臭氧微納米氣泡技術局限與特點
1.傳統(tǒng)臭氧技術的局限性
1.1臭氧在水中溶解度低且分解速率快
臭氧是-種有特殊臭味的淡藍色氣體,在水中溶解度約是氧氣的10倍。雖然臭氧在水中的溶解度比氧大,但實際使用時它的溶解度甚小。因為遵守亨利定律,臭氧溶解度與體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量和分壓極低,迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出,水中臭氧濃度不斷降低。同時,臭氧穩(wěn)定性差且分解速率快,在水中更易自行分解成氧氣,從而降低其氧化能力。因此,臭氧技術在水處理的應用中，臭氧溶解度低與分解率快是亟需解決的問題之--。
1.2 臭氧曝氣方式傳質(zhì)效率和氧化效率低
由于傳統(tǒng)的臭氧曝氣方式產(chǎn)生的氣泡直徑大、上升速度快破裂時間短,臭氧傳質(zhì)效率和氧化效率較低。為了提高臭氧在水中的停留時間，臭氧接觸池的水深一般設置在4~6m,且停留時間--般超過10min,這使得臭氧處理工藝構筑物的投資成本較高。此外,臭氧對人體有- -定毒害作用,臭氧接觸池中未被吸收利用而逸出的臭氧氣體需處理后再排入大氣中,導致了較高的臭氧氧化設備建設成本和運行成本”。同時，臭氧的制備成本較高,從而限制了臭氧技術在水處理領域的進一步推廣應用。提高臭氧利用率是降低臭氧工藝構筑物和設備的建設及運行成本的有效途徑,因此,亟需開發(fā)高效的臭氧曝氣方式,強化臭氧傳質(zhì)效率,以實現(xiàn)臭氧氧化過程的效率提升和節(jié)能減耗。
1.3臭氧對有 機物的氧化具有選擇性
臭氧氧化法雖然具有較強的脫色、滅菌消毒和去除有機污染物的能力,但是對COD和T0C不具備良好的去除效果,在經(jīng)濟投量和短接觸時間條件下無法將水中的有機物完全礦化(有機物被轉化成二氧化碳和水)。且該方法對有機物具有較強的選擇性,單獨臭氧一般對具有雙鍵的不飽和脂肪烴和芳香烴類化合物具有較好的處理效果,但對環(huán)境類激素抗生素等微量難降解有機物處理效果存在局限性。同時，臭氧雖然能夠氧化水中多種有機污染物,但在低劑量和短時間條.件下不能實現(xiàn)有機物的完全礦化,且絕大部分有機物以中間態(tài)產(chǎn)物存在于水中，這些分解生成的中間產(chǎn)物會阻礙臭氧的氧化進程。因此,在臭氧應用方面亟需解決臭氧氧化選擇性問題,并改善臭氧氧化效率。
2 .微納米氣泡特性
微納米氣泡( micro-nano bubble) 是指介于微米氣泡(直徑為10~50 μm)和納米氣泡(直徑小于200 nm)之間的氣泡 ,與傳統(tǒng)的大氣泡(直徑大于50 mm)和小氣泡(直徑小于5 mm)相比,具有許多獨特優(yōu)勢,主要表現(xiàn)為以下幾個方面。
(1)停留時間長:在氣液傳質(zhì)過程中，由于微納米氣泡直徑小，在液相中上升速度緩慢。研究發(fā)現(xiàn)，水中微納米氣泡上升的速度是普通氣泡的1/2000,微納米氣泡在水中懸浮的時間為252 s58.22。
(2) 比表面積大:微納米氣泡直徑小，比表面積大，可增加氣液傳質(zhì)界面,有助于提高氣液傳質(zhì)速率和效率3。
(3) 表面負電荷高,穩(wěn)定性強:微納米氣泡在純水中的ξ電位平均值約為-35 mV, 氣泡不易合并、破裂,在水中更加穩(wěn)定;同時,微納米氣泡的穩(wěn)定性受溶液pH值影響,pH值越高穩(wěn)定性越強。
(4)傳質(zhì)效率高:研究表明,氣-液傳質(zhì)速率和效率與氣泡直徑成反比，微納米氣泡相對于普通氣泡擁有更小的直徑 ,在傳質(zhì)過程中比傳統(tǒng)氣泡具有明顯優(yōu)勢。
(5)可產(chǎn)生自由基:微納米氣泡在水中破碎溶解的過程中有可能會激發(fā)羥基自由基的產(chǎn)生，從而強化處理效果。
3 .臭氧微納米氣泡技術特點
鑒于微納米氣泡特性，臭氧結合微納米氣泡技術可改善臭氧技術在水處理應用中存在的局限性。研究表明,微納米氣泡具有更高的溶氧傳質(zhì)效率,可大幅提高臭氧在水體內(nèi)的氣液傳質(zhì)速率以及濃度峰值(相同條件下微氣泡臭氧傳質(zhì)系數(shù)為傳統(tǒng)氣泡的3.6倍),能夠有效延長臭氧在水中的停留時間。同時，臭氧結合微納米氣泡能夠激發(fā)生成大量的羥基自由基,可有效地增強臭氧的氧化能力,強化臭氧對難降解有機污染物的去除效果;并且還具有不產(chǎn)生二次污染、運行成本低操作管理簡單等優(yōu)點,在水處理領域具有廣闊的應用前景。
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