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引言

納米氣泡是尺寸小于1μm的超細氣泡，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出獨特的特性，可以改善許多物理、化學和生物過程。

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動。相比普通氣泡，納米氣泡在水中的運動路徑更加曲折、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）傳質效率高

      納米氣泡周圍存在的氣液界面產生表面張力不斷壓縮氣泡，使氣泡直徑縮小，氣泡內部壓力增大，出現自增壓效應。隨著氣泡的壓力梯度增大，傳質速率加快。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，迅速提高了傳質速率。當水中溶解氣體達到過飽和狀態時，納米氣泡仍可以進行氣液傳質，因此可以達到很高的傳質效率。

      （4）強氧化性

      納米氣泡在水中持續收縮，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能瞬間釋放，激發產生大量具有超強氧化作用的自由基（如·OH），進而快速氧化降低水中有機污染物，達到對水質的凈化效果。

02納米氣泡的應用

      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、次鈉殺菌等預處理環節能夠去除部分有機物，但水中殘留的污染物，特別是親水性有機物的存在，仍能導致超濾膜污染。在超濾進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、細菌或病毒，同時增大水中的傳質速率，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化氧化劑，殺死病菌。當與陶瓷超濾膜結合使用時，可以有效去除水中的有機污染物，例如農藥殘留、染料和其他難降解物質。

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

      二、納米氣泡結合臭氧

      臭氧氧化是一種非常典型且常用的飲用水深度處理技術，常常與活性炭工藝聯合應用于傳統的混凝-沉淀-過濾工藝之后。但傳統工藝采用的大氣泡臭氧，因其在水中的傳質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合產生臭氧納米氣泡，結合兩者優點，克服傳統臭氧氣泡在水處理應用中的不足。

      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指標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土臭素（GSM）和2-甲基異莰醇（2-MIB）的去除率可達90%以上，在新污染物和微生物的去除上表現出高效節能的特點。

      ③臭氧納米氣泡消毒技術彌補了傳統曝氣方式下臭氧產生的氣泡大、溶解性差、傳質效率低等不足，結合其滅活速率高、徹底且無二次污染的優點，使臭氧納米氣泡消毒成為代替現有的二氧化氯、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、超濾等其他技術聯用，能夠充分發揮協同作用，提高體系中的臭氧利用率，從而更加快速、高效地實現對難降解有機污染物和微生物的去除。

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