臭氧微纳米气泡技术局限与特点
1.传统臭氧技术的局限性
1.1臭氧在水中溶解度低且分解速率快
臭氧是-种有特殊臭味的淡蓝色气体,在水中溶解度约是氧气的10倍。虽然臭氧在水中的溶解度比氧大,但实际使用时它的溶解度甚小。因为遵守亨利定律,臭氧溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量和分压极低,迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出,水中臭氧浓度不断降低。同时,臭氧稳定性差且分解速率快,在水中更易自行分解成氧气,从而降低其氧化能力。因此,臭氧技术在水处理的应用中，臭氧溶解度低与分解率快是亟需解决的问题之--。
1.2 臭氧曝气方式传质效率和氧化效率低
由于传统的臭氧曝气方式产生的气泡直径大、上升速度快破裂时间短,臭氧传质效率和氧化效率较低。为了提高臭氧在水中的停留时间，臭氧接触池的水深一般设置在4~6m,且停留时间--般超过10min,这使得臭氧处理工艺构筑物的投资成本较高。此外,臭氧对人体有- -定毒害作用,臭氧接触池中未被吸收利用而逸出的臭氧气体需处理后再排入大气中,导致了较高的臭氧氧化设备建设成本和运行成本”。同时，臭氧的制备成本较高,从而限制了臭氧技术在水处理领域的进一步推广应用。提高臭氧利用率是降低臭氧工艺构筑物和设备的建设及运行成本的有效途径,因此,亟需开发高效的臭氧曝气方式,强化臭氧传质效率,以实现臭氧氧化过程的效率提升和节能减耗。
1.3臭氧对有 机物的氧化具有选择性
臭氧氧化法虽然具有较强的脱色、灭菌消毒和去除有机污染物的能力,但是对COD和T0C不具备良好的去除效果,在经济投量和短接触时间条件下无法将水中的有机物完全矿化(有机物被转化成二氧化碳和水)。且该方法对有机物具有较强的选择性,单独臭氧一般对具有双键的不饱和脂肪烃和芳香烃类化合物具有较好的处理效果,但对环境类激素抗生素等微量难降解有机物处理效果存在局限性。同时，臭氧虽然能够氧化水中多种有机污染物,但在低剂量和短时间条.件下不能实现有机物的完全矿化,且绝大部分有机物以中间态产物存在于水中，这些分解生成的中间产物会阻碍臭氧的氧化进程。因此,在臭氧应用方面亟需解决臭氧氧化选择性问题,并改善臭氧氧化效率。
2 .微纳米气泡特性
微纳米气泡( micro-nano bubble) 是指介于微米气泡(直径为10~50 μm)和纳米气泡(直径小于200 nm)之间的气泡 ,与传统的大气泡(直径大于50 mm)和小气泡(直径小于5 mm)相比,具有许多独特优势,主要表现为以下几个方面。
(1)停留时间长:在气液传质过程中，由于微纳米气泡直径小，在液相中上升速度缓慢。研究发现，水中微纳米气泡上升的速度是普通气泡的1/2000,微纳米气泡在水中悬浮的时间为252 s58.22。
(2) 比表面积大:微纳米气泡直径小，比表面积大，可增加气液传质界面,有助于提高气液传质速率和效率3。
(3) 表面负电荷高,稳定性强:微纳米气泡在纯水中的ξ电位平均值约为-35 mV, 气泡不易合并、破裂,在水中更加稳定;同时,微纳米气泡的稳定性受溶液pH值影响,pH值越高稳定性越强。
(4)传质效率高:研究表明,气-液传质速率和效率与气泡直径成反比，微纳米气泡相对于普通气泡拥有更小的直径 ,在传质过程中比传统气泡具有明显优势。
(5)可产生自由基:微纳米气泡在水中破碎溶解的过程中有可能会激发羟基自由基的产生，从而强化处理效果。
3 .臭氧微纳米气泡技术特点
鉴于微纳米气泡特性，臭氧结合微纳米气泡技术可改善臭氧技术在水处理应用中存在的局限性。研究表明,微纳米气泡具有更高的溶氧传质效率,可大幅提高臭氧在水体内的气液传质速率以及浓度峰值(相同条件下微气泡臭氧传质系数为传统气泡的3.6倍),能够有效延长臭氧在水中的停留时间。同时，臭氧结合微纳米气泡能够激发生成大量的羟基自由基,可有效地增强臭氧的氧化能力,强化臭氧对难降解有机污染物的去除效果;并且还具有不产生二次污染、运行成本低操作管理简单等优点,在水处理领域具有广阔的应用前景。
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