面ζ電位值可達(dá)到-40mV~-100mV，對脂肪、油、油脂、膠體和固體等水污染物具有很好的吸附能力。

      （3）傳質(zhì)效率高

      納米氣泡周圍存在的氣液界面產(chǎn)生表面張力不斷壓縮氣泡，使氣泡直徑縮小，氣泡內(nèi)部壓力增大，出現(xiàn)自增壓效應(yīng)。隨著氣泡的壓力梯度增大，傳質(zhì)速率加快。同時氣泡體積不斷縮小，比表面積越來越大，直到氣泡界面破裂消失。比表面積的不斷增大使得氣液傳輸界面增大，迅速提高了傳質(zhì)速率。當(dāng)水中溶解氣體達(dá)到過飽和狀態(tài)時，納米氣泡仍可以進(jìn)行氣液傳質(zhì)，因此可以達(dá)到很高的傳質(zhì)效率。

      （4）強(qiáng)氧化性

      納米氣泡在水中持續(xù)收縮，雙電層中積累的電荷密度會不斷增加，直至氣泡臨近破裂。這些極高濃度的電荷離子在氣泡破裂時將積聚的化學(xué)能瞬間釋放，激發(fā)產(chǎn)生大量具有超強(qiáng)氧化作用的自由基（如·OH），進(jìn)而快速氧化降低水中有機(jī)污染物，達(dá)到對水質(zhì)的凈化效果。

02納米氣泡的應(yīng)用

      一、納米氣泡耦合陶瓷膜超濾

      在以超濾為核心的第三代飲用水處理工藝中，雖然增加PAC微絮凝、次鈉殺菌等預(yù)處理環(huán)節(jié)能夠去除部分有機(jī)物，但水中殘留的污染物，特別是親水性有機(jī)物的存在，仍能導(dǎo)致超濾膜污染。在超濾進(jìn)水中增加綠色無污染的納米氣泡，可以極大程度地緩解膜污染，提高過濾效率。主要表現(xiàn)在：

      ①增加過濾性能，改善膜過濾效率。納米氣泡可以吸附水中微小顆粒、細(xì)菌或病毒，同時增大水中的傳質(zhì)速率，因此它們能夠提高絮凝效果使得更多污染物被吸附并隨后被陶瓷膜截留。

      ②納米氣泡的微小尺寸和高能量狀態(tài)有助于破壞膜表面的污染層，減少膜污染，延長膜的使用壽命。它們可以通過產(chǎn)生微小的湍流來幫助松動并移除附著在膜表面的污染物。

      ③使用氧氣或臭氧等氣體生成納米氣泡時，這些氣泡可以作為強(qiáng)化氧化劑，殺死病菌。當(dāng)與陶瓷超濾膜結(jié)合使用時，可以有效去除水中的有機(jī)污染物，例如農(nóng)藥殘留、染料和其他難降解物質(zhì)。

      ④納米氣泡可以降低水的粘度，從而提高膜的通量，降低超濾產(chǎn)水處理過程中的能耗，比如減少泵送壓力或提高傳質(zhì)效率，從而節(jié)省電力。

      二、納米氣泡結(jié)合臭氧

      臭氧氧化是一種非常典型且常用的飲用水深度處理技術(shù)，常常與活性炭工藝聯(lián)合應(yīng)用于傳統(tǒng)的混凝-沉淀-過濾工藝之后。但傳統(tǒng)工藝采用的大氣泡臭氧，因其在水中的傳質(zhì)效率一般且氧化不徹底，不僅耗能多，而且易分解為氧氣、利用度低。將納米氣泡與臭氧結(jié)合產(chǎn)生臭氧納米氣泡，結(jié)合兩者優(yōu)點，克服傳統(tǒng)臭氧氣泡在水處理應(yīng)用中的不足。

      ①臭氧納米氣泡對于UV254、氨、DOC、臭和味、三鹵甲烷、重金屬離子（鐵、錳等）、新污染物以及微生物等重要水質(zhì)指標(biāo)都具有良好的去除效能。

      ②臭氧納米氣泡對于典型臭味物質(zhì)土臭素（GSM）和2-甲基異莰醇（2-MIB）的去除率可達(dá)90%以上，在新污染物和微生物的去除上表現(xiàn)出高效節(jié)能的特點。

      ③臭氧納米氣泡消毒技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)曝氣方式下臭氧產(chǎn)生的氣泡大、溶解性差、傳質(zhì)效率低等不足，結(jié)合其滅活速率高、徹底且無二次污染的優(yōu)點，使臭氧納米氣泡消毒成為代替現(xiàn)有的二氧化氯、漂白粉、紫外線消毒的極佳選擇。

      ④臭氧納米氣泡與紫外、活性炭、超濾等其他技術(shù)聯(lián)用，能夠充分發(fā)揮協(xié)同作用，提高體系中的臭氧利用率，從而更加快速、高效地實現(xiàn)對難降解有機(jī)污染物和微生物的去除。

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