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摘 要：随着经济的不断发展，我国环保事业已经成为新时期里的重点工作，微纳气液界面水环境修复技术便是当前一种比较先进的水处理技术，其优势在于高效、便捷、能耗低、无二次污染，在现代环保领域中，有着非常广泛的应用前景。本文便从溶解氧、有机污染物、还原污染物以及水生生物等四个角度，对微纳气液界面水环境修复技术的原理进行分析，并论述了该技术的国外应用成果与国内应用实践。
关键词：微纳气液界面；水环境修复；应用
前言：上个世纪六十年代，一些西方国家曾在河道水体修复工程中应用曝气复氧技术，并获得了成功。上个世纪九十年代，我国也曾利用曝气复氧技术修复清河水体，取得了良好的应用效果。该技术作为一种环境友好型的水体修复技术，需要让空气中的氧气穿过水气之间的液膜，所以，传统技术在运用过程中消耗的能源较多，但效率偏低。而微纳气液界面水环境修复技术的诞生则解决了这一问题，使曝气复氧技术的规模化应用成为可能。
一、微纳气液界面水环境修复技术的原理
该技术以微纳气泡界面气液氧化与传质作用为基础，不仅实现了氧化水体好氧物质、抑制厌氧环境、促进水生动植物生长，还能使地表水的环境质量得到有效提升。
（一）从溶解氧角度看
从溶解氧角度看，该技术有以下三个主要作用：
第一，水面破膜增氧。空气中的氧气与水体相交换可以提升水体的自净能力，而该技术可以直接将微纳气泡注入到水体中去，这一过程基本在水下进行，而微纳气泡具有表面膜可穿越的基本特性，能够让氧气以分散与溶解两种状态进入水体[1]。通过该技术供给微纳气泡，可以让水体中的溶解氧迅速达到饱和状态，不仅提升了氧气进入水体的效率，还能够通过气泡溢出形成水体扰动，从而加快水面气液的交换效率。
第二，界面倍增增氧。想要水体水质保持良好，就需要保证氧气可以持续供给，氧气分子想要从空气中进入水体，就需要穿过气膜与液膜。如果气体体积不变，那么气液界面的面积越大，则空气中氧气进入水体的速率越快，而氧气通过微纳气泡进入水体，会让空气与水体的接触面积大大增加，从而提升氧气进入水体的传质效率。
第三，微型氧源增氧。通过微纳气泡进入水体中的氧气一部分溶解在水体中，而另一部分微纳气泡则可以看成是微型氧源，可以实现对水体的持续供氧，气泡直径越小，其内部的气体密度也会越大，气泡的稳定性更高。另外，气泡直径越小，整体性的表面积也就越大，能够更好的吸附水体中的带电粒子，提升气泡表面的电荷密度[2]。普通气泡在水中会由于密度较小而迅速上升，之后在水面破裂，而微气泡在水中的上升速度与普通气泡相比较慢，纳米气泡在水中的存在时间更长。所以，与传统曝气复氧技术相比，微纳气液界面技术有着更高的水体增氧效率。
（二）从有机污染物角度看
从有机污染物角度看，该技术主要有两方面作用：
第一，吸附分离。水体中的有机污染物普遍都具有非极性基团，因此，水体的气液界面上会吸附很多有机污染物，从而削弱液体的表面自由能。当微纳气泡进入到微污染水体中以后，微纳气泡上会吸附水体中的有机污染物，从而在气泡界面形成弹性膜，提升微纳气泡在水体中的稳定性，而随着气泡的逐渐上升，有机污染物也随着气泡被带到水面上，进而通过分解与挥发作用消失[3]。在微污染水体中注入微纳气泡以后，其与水体的接触面积非常大，从而使水体中的有机污染物有效且迅速的从水体中分离，达到净化水体的目的[4]。
第二，氧化去除。微纳气泡在水体中一直处于不断收缩的状态，其内部压力也逐渐增加，也就是说，气泡大小与气泡压力呈负相关关系，如果这个过程的变化速度达到一定标准，则可以将其看成是一个绝热压缩过程，气泡内部温度会随着气泡收缩而不断升高。气泡消失时，其周围的环境在短时间内保持高温高压，这个范围虽然很小，但气泡有着非常强大的强制分解能力，释放出自由基，这些自由基在高温高压的环境下也可以去除水体中的有机污染物。
（三）从还原污染物角度看
从还原污染物的角度看，在气泡进入水体中以后，气泡周围会产生气液界面，如果是一个大气泡，在整个气泡分子数中，界面层中的氧分子数非常少，其与水体污染物相接触的几率也很低，但如果是小气泡，则会不同。微纳气液界面技术能够在很大程度上提升气液界面氧分子的比例，增加其与水体污染物的接触几率[5]。所以，微纳气泡更能够去除水体中的还原性污染物。假设氧气体积不变，气泡越小，其分散程度越高，气泡外部所做的功也会随之增大，气泡的表面积增加，其表面能也会提升。而气泡表面能的提升带动气泡能量的增大，从而提升其与界面处的氧化能力，增强去除水体中还原性污染物的能力。
（四）从水生生物角度看
从水生生物角度看，注入微纳气泡的水体更有利于水中动植物的健康生长，其原因在于微纳气泡中的氧气能够满足植物根系与动物新陈代谢对活性氧的需求。向微污染水体中注入氧气微纳气泡，可以快速增加水体含氧量，提升水体中好氧生物的活性，加快水体对污染物的降解速率，达到净化水质的目的。
二、微纳气液界面水环境修复技术的应用
（一）国外应用成果
当前，很多国家运用微纳气液界面技术对微污染水体进行修复领域做出了很多有建设性的尝试，如韩国运用这一技术修复了仁川国际机场的地表水，取得的效果非常良好；日本运用这一技术修复了很多旅游景区的地表水，在势田川、枥木公园、河崎修景池等地方的微污染水体修复中，都有非常良好的应用效果。美国也在很多地表水修复工程中对这一技术进行了实践应用，并日渐成熟。德国与英国也曾利用这一技术进行河道修复，取得的效果都非常显著。
（二）国内应用试验
上海某公司曾运用这一技术在宁波的一条河道内进行改善水质的试验。一些生活污水会直接排入该河道，且为断头浜，水体流动性比较差，水气自然交换情况不佳，水体自净能力差，污染严重。试验河段宽约15米、长200米、水深平均1.5米，淤泥50厘米。运用两台微纳气泡机不间断运转，两个月以后，该河道水质得到了明显改善。水体透明度从以前的0.06米上升为0.6米，溶解氧从原来的1.23mg/L上升到7.98mg/L；化学耗氧量从原来的116.9mg/L降低到34.3mg/L；淤泥厚度减少20厘米。试验表明，该技术能够良好的修复微污染水体。
结论：
微纳气泡的表面积大、稳定性高、增压持续时间长，能够实现对微污染水体的持续增氧；微纳气泡还有非常强大的界面吸附能力，压爆以后能够产生高温高压与自由基，能够有效去除水体有机污染物；微纳气泡的表面能较高、界面氧分子比例大，使水体的还原污染物有效减少。该技术具有操作简便、能耗较低、修复效果好、无二次污染等优势，在未来的微污染地表水修复中，有着非常广大的发展前景。
参考文献
[1]汪群慧，翟学东，菊池隆重等.微气泡气浮与溶气气浮预处理餐饮含油废水的研究[J].黑龙江大学自然科学学报.2013.15（09）：222-223.
[2]王风贺，王国祥，刘波等.曝气增氧技术在城市黑臭河流水质改善中的应用与研究[J].安徽农业科学.2012.17（02）：163-164.
[3]李朝霞，方海平，胡钧等.纳米气泡的长寿源于其高的内部密度[J].中国科学（G辑：物理学 力学 天文学）.2013.09（05）：132-134.
[4]傅莲英，刘国生，郑天凌等.海水养殖沉积环境细菌多样性PCR-DGGE分析[J].河南师范大学学报（自然科学版）.2012.02（11）：247-248.
[5]茆晴生.高密度养鱼增氧方法分类与溶解氧超饱和度及水中气泡直径大小阈值的关系研讨[J].渔业机械仪器.2014.11（16）：155-156.
关键词：微纳气液界面；水环境修复；应用
前言：上个世纪六十年代，一些西方国家曾在河道水体修复工程中应用曝气复氧技术，并获得了成功。上个世纪九十年代，我国也曾利用曝气复氧技术修复清河水体，取得了良好的应用效果。该技术作为一种环境友好型的水体修复技术，需要让空气中的氧气穿过水气之间的液膜，所以，传统技术在运用过程中消耗的能源较多，但效率偏低。而微纳气液界面水环境修复技术的诞生则解决了这一问题，使曝气复氧技术的规模化应用成为可能。
一、微纳气液界面水环境修复技术的原理
该技术以微纳气泡界面气液氧化与传质作用为基础，不仅实现了氧化水体好氧物质、抑制厌氧环境、促进水生动植物生长，还能使地表水的环境质量得到有效提升。
（一）从溶解氧角度看
从溶解氧角度看，该技术有以下三个主要作用：
第一，水面破膜增氧。空气中的氧气与水体相交换可以提升水体的自净能力，而该技术可以直接将微纳气泡注入到水体中去，这一过程基本在水下进行，而微纳气泡具有表面膜可穿越的基本特性，能够让氧气以分散与溶解两种状态进入水体[1]。通过该技术供给微纳气泡，可以让水体中的溶解氧迅速达到饱和状态，不仅提升了氧气进入水体的效率，还能够通过气泡溢出形成水体扰动，从而加快水面气液的交换效率。
第二，界面倍增增氧。想要水体水质保持良好，就需要保证氧气可以持续供给，氧气分子想要从空气中进入水体，就需要穿过气膜与液膜。如果气体体积不变，那么气液界面的面积越大，则空气中氧气进入水体的速率越快，而氧气通过微纳气泡进入水体，会让空气与水体的接触面积大大增加，从而提升氧气进入水体的传质效率。
第三，微型氧源增氧。通过微纳气泡进入水体中的氧气一部分溶解在水体中，而另一部分微纳气泡则可以看成是微型氧源，可以实现对水体的持续供氧，气泡直径越小，其内部的气体密度也会越大，气泡的稳定性更高。另外，气泡直径越小，整体性的表面积也就越大，能够更好的吸附水体中的带电粒子，提升气泡表面的电荷密度[2]。普通气泡在水中会由于密度较小而迅速上升，之后在水面破裂，而微气泡在水中的上升速度与普通气泡相比较慢，纳米气泡在水中的存在时间更长。所以，与传统曝气复氧技术相比，微纳气液界面技术有着更高的水体增氧效率。
（二）从有机污染物角度看
从有机污染物角度看，该技术主要有两方面作用：
第一，吸附分离。水体中的有机污染物普遍都具有非极性基团，因此，水体的气液界面上会吸附很多有机污染物，从而削弱液体的表面自由能。当微纳气泡进入到微污染水体中以后，微纳气泡上会吸附水体中的有机污染物，从而在气泡界面形成弹性膜，提升微纳气泡在水体中的稳定性，而随着气泡的逐渐上升，有机污染物也随着气泡被带到水面上，进而通过分解与挥发作用消失[3]。在微污染水体中注入微纳气泡以后，其与水体的接触面积非常大，从而使水体中的有机污染物有效且迅速的从水体中分离，达到净化水体的目的[4]。
第二，氧化去除。微纳气泡在水体中一直处于不断收缩的状态，其内部压力也逐渐增加，也就是说，气泡大小与气泡压力呈负相关关系，如果这个过程的变化速度达到一定标准，则可以将其看成是一个绝热压缩过程，气泡内部温度会随着气泡收缩而不断升高。气泡消失时，其周围的环境在短时间内保持高温高压，这个范围虽然很小，但气泡有着非常强大的强制分解能力，释放出自由基，这些自由基在高温高压的环境下也可以去除水体中的有机污染物。
（三）从还原污染物角度看
从还原污染物的角度看，在气泡进入水体中以后，气泡周围会产生气液界面，如果是一个大气泡，在整个气泡分子数中，界面层中的氧分子数非常少，其与水体污染物相接触的几率也很低，但如果是小气泡，则会不同。微纳气液界面技术能够在很大程度上提升气液界面氧分子的比例，增加其与水体污染物的接触几率[5]。所以，微纳气泡更能够去除水体中的还原性污染物。假设氧气体积不变，气泡越小，其分散程度越高，气泡外部所做的功也会随之增大，气泡的表面积增加，其表面能也会提升。而气泡表面能的提升带动气泡能量的增大，从而提升其与界面处的氧化能力，增强去除水体中还原性污染物的能力。
（四）从水生生物角度看
从水生生物角度看，注入微纳气泡的水体更有利于水中动植物的健康生长，其原因在于微纳气泡中的氧气能够满足植物根系与动物新陈代谢对活性氧的需求。向微污染水体中注入氧气微纳气泡，可以快速增加水体含氧量，提升水体中好氧生物的活性，加快水体对污染物的降解速率，达到净化水质的目的。
二、微纳气液界面水环境修复技术的应用
（一）国外应用成果
当前，很多国家运用微纳气液界面技术对微污染水体进行修复领域做出了很多有建设性的尝试，如韩国运用这一技术修复了仁川国际机场的地表水，取得的效果非常良好；日本运用这一技术修复了很多旅游景区的地表水，在势田川、枥木公园、河崎修景池等地方的微污染水体修复中，都有非常良好的应用效果。美国也在很多地表水修复工程中对这一技术进行了实践应用，并日渐成熟。德国与英国也曾利用这一技术进行河道修复，取得的效果都非常显著。
（二）国内应用试验
上海某公司曾运用这一技术在宁波的一条河道内进行改善水质的试验。一些生活污水会直接排入该河道，且为断头浜，水体流动性比较差，水气自然交换情况不佳，水体自净能力差，污染严重。试验河段宽约15米、长200米、水深平均1.5米，淤泥50厘米。运用两台微纳气泡机不间断运转，两个月以后，该河道水质得到了明显改善。水体透明度从以前的0.06米上升为0.6米，溶解氧从原来的1.23mg/L上升到7.98mg/L；化学耗氧量从原来的116.9mg/L降低到34.3mg/L；淤泥厚度减少20厘米。试验表明，该技术能够良好的修复微污染水体。
结论：
微纳气泡的表面积大、稳定性高、增压持续时间长，能够实现对微污染水体的持续增氧；微纳气泡还有非常强大的界面吸附能力，压爆以后能够产生高温高压与自由基，能够有效去除水体有机污染物；微纳气泡的表面能较高、界面氧分子比例大，使水体的还原污染物有效减少。该技术具有操作简便、能耗较低、修复效果好、无二次污染等优势，在未来的微污染地表水修复中，有着非常广大的发展前景。
参考文献
[1]汪群慧，翟学东，菊池隆重等.微气泡气浮与溶气气浮预处理餐饮含油废水的研究[J].黑龙江大学自然科学学报.2013.15（09）：222-223.
[2]王风贺，王国祥，刘波等.曝气增氧技术在城市黑臭河流水质改善中的应用与研究[J].安徽农业科学.2012.17（02）：163-164.
[3]李朝霞，方海平，胡钧等.纳米气泡的长寿源于其高的内部密度[J].中国科学（G辑：物理学 力学 天文学）.2013.09（05）：132-134.
[4]傅莲英，刘国生，郑天凌等.海水养殖沉积环境细菌多样性PCR-DGGE分析[J].河南师范大学学报（自然科学版）.2012.02（11）：247-248.
[5]茆晴生.高密度养鱼增氧方法分类与溶解氧超饱和度及水中气泡直径大小阈值的关系研讨[J].渔业机械仪器.2014.11（16）：155-156.