西安建筑科技大学等机构在《Environmental Science & Technology》上发表开创性研究， 首次系统评估了微纳米气泡（MNBs）曝气技术在污水处理过程中，于水-气界面处生成气溶胶的排放特征。研究明确了MNBs曝气在"原位生成"和"持续供氧"两个阶段对气溶胶中微生物及化学污染物排放水平的差异化影响，并提出了分区控制的气溶胶减排新策略。
技术核心：MNBs曝气过程的两阶段划分与实验系统
本研究聚焦于评估新兴的MNBs曝气技术可能带来的气溶胶排放风险。研究将MNBs曝气过程划分为两个特征鲜明的阶段：
作为对照，研究同时设置了传统的中气泡曝气（MBA）和小气泡曝气（SBA）。实验在一个密闭室内进行，使用真实生活污水，并通过一台上海行恒科技的LF-1500微纳米气泡发生器（平均直径207.9 nm）。
核心发现一：气溶胶中可培养微生物的排放水平
研究表明，MNBs曝气不同阶段的气溶胶排放水平存在显著差异。
- MNBs-G阶段排放更高 ：此阶段产生的气溶胶中，可培养微生物（细菌、真菌、肠道菌）总浓度达 2170 CFU/m³，分别是MBA和SBA的1.38倍和1.58倍。
- MNBs-O阶段排放大幅降低 ：此阶段可培养微生物总浓度仅为 914 CFU/m³，比MBA和SBA分别低41.71%和33.57%,排放水平对比:
核心发现二：气溶胶中的微生物种群与潜在病原体
通过流式细胞术和高通量测序分析气溶胶中总的（包括可培养与不可培养的）微生物，研究发现：
- 总微生物浓度趋势一致：MNBs-G阶段气溶胶中总微生物浓度最高，MNBs-O阶段最低:
- MNBs-G阶段对微生物有灭活效果 ：该阶段气溶胶中活菌比例仅19.5%，远低于其他曝气方式（~45-49%），推测与MNBs溃灭产生的活性氧物质有关。
- 潜在病原体丰度 ：MNBs-G和MNBs-O阶段气溶胶中细菌病原体的总相对丰度（约34%）略低于 传统MBA（39.63%）和SBA（38.87%）。优势病原菌属在不同曝气方式间存在差异，MNBs阶段以不动杆菌属（Acinetobacter） 为主:
核心发现三：气溶胶中的化学污染物排放
对气溶胶中水溶性离子、金属（类金属）及总有机碳的分析表明：
- 总体排放水平 ：MNBs曝气（两个阶段）产生的气溶胶中化学污染物总浓度 低于 传统MBA和SBA:
- 阶段性差异显著 ：
- MNBs-G阶段 ：对NO₃⁻、NO₂⁻、Ca²⁺、Na⁺及Zn、Fe等12种元素的排放贡献高于传统曝气，这可能与MNBs带负电的表面易于吸附阳离子有关。
- MNBs-O阶段 ：对绝大多数化学污染物的排放贡献**普遍最低,**排放贡献率分析:
机理解释与工程启示
研究对上述现象给出了机理解释：
- MNBs-G阶段排放高的原因 ：该阶段在水体表面形成致密的三维泡沫层。泡沫破裂是产生气溶胶液滴的主要途径，增强了污染物从水向气的转移,界面现象:
- MNBs-O阶段排放低的原因 ：该阶段水体中主要是纳米气泡，它们更倾向于在水体中溶解或溃灭，而非上升至水面破裂，从而极大减少了气溶胶的生成。
基于以上发现，研究提出了一种分区式MNBs曝气池的创新设计概念,示意图:
- MNBs生成区：密闭运行，收集并处理产生的高浓度气溶胶。
- 过渡区：让微气泡转化为纳米气泡，减少泡沫。
- 污泥-污水反应区：利用纳米气泡高效供氧，且几乎不产生额外气溶胶，可敞开运行。
结论与意义
本研究首次全面揭示了MNBs曝气技术的气溶胶排放双重性：
- 风险 ：MNBs的原位生成阶段（MNBs-G） 会产生比传统曝气更多的气溶胶，值得关注。
- 优势 ：MNBs的持续溶解氧阶段（MNBs-O） 是一种更清洁、气溶胶排放更低的曝气方式。
- 解决方案 ：通过优化曝气工艺设计（如分区曝气），可以扬长避短，在利用MNBs技术高效增氧的同时，有效控制气溶胶排放，保护周边环境和人员健康。
文献来源 : Environ. Sci. Technol. 2024 , 58, 17396--17405.
源文献链接 : https://doi.org/10.1021/acs.est.4c00986
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研究价值: 为MNBs技术在污水处理中的安全、可持续应用提供了至关重要的环境风险评估数据与工程控制思路。