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探索微纳米气泡曝气最佳气泡尺寸的建模方法
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2022-11-16 , DOI: 10.1016/j.watres.2022.119360
Wei Fan 1 , Yuhang Li 1 , Tao Lyu 2 , Jia'ao Yu 1 , Zhen Chen 1 , Peter Jarvis 2 , Yang Huo 1 , Dan Xiao 3 , Mingxin Huo 1
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气泡曝气在水/废水处理中得到广泛应用,但其气体利用率低导致能耗高。微纳米气泡 (MNB) 的应用已成为一种可能显着提高气体利用率的工艺,因为它们具有较高的相对表面积和较高的气液传质效率。在这项研究中,我们通过校准模型证明,具有最佳气泡尺寸的 MNB 可以在水面或水面以下收缩和爆裂,从而 (1) 所有封装气体彻底溶解在水中,以及 (2) 纳米气泡的爆裂可能产生自由基。通过了解 MNB 尺寸特征和气泡在水中的行为,综合力平衡(即浮力、重力、拖曳力、Basset 力和虚拟质量力)的动力学模型,开发了质量传递来描述 MNB 沿其上升轨迹的上升速度和半径变化。与传统的毫米大小的气泡不同,MNB 的强烈气体溶解会导致小气泡的半径减小,而较大的初始半径会引发气泡膨胀。初始水深也很重要,水深越大,气泡收缩的可能性就越大,因此它们更容易收缩。例如,空气(42-194 μm)和氧气(127-470 μm)MNB 的最佳气泡尺寸可以在特定水深范围(0.5-10 m)内实现完全气体传输(100% 气体利用)是计算。实验数据 (R) 很好地验证了微气泡 (10–530 μm) 的建模结果2 >0.85)。然而,由于缺乏可用的经验数据,纳米气泡 (<1 μm) 曝气的建模结果的验证需要进一步研究。在这项研究中,所提出的模型和分析为理解水中的气泡动力学提供了新的见解,并为寻求升级气泡曝气系统的从业者提供了基本指导。





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更新日期:2022-11-19
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