浅述纳米气泡原理及水处理应用
类别：水处理
关键词：纳米气泡，水处理，有机物去除
联合国将获得安全饮用水视为一项人权，城市和工业废水在进入水体前要求净化处理。这些保护案需要处理技术的支持，来去除自然产生的（例如砷、铬、氟、锰、放射性核素、盐、硒、天然有机物、藻类毒素）或人为产生的（例如硝酸盐、磷酸盐、溶剂、燃料添加剂、药物）的化学物质以及颗粒物（例如病毒、细菌、粘土）对河流、湖泊、海水、地下水的污染。这些技术适合于在复杂和不断发展的城市和农村水系统中的水处理或水再利用。现今，数以百计的水处理技术已经存在，并且在越来越复杂和不断发展的城市和农村供水系统中以多种形式配置使用。这些技术的关键过程包括颗粒聚集，消毒和化学氧化，吸附或生物转化。而纳米气泡的提出增加了改进现有技术并使新技术能够生产更少的副产品，让更健康的水处理得以实现。
纳米气泡原理
米气泡（Nanobubbles）是直径小于一微米的气泡（有时也被称为超微气泡 – ultrafine bubbles），它们表现出许多有趣的特性，例如停留时间长，传质效率高和比表面积大。高比表面还促进了气液界面中的物理吸附和化学反应。纳米气泡的崩溃会产生冲击波，从而促进羟基自由基（•OH）的形成。羟基自由基是一种高反应性氧化剂，会与有机物发生非特异性反应并分解。
同时，纳米气泡比起大气泡和微气泡，在水体中停留时间长（图1）。例如：氧气纳米气泡可以使空气中的氧气能充分溶解到水中，与微米气泡相比提高了100-500倍的溶氧率；臭氧纳米气泡在水中额外的停留时间，可以有效的进行反应和消毒，从而提高污染和病原体去除的效率。
在水处理应用中，它的范围及用途包括
水产养殖、河道治理（发臭水体）、景观湖、污水处理厂增氧、工业废水脱氨氮脱硫、生态恢复等等。可将水体变成有营养的富氧水（溶氧饱和的富氧净化水），富氧净化水可以消除腐败物，低成本去除COD、氨氮、硫化氢等臭味，迅速修复生物和生态系统。
部分针对的水体：
- 黑墨色或黑绿色污染水，天热时浮起一层绿膜，以双鞭子、裸藻门藻类为主，水中浮游植物较多；
- 红棕色污染水，即以裸甲藻、多甲藻类为主，在阳光照射下发红发臭；
- 蓝绿色污染水，即以颤藻、鱼腥藻、微蘘藻等蓝藻类为主，易产生毒性大的硫化氢，常积于池角、水呈蓝绿色，奇臭难闻，滋生蚊虫，严重污染环境。
本文的部分文字翻译、总结自学术期刊“Accounts of Chemical research”的文章《Nanobubble Technologies Offer Opportunities To Improve Water Treatment》。作者为Ariel J. Atkinson等。
原文链接https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.accounts.8b00606