微纳米气泡基本特性及溶解氧的研究

第３０卷第２期２０１５年４月安徽工程大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３０．Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０１５文章编号：１６７２－２４７７（２０１５）０２－００１２－０５收稿日期：２０１５－０１－１０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７４００１）；煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放课题基金资助项目（ＳＫＬＣＲＳＭ１０ＫＦＡ０５）作者简介：潘习习（１９８８－），男，安徽淮北人，硕士研究生．通讯作者：徐建平（１９５６－），男，江苏如皋人，教授，硕导．微纳米气泡基本特性及溶解氧的研究潘习习，徐建平＊（安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽芜湖２４１０００）摘要：以空气为载体的微纳米气泡为基础，研究温度、时间、ｐＨ值等影响因素对微纳米气泡在水中的溶解氧的影响，并通过正交试验探究微纳米气泡在水中溶解度的优化条件．正交试验结果表明，以空气为载体的微纳米气泡优化条件为ｐＨ值７、时间８ｍｉｎ、温度２３℃、转速１３００ｒ／ｍｉｎ时溶解氧含量较高．此实验为下一步研究微纳米气泡在工业废水中的应用提供依据．关键词：微纳米气泡；溶解氧；优化条件中图分类号：Ｘ５２２文献标识码：Ａ微纳米气泡的相关研究已经成为近些年研究的热点．微纳米气泡具有普通气泡所不具有的特点，如：气泡体积小、上升速度慢以及具有较强的氧化性等特点．相关文献指出由于气泡细小，受空气在水中溶解度的影响较小，气泡在污水中停留时间较长，具有良好的气浮处理效果［１－２］．在水体增氧、浮选技术、治理污水等领域也有着重要的应用价值［３］．与其他水处理方法相比，微纳米气泡还具有操作简便、功耗小、无二次污染等特点，具有很好的可推广性．但是，目前对微纳米气泡的形成规律以及特性等问题，还处在继续研究的过程中，微纳米气泡的一些特性和用途还有待于开发和利用［４］．在微纳米气泡与普通气泡的不同特性中，研究者对其在水中溶解氧的影响因素持有不同看法．总体体现在两方面：一方面研究者认为，微纳米气泡的溶解现象与普通气泡的相同，受到温度、压力等因素的影响［５－６］；另一方面研究者认为，由于气泡尺寸极小，使得其比表面积相当大，因而受空气在水中溶解度的影响不大．此次实验将探究部分影响因素（温度、ｐＨ和转速等）对微纳米气泡在水中溶解氧的影响．在此基础上，利用正交试验对反应条件进行优化，为下一步研究微纳米气泡在工业废水中的应用提供基础．１材料与方法１．１材料与试剂硫酸锰溶液，碱性碘化钾溶液，浓硫酸，淀粉溶液（１％），硫代硫酸钠溶液（０．０２５ｍｏｌ／Ｌ）．１．２仪器与设备卷尺，烧杯，量筒，搅拌器，水浴锅，定制实验用ＰＶＣ透明水槽（长１５０ｃｍ、宽５０ｃｍ、高１２０ｃｍ），云南夏之春环保公司的ＸＺＣＰ－Ｋ－０．７５，该装置原理是使水与气高度相溶混合，超声波空化弥散释放出高密度的、均匀的超微米气泡．１．３溶解氧的测量方法溶解氧的测定采用－碘量法（ＧＢ７４８９－８７）进行测量．１．４实验方法（１）微纳米气泡悬浮时间．用１Ｌ的量筒获取在微纳米气泡发生装置稳定条件下水槽中制备得到的乳白状水气混合液１Ｌ，将量筒静置在水平桌面上，测量该乳白状水气混合液从浑浊状态到澄清时所用的时间．为减少实验带来的误差，实验采取多次测量求平均值的方法，最终得出微纳米气泡在水中悬浮时间为２５２ｓ，实验数据如表１所示．（２）有效气液混合比．为测量微纳米气泡在水中实际产气量的效率，实验选用２５０ｍＬ，５００ｍＬ，１０００ｍＬ的量筒量，获取在稳定条件下水槽中制备得到的乳白色水气混合液，放置在水平桌面上，测量澄清前后量筒内液体体积，并计算出混合液中微纳米气泡的实际有效比例．有效气液混合比η＝（ｖ１－ｖ２）／ｖ１．计算时进行３次测量取平均值，最终计算得出混合气液比为２．１２％，即微纳米发生装置产生的气水混合液中有效气液混合比至少为２．１２％．表１微纳米气泡悬浮时间测量序号取水悬浮时间／ｓ平均值／ｓ平均值／ｓＡ１２５４２５３２５２２２７１３２３５Ｂ１２４８２４９２２４５３２５４序号取水悬浮时间／ｓ平均值／ｓ平均值／ｓＣ１２５９２５３２２５１３２５０表２有效气液混合比测量序号取水Ｖ１／ｍＬＶ２／ｍＬＨ１／％η２／％η３／％Ａ１２５０２４４２．４２．２７２．１２２２５０２４５２３２５０２４４２．４Ｂ１５００４９０２２．２２５００４８８２．４３５００４８９２．２Ｃ１１０００９８０２１．９２１０００９８２１．８３１０００９８１１．９（３）将微纳米气泡发生器、臭氧发生器、机械搅拌机以及水槽组合成一个实验装置．实验前检查装置运转是否正常．测量水样时，用２５０ｍＬ溶解氧瓶获取实验后的水样进行研究．实验装置示意图如图１所示．图１微纳米气泡特性研究装置示意图在上述装置条件下，依次改变反应体系的ｐＨ值（４～１０）、时间（０～４５ｍｉｎ）、温度（２