1.技术背景
长期以来，我国由于对水污染问题缺乏系统性、协同性和创新性的科学研究，水污染控制的技术支撑相对薄弱，因而导致水污染日趋严重的态势尚未得到根本扭转。未来5～15年，甚至更长时间内，伴随我国经济社会的高速发展，水资源与水环境质量仍然是制约与胁迫我国经济社会发展的重大瓶颈。因此，尽快利用创新性的实用技术手段，力求从根源上彻底治理污染，还原水域的标准水质，并能够长期维护水域水质洁净状态，是保护人类生存健康安全的重要课题。
自然界的水域都有一定程度的自净能力，这种自净能力来源于水中微生物的活动,如果水中缺氧，厌氧微生物处于活跃状态，水域通常处于严重污染中。 但是，当进入水域中的污染物总量超过水中溶解氧含量的自净能力时，水中的溶解氧含量在氧化分解部分污染物后被消耗光，剩余的污染物由于微生物在贫氧状态下的还原性分解作用，会产生硫化氢、氨气等令大多数海陆生物致命的毒性气体，通常会导致鱼类、贝类等生物大批死亡；同时造成水体中的氨氮含量增大超标及重金属类（如锰、铁等）析出等严重影响生态环境的后果，同时由于深层水体的弱流动性，水分子与水中的各种生物的代谢产物结合成为庞大的聚合分子团，在这种聚合分子团中，水分子与水中的污染物带电粒子通过吸附方式紧密结合，随污染物质在贫氧状态下的还原性分解产物的增多又反过来加强了这种结合，致使这种庞大的聚合分子团在水域中扩大，由于这种结合相对稳定，即使采用强制曝气、通入氧气手段也无法使水中溶解氧扩散到全体水域，最终导致整个水域丧失吸收氧的能力，水域的自净能力彻底消失，使之成为“死水”，并出现水华（赤潮、青潮）、水体变黑变臭等现象，在污水处理的生化反应过程中也不同程度的存在同样的问题，对环境及卫生安全造成了严重的影响。
2.技术特点
旋回式气液混合型微纳米气泡发生技术是按照流体力学计算为依据进行结构设计的发生器（左图），在进入发生器的气液混合流体在压力作用下高速旋转，并在发生器的中部形成负压轴，利用负压轴的吸力可将液体中混合的气体或者外部接入的气体集中到负压轴上，当高速旋转的液体和气体在适当的压力下从特别设计的喷射口喷出时，由于喷口处混合气液的超高的旋转速度与气液密度比（1：1000）的力学上的相乘效果，在气液接触界面间产生高速强力的剪切及高频率的压力变动，形成人造极端条件，在这种条件下生成大量微米、纳米级气泡的同时具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水的效果，并能够将小部分水分子电离分解，可以在微纳米气泡空间中产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，尤其氢氧自由基有超高的还原电位，具有超强氧化效果可以分解水中正常条件下也难以分解的污染物，实现水质的净化。微纳米气泡在水中的溶解率超过85%，溶解氧浓度可以达到饱和浓度以上，并且微纳米气泡是以气泡的方式长时间（上升速度6cm/分钟）存留在水中，可以随着溶解氧的消耗不断地向水中补充活性氧，为处理污水的微生物提供了充足的活性氧、强氧化性离子团，并保证了活性氧充足的反应时间，由微纳米气泡处理过的水的净化能力远远高于自然条件下的自净能力。
微纳米气泡的特性
微纳米气泡具有上升速度慢的效果。气泡直径1mm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径10μm的气泡在水中的上升速度为3mm/min，后者是前者的1/2000。
微纳米气泡具有自身增压的效果。通常微纳米气泡内部的压力远远大于外界液体的压力，可以将更多的气泡内的气体溶解到水中，并伴随有自身溶解消失的现象。
相对于微纳米气泡的体积，其比表面积非常大，具有超常的气体溶解能力。直径10微米的气泡同直径1mm的气泡相比，考虑气泡内部压力及比表面积的效果，前者的气体溶解能力为后者的100倍，如果考虑气泡的上升速度的影响，理论上有20万倍的气体溶解能力。
表面带电的特性等，微纳米气泡的表面带有负电荷，对水中污染物或悬浮物的吸附效果显著,并产生大量氢氧自由基,具有增强氧化的效果。
目前的一些实验表明，微纳米气泡有别于一般气泡，它自身有刺激促进生物成长的特性。但又有别于一般的气体溶解水，比如碳酸水、氨水这些属于利用气体溶解改变水的物理化学特性的所产生的气体机能水，表现出更强的功能性。另外，微米、纳米气泡本身极小，具有众所周知的超强的气体溶解效果之外，其气泡的衰减期也非常低，即，微米，纳米气泡可以长时间滞留于水中的特点，可以边消耗边补充水中氧气或其他参与反应的气体，具有缓释效果，气泡中承载的氧气、臭氧等气体在水中可以被充分利用。
3 微纳米曝气装置性能参数
测定结果：本装置生成的微纳米气泡水中90%以上的气泡直径分布在35微米以内，均值30微米
3.2 微纳米气泡技术与传统曝气设备（穿孔管，曝气头）的充氧效果比较
下方两图分别为本项目的微纳米气泡技术与传统的曝气设备的充氧效率及气泡比表面积、物质移动系数的比较实验结果。由图所示，微纳米气泡的氧气溶解速度比通常的气泡大，并且可以看到微纳米气泡物质移动系数为传统曝气设备的10倍以上。
