微纳米气泡发生机理及其应用研究进展

王永磊，王文浩，代莎莎，徐学信，薛舜，许斐，贾钧淇

（1.山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东 济南250101；2.山东省日照职业技术学院，山东 日照276800）

微纳米气泡发生机理及其应用研究进展

王永磊1，王文浩1，代莎莎2，徐学信1，薛舜1，许斐1，贾钧淇1

（1.山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东 济南250101；2.山东省日照职业技术学院，山东 日照276800）

相比于传统处理技术，微纳米气泡在污废水处理、地下水水土环境修复等环境污染控制领域表现出了良好的技术优势及应用前景，开展微纳米气泡在各领域的应用进展研究，对于其今后的研究发展具有积极的意义。文章围绕停留时间、气液传质率、界面电位、产生自由基、比表面积等方面，阐述了微纳米气泡与普通气泡所不同的特性，综述了加压溶气释气法、分散空气法、电解法、气浮泵产气法等微纳米气泡不同发生方法的技术机理及相关设备研究现状，概述了微纳米气泡在水体增氧、强化臭氧化、气浮、强化生物活性等水处理领域及灌溉水源处理、促进作物生长等种植业领域的应用现状、存在问题以及前景，并对微纳米气泡的发展应用进行了展望。

微纳米气泡；发生机理；水处理；增氧

0 引言

半径在0.05～25μm范围内的微小气泡称为微纳米气泡［1］。微纳米气泡相较于普通气泡，拥有存在时间长、气液传质率高、界面点位高、能自发产生自由基等特点，同时也具有一些独特的化学特性［1］。对于微纳米气泡的研究始于19世纪，当时人们的研究重点是毫米级气泡。20世纪50年代，人们开始开展对液滴以及气泡的相关研究［1］。而对于微纳米气泡的应用情况，最早可以追溯至20世纪90年代，由日本科学家最先研究制造出气泡的发生装置，并且应用于水产养殖方面。随着对微纳米气泡研究的深入，发现其在生物科学、流体动力学等多个应用领域中都有着较为深远的影响［2-3］。

目前，微纳米气泡由于其独有的特性而被广泛地应用于水处理、生物制药、水体增氧、气浮净水等领域，且逐渐在污废水处理、地下水水土环境修复等环境污染控制领域中展现出了一定的技术优势以及较为良好的应用前景，同时在土壤消毒、营养液增氧消毒等农业领域中也展现出了较为良好的应用前景［4-5］。诸如微纳米气泡能增强生物活性、加快微生物对污泥的净化速率、有效改善地下水水况等，相比于传统处理技术有着明显的技术优势。但目前对于微纳米气泡的应用研究较为单一且分散，所以对近年微纳米气泡在水处理及种植等领域中的应用情况进行梳理总结，对今后微纳米气泡的应用研究具有一定的积极意义。文章概述了微纳米气泡的界面点位高、存在时间长、传质效率高等优良特性以及其在水处理以及种植业应用领域中的应用现状，并且综述了微纳米气泡的发生机理及相关发生装置的研究现状及进展。对微纳米气泡未来的发展进行了展望。

1 微纳米气泡的特性

微纳米气泡因为自身尺寸小的特点，能够显示出许多与普通气泡所不同的特性，如传质效率高、存在时间长、能自发生成大量自由基、自身增压溶解等。

1.1 存在时间长

根据浮力原理可知，在液体中，气泡的体积越大，相应所受到的浮力就越大；气泡的直径增加，所受到的浮力也随之增加，上升速度也随之加快［6］。微纳米气泡由于自身体积小，在水中所受到的浮力要远远小于普通气泡在水中所受到的浮力，所以微纳米气泡的上浮速度缓慢，在水中停留的时间更长［7-8］，如半径约为5μm的气泡在水中的上升速度为3 mm／min，而半径为0.5 mm的气泡在水中的上升速度能达到6 m／min，由此可知，水中微纳米气泡上升的速度是普通气泡的1／2000。潘习习等利用多次测量计算平均值的方式进行相关实验，结果发现微纳米气泡在水中悬浮的时间为252 s［9］。

1.2 气液的传质率高

液体中气体的体积和直径共同决定了气液的比表面积，气液的比表面积又决定了气体的传质效率。通过气液界面的表面张力理论能够发现，当气泡的直径变小时，其表面张力对其的影响将会变得越明显。微纳米气泡相对于普通气泡拥有更小的直径，因此它受到其表面张力的影响更大并且在促使其收缩，同时逐渐增大气泡的内部压力。当微纳米气泡的收缩达到某一极限值时，气泡内部的气压将会趋于无限大，这种自增压效应会使微纳米气泡溶于水或者在水面处破裂消失［10］。通过上述过程，可以使得水中的气体溶解率达到一种过饱和的状态，实现了气液传质，同时产生较好的传质效率。

1.3 界面电位高

微纳米气泡的界面电位所代表的是气泡表面双电层产生的电势差，电位值的高低能够对气泡表面的吸附性能产生一定的影响［11-12］。当微纳米气泡在水中发生收缩时，存在于气泡表面上的电荷离子，浓度将会迅速富集，使得微纳米气泡的界面电位迅速升高；微纳米气泡破裂之前，在其界面位置会产生很高的界面电位。Ushikubo等的研究显示，空气微纳米气泡ζ电位值的范围通常为-20～-17 mV，而氧气微纳米气泡ζ电位值的范围通常为-45～-34 mV［13］。

1.4 生成自由基

微纳米气泡能够自发生成自由基。在微纳米气泡收缩并发生破裂时，气液界面的消失会引发剧烈变化，这种剧烈变化能够释放出界面上由高浓度正负离子所积累的能量，从而生成大量的羟基自由基。另外，所产生自由基的数目在一定程度上也会受到微纳米气泡气体种类的影响［14-15］。羟基自由基拥有很强的氧化还原电位，其所表现出来的强氧化作用可以降解水中诸如苯酚等在正常情况下难以被氧化分解的污染物，这对水质起到了良好的净化作用。另外，承载气体采用臭氧能够更加容易地激发生成大量的羟基自由基，将微纳米气泡技术与臭氧联用，可以在很短的时间内将聚乙烯醇等多种不能被臭氧单独氧化分解的有机物有效地转化成无机物。

1.5 比表面积大

微纳米气泡的比表面积相对较大。通过S／V＝3／r可知，当微纳米气泡保持体积V一定时，气泡的比表面积S与气泡的半径r成反比。比较半径为1 mm和10μm的气泡，发现当二者体积一定时，后者的比表面积在理论上是前者的100倍［16］。

2 微纳米气泡发生方法的技术机理

按照微纳米气泡发生机理的差异，微纳米气泡的发生方法主要可分为加压溶气释气法、分散空气法、电解法、气浮泵产气法等。

2.1 加压溶气释气法

加压溶气释气法的主要原理是进行气体压力的改变，采用加压和骤然减压的方式来调节液体中气体的溶解度，从而实现气体的溶解与释放。这种方法广泛地应用在气浮技术中，然而目前仍然存在着一些缺陷，如溶气、释气过程不连续以及微纳米气泡发生效率低等。Féris等发现在Fe（OH）3絮体去除率和水力负荷一致的情况下，加入表面活性剂能够显著降低溶气罐的操作压力，降低量约为33%［17］。时玉龙等提出了在能源利用上更为合理的叶轮散气和气浮泵产气方式，以解决传统加压溶气设备溶气释气不连续等缺陷［18］。现今，对于加压溶气释气装置的相关研究着重于如何降低成本、提升溶气罐的效率、简化操作等方面。

2.2 分散空气法

分散空气法的主要原理是利用水力剪切、高速旋流等方式形成剪切力，并制造出一种极端条件，将空气进行反复剪切破碎，使之与水混合从而生成大量的微纳米气泡［19］。

金强等在高速旋流原理的基础上，对微纳米装置进行设计优化，能够高效地生成大量微纳米气泡［20］。过流断面的渐缩突扩使得气液混合体反复的经过收缩、扩散、反流、撞击、挤压、旋流等多种作用，最后生成微纳米气泡。卡门涡街、多次穿孔、文丘里管等多种微纳米气泡发生装置都是利用上述机理。微多孔结构方面，Fujikawa等利用旋转扩散板，通过改变其转速及微孔进气量的方式，在增强微孔对气泡剪切效果的同时达到控制气泡数目及尺寸的目的［21］。徐振华等研制了一种通过空气压缩机将气体从金属管壁上的微孔压出，从而产生微气泡的金属微孔管装置，其相比于旋转扩散板装置更为简单［22］。

机械剪切设备主要是利用了叶轮高速旋转所形成的剪切作用，把液体中大尺寸的气泡剪切成微纳米气泡。具有代表性的一种引气装置是由美国HydroCal环保公司在1985年发明的。该引气装置的底部设置有叶轮，叶轮的高速旋转能够在水中产生一个真空区，液面上的空气经由曝气机进入水中并被叶轮粉碎，从而生成微气泡。利用这种方式所生成的微气泡数目虽较多，但是气泡的尺寸不均匀且可控性较差，而且能耗相对较大。

射流装置的运行原理主要是通过空气压缩机产生出气液混合的高速射流，并利用气液间的乱流紊动作用以生成微纳米气泡［23］。自吸式射流析出气泡装置主要由吸气室、喷嘴、扩散管以及混合管等4部分构成，其工作过程为液体经由喷嘴射入吸气室，同时在吸气室位置处形成负压，液体汇集吸入的气体一同进入到混合管；液滴在混合管内做高速运动并与气体发生相互碰撞，致使气体加速、分散；进入到扩散管段后，流速逐渐减缓，压力相应增加，气体经过压缩并形成微气泡，最终气液两相以泡沫流的形式流出。这种设备的优点是所生成的气泡尺寸较小，但是相应的对于装置流道的设计以及制造方面的要求较高。

2.3 电解法

电解法的主要原理是利用电极电解水的方式，在正负极板上生成微纳米气泡。运用此方法所生成的微纳米气泡，其直径通常在20～60μm左右，尺寸的可控性较好，但相应的有能耗较大、气泡产量较少等缺点。目前，在诸多实际应用过程中，对于电解装置的要求均较为严格，如船舶的减阻装置需要生成大面积的微气泡用以包裹船底表面的，由此产生了采用阵列式微电极、矩形节点电极等的多种新型装置。Xie等利用高度抛光金属球表面的纳米级微凸起作用电极，在甘油与水的混合液中进行电解，从而得到了大量的平均尺寸为6μm的微纳米气泡［24］。Sakai等采用220μm的金属微纤维编织而成的金属网作为电极，在水中进行电解并生成大量直径约为77 nm的微纳米气泡［25］。

2.4 气浮泵产气法

气浮泵的主要原理是将叶轮散气技术和压力溶气技术结合使用，利用高速旋转的叶轮，在进气口位置产生负压并吸入空气，利用泵腔内剧烈的湍流以及高压的环境，使空气能够迅速地溶于水中，另外部分被吸入的空气在高速旋转叶轮的剪切作用下，生成微气泡［26］。气浮泵与传统的叶轮气浮技术相对比，前者的气泡发生率要更高一些，同时所生成气泡的尺寸也会更小一些。通过上述理论可知，将几种不同的气泡发生机制结合使用，能够有效地增强装置所生成气泡的质量以及装置的气泡发生率。目前，气浮泵多被用于试验研究以及工程实践。杨勇等对旋喷泵进行了设计优化，同时将其应用到气浮设备中，在工作压力为0.48 MPa、吸气量为9%的工况前提下，生成的微气泡中直径＜80μm的气泡占到了90%［27］。袁鹏等利用气浮泵作为微气泡发生装置，并对新型竖流气浮反应器设计开展了试验研究，在吸气量为8%、气浮泵工作压力为0.4～0.45 MPa的工况前提下，所生成微气泡的平均半径为25μm左右，这种设备对于机械加工废水以及乳品废水中化学需氧量COD的去除率分别大于75%和50%，对于油类物质及固体悬浮物浓度SS的去除率则分别大于80%和85%［26］。

除上述的几种方法以外，微纳米气泡的发生机理还包括高温、化学反应、超声波、微管道等多种技术方法。超声波技术是通过超声空化作用使液体产生负压，将原本溶于液体中的气体以微纳米气泡的形态释放，另外还能够实现对气泡破灭的控制，其在气泡精密控制的应用方面显示出了较好的前景。某些化学物质通过相互作用也能够生成微纳米气泡，Betteridge等采用水和金属钠进行实验，期间利用检测气泡破裂声音频率的方式，得出所生成气泡的尺寸为微米级，但是这类利用化学物质之间的相互反应生成微纳米气泡的装置，其制造成本太高且在使用时容易造成水体的二次污染，所以应用范围有局限性［28］。

3 微纳米气泡的应用

3.1 微纳米气泡在水处理方面的应用

微纳米气泡具有许多优于普通气泡的特性，以其优秀的增氧能力、良好的气浮效果和强氧化性广泛地应用于水处理工艺中，并在应用过程中表现出占地小、投资小、操作简便、无污染等优势。在水处理领域中，微纳米气泡用于处理水中的有机物、氮磷以及有毒有害物质等，进而有效地改善水体水质。

3.1.1 在水体增氧方面的应用

河流湖泊周边的企业等在生产过程中会将未处理达标的废水排放至水体中，这些废水中的污染物会被水体中的微生物分解利用，这个过程中微生物会利用并消耗水体中溶解的氧气，这将致使水体中的溶解氧含量迅速降低，大大增加了河水发臭发黑等问题发生的概率，严重的影响了生态环境的稳定性。为解决水体黑臭问题并减少二次污染，需要对水体的溶解氧含量进行补充。洪涛等利用国产的微纳米气泡发生装置，分别利用微纳米曝气与普通曝气两种方式，对黑臭河水进行处理并把最终的实验结果进行分析比较［29］。结果显示，在同样的曝气强度下，利用微纳米气泡进行曝气后所达到的溶解氧总量相比于普通气泡的要高出很多。微纳米气泡进行曝气60 min时，溶解氧含量达到了9.87 mg／L，而普通气泡曝气在100 min时所达到的溶解氧含量仅仅为6.54 mg／L。同时，微米气泡对2-甲基异莰醇2-MIB、土溴素Geosmin、氨氮NH3-N和化学需氧量COD的最大去除率分别比普通气泡曝气高出了12%、16%、10%、12% 。

3.1.2 在强化臭氧化方面的应用

臭氧作为一种优良的强氧化剂，目前在水体有机以及无机化合物质的去除方面有着广泛的应用，能够达到改善饮用水的口感及色度的目的。但是臭氧的强氧化性对于某些有机物质仍然无法起到氧化分解或彻底分解的效果。通过研究可知，采用臭氧微纳米气泡能够有效地分解掉这类稳定的有机物。微纳米气泡在破裂的瞬间能够生成大量的羟基自由基，从而有效地强化了对污染物的分解作用。目前在难降解工业废水以及污泥的处理方面，微纳米气泡也已经展现出了潜在的应用前景。Chu等基于微纳米气泡臭氧化工艺，对其污泥减量化的效果进行了相关的研究，同时与传统的臭氧气泡工艺进行比较，结果显示微纳米气泡臭氧化工艺能够显著增强臭氧的利用率，极大地提升了污泥的溶解率［30］。Chu等还分别设计开展了普通气泡以及臭氧微气泡处理模拟印染废水的试验，并对其最终结果做了分析对比［31］，结果显示相比于普通气泡工艺，采用臭氧微气泡工艺利用1 g臭氧所消除的总有机碳TOC的量是前者的1.3倍，所产生自由基的数目也相对较多，其处理效果相比前者有着明显的优势。Liu等设计进行了微纳米气泡处理焦化废水的试验，结果表明：在去除吡啶方面，臭氧微气泡工艺的去除效率为纯氧微气泡工艺的1.7倍，是普通微气泡工艺的4.5倍［32］。在去除苯方面，臭氧微气泡工艺的去除效率分别是纯氧微气泡工艺及普通微气泡工艺的1.5和3.6倍。而且，臭氧微气泡工艺所生成的羟基自由基的数目也是三者中最多的。微纳米气泡与臭氧相结合，能够激发微纳米气泡生成更多的羟基自由基，进而增强臭氧的氧化能力，对难降解的有机物进行强化分解，能够有效地降低废水的色度以及COD，并能有效提升废水的可生化性，为后续的生物处理工艺减轻负荷，拥有不产生二次污染、运行成本低、操作管理简单等优点。

3.1.3 在气浮方面的应用

气浮法是一种高效的固液分离技术，最初应用于选矿，自20世纪70年代开始，气浮在水处理方面有了迅速的发展。目前已广泛地应用在微污染水体、工业废水以及城市污水的处理领域中［33-34］。气浮工艺的主要原理是：向水体中通以大量的微细气泡，使其和杂质絮体相黏附，利用浮力作用将生成的泡絮体转移至水面，进而将固液进行高效的分离。微纳米气泡的ζ电位高、在水中停留时间长以及比表面积大等特点延长了气泡与悬浮物的接触时间，同时提高了气泡与悬浮物的黏附效率；在废水的预处理中将混凝工艺和微纳米气泡技术联合使用，展现出了对油类以及悬浮物高效的去除率及优良的吸附效果。Liu等分别利用传统气泡气浮技术以及微纳米气泡工艺，设计并进行了印染废水的处理试验，就其最终结果进行了分析，微纳米气泡气浮工艺可以提高预处理的速率，同时也有效地降低了絮凝剂的投加量；在油、COD以及色度的去除率方面相比于传统气泡气浮工艺分别高出40%、30%以及110%，同时能够把废水的可生化性由原来的0.290提高到0.363［35］。目前，部分研究人员提议把微纳米气泡用于含藻污水的处理，从而实现藻类与水体的分离。Deng等把T形管油水分离技术和微纳米气泡气浮技术进行结合使用，结果显示，微气泡气浮技术在实验中展现出了分离效率高、运行费用低、分离时间短等优点［36］。汪群慧等对某餐饮的含油废水设计进行了相关处理试验，结果表明：在相近或相同的条件下，利用新型微纳米气泡气浮工艺对COD和油的去除效率都要优于普通气泡气浮工艺［37］。所以，依靠微纳米气泡吸附性能好、界面电位高的优点，把微纳米气泡技术应用在废水的预处理中，对NH3-N、总磷TP、COD都有着良好的去除效果。

3.1.4 在增强生物活性方面的应用

目前，微纳米气泡在动植物的生物活性方面起到了一定的促进作用。等量溶解氧含量的情况下，放置于添加了微纳米气泡的溶液中生长的生菜，与放置于普通溶液中生长的生菜相比较，前者表现出了较快的生长速度，由此可知微纳米气泡能够对细胞的生理活动产生一定积极的影响。Okamoto等将微纳米气泡技术用在海底污泥净化领域，通过其可以有效促进细菌生物活性的特性，使得细菌生物对污泥中污染物的降解速率有所提高［38］。微纳米气泡一方面增强了微生物净化污泥的效果，另一方面也减少了对污泥的净化时间。近年，微纳米气泡技术逐渐开始应用在环境生态修复方面。Jenkins等针对土壤中的二甲苯污染开展了原位修复试验，把能够降解二甲苯的恶臭假单胞菌Pseudomonas putida菌株和氧气微气泡相互混合，并通入到土柱的间隙中［39］。结果显示，微生物菌株对于二甲苯的分解作用将一直持续到土壤间隙中的氧气耗尽为止，经过处理后的土壤，其中残留的二甲苯浓度经检测发现，已低至仪器检测限以下；在氧气利用方面，微生物菌株能够展现出高达71%～82%的氧气利用率。依靠微纳米气泡在水中的传质性能好、存在时间长等优点，对被污染的水体或者污泥实施微纳米气泡复氧，能够有效地增强其中微生物的生物活性，提高其对污染物的净化效果。目前，微纳米气泡在环境生态修复领域中已展现出了良好的应用前景。

3.2 微纳米气泡在种植业方面的应用

微纳米气泡技术广泛地应用于养殖、水稻、无土栽培、促进种子发芽及增强水活性等农业领域。在进行农业种植、生产活动时，各类农药会多次喷洒在作物表面及周边，起到除虫等作用。但是目前被喷洒在作物上的农药，大部分都停留在植物茎叶的表面，一部分散落在周围的大气、土壤等环境之中，另外还有一部分则混杂在雨水中并随着雨水下渗进入地下水。当人们利用未经处理的地下水灌溉作物时，地下水以及土壤中残存的农药就会通过根系的吸收作用，进入到蔬菜、作物等中，造成食物污染，从而危害人的健康。长期食用此类农产品，将会致使农药在人体以及动物体内积累，继而引发人和动物的慢性中毒，更为严重的将可能会影响到下一代。而微纳米气泡拥有在水中传质效率高、存在时间长等优点，可以被用于农药的去除。

3.2.1 在灌溉水源处理中的应用

当前，水体的富营养化程度逐渐增加，并且致使江河湖以及地下水等水域的污染情况相应加重。而水体的富营养化主要是由于受人为活动影响，大量的N、P等物质进入水体，而各类微生物利用并消耗水体中的氧气去分解有机物，极大地降低了水中的溶解氧含量，最终致使水体被严重污染。由于现在农作物的灌溉水源基本上都以地下水为主，所以保证地下水资源的清洁就显得极其重要。目前地下水水质主要是受残留农药下渗、垃圾填埋等因素的影响，水质逐渐变差。在对被污染的地下水开展治理的进程中，受多种条件、因素的限制，采用传统的处理方式很难产生令人满意的效果。而微纳米气泡技术能够很好的解决这一问题，由于其优异的吸附能力，微小杂质的表面会被附着上微纳米气泡，最终将其从水中去除掉。由于通入的微纳米气泡是以氧气作为基底，因此当其完全溶于水中时，作为基底的氧气也会随之溶于水中，能够有效增加水中的溶解氧含量

，逐渐改善受污染水体的水质，最终确保能够得到清洁的灌溉水源。庞志研等对白云湖水利工程展开了全面的研究，其由1.05 km2的湖面以及4.7 km的引水渠道组成，湖区共计占地2.07 km2。经调查研究显示，工程中采用的曝气方式为人工曝气，同时微气泡发生技术能够有效地提高水体的氧含量［40］。因此，在改善地下水水况方面应用微纳米气泡增氧技术，能够有效地保证灌溉水源的清洁。

3.2.2 在果蔬作物生长过程中的应用

在果蔬作物的生长进程中引入微纳米气泡，主要是利用其能够有效促进生物活性的特点，微纳米气泡在果蔬作物生长过程中能够起到提高叶片光合作用能力的效果，使得果实更加饱满结实，同时减缓植物根茎及叶片的衰老速度。另外，微纳米气泡对生物体活性的促进作用还表现在能够促进根系发育及根系对养分的吸收，增加了干物质的积累［41］。种植业中，对于微纳米气泡促进生物活性的研究主要是应用在微纳米气泡增氧灌溉领域。加入以氧气为基底的微纳米气泡混合液，可以提升土壤中的含氧量，微纳米气泡具有促进微生物活性的特性，这能够促使种子提前进行萌发，同时能够实现缩短发芽周期的效果。才硕等通过设计试验，考察微纳米气泡对双季节水稻的产量及水稻需水量的影响，与普通方式培养的双季节水稻相比，在以氧气为基底的微纳米气泡溶液中培植的双季节水稻，其结实率以及有效麦穗数都有着明显的增长，微纳米气泡对水稻的产量方面起到了明显的促进作用［42］。蒋程瑶等利用小白菜及生菜，就充氧微纳米气泡水和普通水对叶菜种子发芽的影响进行了对比实验，结果显示：在相同的条件下，利用溶解氧量为45 mg／L的充氧微纳米气泡水处理之后的叶菜种子，其活力指数以及发芽势、发芽率都要显著高于用普通水处理的种子：生菜以及小白菜的活力指数提高了135%和130%；而发芽势和发芽率分别相应提高了62%、25%、44%以及14%［43］。Park等的研究表明在相同溶解氧含量的前提下，放置于含有微纳米气泡的溶液中培育的蔬菜，其生长速度相比于在普通溶液中培育的蔬菜要快很多，由此可知，微纳米气泡在植物细胞的生理活动中能够起到一些积极的影响［44］。

4 展望

微纳米气泡所展现出来的停留时间长、传质效率高等特点刷新了人们过往对于气泡的观念，使得对于气泡的应用不再仅仅局限于强化溶氧效率等方面，更多的是对于微纳米气泡的潜在特性进行更深层次地探索研究，使微纳米气泡在各个领域的应用越来越广泛、深入。目前，微纳米气泡在水处理等相关方面的应用较为成熟，但在类似种植、食品等相关领域中，微纳米气泡的应用还处在初期阶段。文章中所概述的其在净化修复地下水中的应用也仅仅是基本的应用。虽然微纳米气泡在果蔬清洗、种植、金属脱脂等方面的应用还比较浅显，但也都表现出了极大的优势，显示出更加广阔的前景，诸如结合现存的清洗装置能有效去除果蔬表面残留的农药；相比于常规手段，微纳米气泡在出水文物的保护以及清洗除垢方面有着巨大的优势；依靠其较长的停留时间能有效去除金属工件表面的油污和油脂等。

目前，运用各种方法所生成的微纳米气泡，其实际尺寸还大都停留在微米级，所生成的纳米级气泡的数目仍然很少，而且受各种因素（例如：电解质、pH、水温、发生装置结构和原理等）的制约，所产生的气泡尺寸不均匀，稳定性相对也较差。在未来的研究中可以结合微纳米气泡发生装置，将稳定生成一定量的纳米级气泡作为一个研究的重点。随着人们对于微纳米气泡研究探索的不断深化、科技的进步发展，微纳米气泡制备技术的也会也来越成熟，制备的成本也将越来越低，微纳米气泡的应用范围也必定会越来越广。

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Research progress of mechanism and application of micro and nanobubble

Wang Yonglei1，Wang Wenhao1，Dai Shasha2，et al.
（1.School of Municipal and Environment Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Shan dong Rizhao Vocational and Technical College，Rizhao 276800，China）

Compared with the traditional treatment technology，micro-nano bubbles show good technical advantages and application prospects in the field of environmental pollution control，such as sewage treatment，groundwater soil and water environment restoration.The application ofmicro-nano bubbles in various fields in recent years has great significance for the development ofmicro-nano bubbles in the future.From the aspects of residence time，gas-liquid mass transfer rate，interfacial potential，free radicals production，specific surface area，etc，this paper expounds the characteristics of themicro-nano bubbles different from ordinary bubble，reviews the current research status of the technicalmechanism of and related equipment of different methods of micro-nano bubbles occurrence like gas-releasing method，dispersing air method，electrolysis method and gas float pump gas production method，and summarizes the application status，existing problems and prospects of micro-nano bubbles in water treatment area like water body oxygen increase，ozone strengthening，air float and biological activity strengthening and in planting industry area like irrigation water treatment and crop growth promotion.

micro nano bubble；occurrence principle；water treatment；oxygen increase

TU996

A

1673-7644（2017）05-0474-07

10.12077／sdjz.2017.05.011

2017-09-05

山东省自然科学基金项目（ZR2016EEM32）；住房城乡建设部科学技术计划与北京未来城市设计高精尖创新中心开放课题资助项目“基于藻污染湖库水源净化的共聚气浮关键技术研发与应用研究”（2017）；住房和城乡建设部科学技术项目（2014-K5-026）；山东建筑大学博士基金项目 （XNBS1511）

王永磊（1977-），男，副教授，博士，主要从事水处理理论与技术等方面的研究.E-mail：wyl1016＠sdjzu.edu.cn［*

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（学科责编：赵成龙）