代朝猛，張峻博，段艷平，賴小瑩，李繼香

（1.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092；2.上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院，上海 200233；3.天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072；4.中國科學(xué)院上海高等研究院，上海 201210；5.中國科學(xué)院大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，北京 100049）

微納米氣泡（MNBs）是一類直徑在微米和納米尺度上的微細(xì)氣泡，不同的學(xué)者對其直徑的限定范圍有不同的定義，多數(shù)定義為小于100μm［1］。納米氣泡（NBs）有兩種基本類型，一種是非球形界面納米氣泡，分布在液體和固體界面；另一種是球形體相納米氣泡，懸浮在液體中。20世紀(jì)80年代初，由于與經(jīng)典熱力學(xué)理論相悖，體相NBs的穩(wěn)定存在性受到了廣泛爭議。按照熱力學(xué)理論，水中獨(dú)立存在的氣泡，其理論壽命與粒徑的平方成正比，故粒徑在數(shù)百納米的體相NBs理論壽命不超過0.1 s。隨著三相線固定理論、動(dòng)態(tài)平衡理論、氣體高密度理論等數(shù)種理論猜想的出現(xiàn)，初步解釋了界面NBs的穩(wěn)定性機(jī)理，但體相NBs因其不具有界面這一附著點(diǎn)，其穩(wěn)定性機(jī)理仍然難以合理解釋［2］。盡管基礎(chǔ)研究進(jìn)步緩慢，統(tǒng)一理論匱乏，MNBs在實(shí)際應(yīng)用方面卻十分廣泛。

20世紀(jì)90年代，日本科學(xué)家將人工產(chǎn)生的MNBs最先應(yīng)用于牡蠣等水產(chǎn)品生態(tài)養(yǎng)殖，之后，隨著技術(shù)進(jìn)步和研究不斷深入，MNBs在水生系統(tǒng)恢復(fù)、無土栽培、醫(yī)療衛(wèi)生和石化工業(yè)等領(lǐng)域得到了逐步應(yīng)用。華東師范大學(xué)陳邦林等在MNBs實(shí)際應(yīng)用方面取得了顯著成果［3］。如在水環(huán)境治理中，MNBs可以降解藍(lán)藻，消除有機(jī)污染膜，快速凈化污染水體；在醫(yī)療方面，MNBs可增強(qiáng)成像效果，提高疾病診斷的準(zhǔn)確性；在糧食作物種植方面，MNBs水源澆灌的水稻，根系發(fā)達(dá)致密，增產(chǎn)顯著，同時(shí)水質(zhì)與土壤也得到顯著改善。目前陳邦林團(tuán)隊(duì)正在開展MNBs水在蔬菜瓜果栽培中的應(yīng)用。

與宏觀氣泡相比，MNBs尺寸小、比表面積大，顯著增大了與水體的接觸面積。MNBs在環(huán)境水體修復(fù)中具有生物活性強(qiáng)、溶解氧濃度高、傳質(zhì)性能好和自由基利用率高等優(yōu)良特性，從而可以實(shí)現(xiàn)氧化分解難降解有機(jī)物、吸附水體中懸浮物、降低湖泊富營養(yǎng)元素、提高土壤-地下水污染修復(fù)范圍和修復(fù)效率等目的。本文在綜述國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，就氣泡的尺寸、分類、測量方法和產(chǎn)生方式進(jìn)行簡單介紹；詳細(xì)探討了MNBs具有在水體內(nèi)存在時(shí)間長、Zeta電位高、可產(chǎn)生·OH、傳質(zhì)效率高等特性，并分別闡述不同因素對MNBs特性的影響；分析了MNBs在水體和多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律和影響因素，總結(jié)了MNBs對擴(kuò)大污染物修復(fù)范圍和提高修復(fù)效率的作用，進(jìn)而闡明MNBs特性在環(huán)境水體修復(fù)的作用機(jī)理；重點(diǎn)介紹了臭氧微納米氣泡（OMNBs）的良好應(yīng)用前景，并對MNBs在環(huán)境水體修復(fù)的后續(xù)研究方向進(jìn)行了展望。

1 氣泡尺寸和產(chǎn)生方式

通常根據(jù)大小將氣泡定義為宏觀、微米、亞微米和納米氣泡。但其類型和分類并不清晰、明確。本文根據(jù)不同研究中提出的共同特性，總結(jié)了每種氣泡類型的大小范圍，詳見圖1［1］。圖1顯示了宏觀氣泡和MNBs的關(guān)鍵差異：宏觀氣泡受浮力的影響顯著，上升速度快，在液體表面迅速爆裂，在測量過程中缺乏穩(wěn)定性。NBs在液體中做布朗運(yùn)動(dòng)，停留時(shí)間長、比表面積巨大、能產(chǎn)生更多的·OH、傳質(zhì)性能好［4］。MNBs氣泡大小一般是動(dòng)態(tài)的，微米氣泡（MBs）可以收縮形成NBs，NBs也可以合并形成MBs。

圖1 氣泡主要性質(zhì)和尺寸范圍［1］Fig.1 Main properties and size range of bubbles

1.1 MNBs尺寸測量

動(dòng)態(tài)光散射、原子力顯微鏡和圖像分析等方法是測量MNBs大小的主要工具。每種測量方法都有優(yōu)點(diǎn)和局限性。原子力顯微鏡可以在真空、氣體和液體環(huán)境下使用，而電子顯微鏡僅適用于真空環(huán)境，但擅長分辨材料的化學(xué)組分。圖像分析被廣泛用于表征MNBs的大小，但它在拍攝圖像時(shí)需要高分辨率相機(jī)且可測試氣泡濃度低。納米顆粒追蹤技術(shù)可以排除顆粒均勻性較差時(shí)動(dòng)態(tài)光散射測量的儀器誤差，測量范圍在10～2 000 nm，測量速度快，可以在60 s內(nèi)追蹤超過1 000個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡并給出清晰的視覺驗(yàn)證結(jié)果［5］。由于NBs在水中存在的時(shí)間相當(dāng)長，目前迫切需要一種簡單的現(xiàn)場自適應(yīng)測量方法。

1.2 MNBs尺寸影響因素

影響氣泡大小的因素有很多，包括氣液流速、表面活性劑、水質(zhì)條件和氣體類型等，此外其大小還受到設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件的影響。研究表明，壓力影響氣泡的大小和密度，壓力越高氣泡越小，當(dāng)壓力超過3.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，MNBs的大小幾乎恒定（這里不考慮液柱壓力），存在確定最小尺寸的臨界壓力［6］。MNBs的大小還受到水和氣體注入速度的影響，如Zhang等［7］發(fā)現(xiàn)隨著液體流量的增大，射流速度增大，射流與管壁之間的沖擊強(qiáng)度增大，氣泡更容易破碎成較小的氣泡。環(huán)境水體中的有機(jī)物會(huì)使MNBs聚結(jié)，直徑增大，表面張力升高，出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象。而表面活性劑可以降低表面張力，抑制聚結(jié)現(xiàn)象，減小氣泡尺寸［8］。MNBs（Air、O2、O3和N2）的大小也是氣體溶解度的函數(shù)，溶解度最低的N2產(chǎn)生的氣泡最小，溶解度最高的O3產(chǎn)生的氣泡最大［1］。

1.3 MNBs的產(chǎn)生方式

目前，研究者們發(fā)現(xiàn)可以通過多種途徑產(chǎn)生MNBs。主要包括分散空氣法、溶氣釋氣法、超聲空化法、電解析出法、化學(xué)法等，具體的原理和優(yōu)缺點(diǎn)詳見表1。其中，前兩種方法在環(huán)境水體修復(fù)中最為常用；后三種方法適用于對氣泡尺寸精度要求較高的領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、船舶減阻等。氣泡產(chǎn)生的最新進(jìn)展是對現(xiàn)有不同技術(shù)進(jìn)行組合或改進(jìn)，如超聲-電化學(xué)法、氣體反復(fù)壓縮法等，這些方法具有設(shè)備維修方便、性能好、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，通過采用陳邦林等納微米氣液界面技術(shù)，利用機(jī)械分散與壓力溶氣相結(jié)合原理制造的金相微納泡系列通用型納微氣泡發(fā)生裝置，能在瞬時(shí)大量制造MNBs，可以廣泛應(yīng)用于土壤修復(fù)、河道治理、種植業(yè)等領(lǐng)域。

表1 MNBs發(fā)生方法及其優(yōu)缺點(diǎn)Tab.1 Methods of MNBs generation and their advantages and disadvantages

2 MNBs特性

2.1 氣泡上升速度及存在時(shí)間

上升速度是影響氣泡在水和溶液中行為的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。在沒有湍流的靜態(tài)條件下，可以用Stokes定律來描述氣泡的速度，上升速度v可以用氣泡直徑db、氣體密度ρt、液體密度ρl和黏度μ表示，如式（1）所示。

式中：g為重力加速度。

宏觀氣泡在水中會(huì)迅速上升到水面破裂，存在時(shí)間短，而MNBs在水中上升時(shí)會(huì)隨著表面張力增加而縮小尺寸。從式（1）可以看出，氣泡的上浮速度與氣泡直徑成正比，因此直徑小的MNBs上浮到達(dá)水面的時(shí)間比宏觀氣泡長，水中停留時(shí)間增加。Takahashi［13］研究指出，20μm的氣泡存在10 s左右，NBs可以停留幾個(gè)月；100μm以下的MBs上升速度，基本符合Stokes法則，但7μm以下的NBs幾乎沒有上升現(xiàn)象，明顯偏離該法則。由于NBs體積小、浮力小，所以NBs會(huì)在水中做布朗運(yùn)動(dòng)，不會(huì)上升至水面，直到氣泡收縮破裂，溶于水中而消失。

液體和氣體性質(zhì)對MNBs上升速度也有重要的影響。Parkinson等［14］證實(shí)了氣體相對分子質(zhì)量（Air、CO2、He和N2）對氣泡上升速度的影響，N2生成MBs的上升速度與H-R（Hadamard-Rybczynski）方程有很好一致性，而Air和He生成的MBs發(fā)生了偏移，超過預(yù)測值。Li等［15］發(fā)現(xiàn)污染水體中的分散顆粒會(huì)黏附在MBs上，降低其上升速度，與垂直速度相比，氣泡水平速度對傳質(zhì)的影響較小。

2.2 Zeta電位

Zeta電位是膠體體系中的電動(dòng)力學(xué)電位，是影響MNBs穩(wěn)定性的重要表面特性。由于靜電引力作用，Zeta電位絕對值較低會(huì)導(dǎo)致MNBs聚集，嚴(yán)重降低傳質(zhì)效率；電位對氣泡表面吸附性能影響也較大，電位值的高低很大程度上決定了MNBs界面的吸附性能，負(fù)電位越高，吸附能力越強(qiáng)。Ushikubo等［16］研究發(fā)現(xiàn)，雖然氧氣MNBs（電位－45～－34 mV）僅比氮?dú)釳NBs（電位－35～－29 mV）的電位值略高，但是由于MNBs數(shù)量巨大，對金屬離子的吸附能力前者要遠(yuǎn)強(qiáng)于后者［4］。

氣泡的Zeta電位與電解質(zhì)性質(zhì)、表面活性劑、pH、氣體類型等有關(guān)。通常，MNBs在pH為2～12的范圍內(nèi)都帶負(fù)電荷。MNBs的負(fù)電位與OH－從水分子中吸附到氣泡界面有關(guān)，氣泡與OH－的負(fù)電位作用機(jī)理，主要的解釋是：誘導(dǎo)OH－選擇性吸附的機(jī)制是基于H+和OH－的水合能和水分子在界面的偶極取向，H+和OH－的水合能分別為－1127和－489 kJ·mol－1。因此H+更有可能停留在本體水相中，OH－暴露到氣相。

添加二價(jià)Mg2+和Ca2+，MNBs的電位保持負(fù)值，但對于劑量大于5 mg·L－1的Al3+［17］，電位從－27 mV變?yōu)?0 mV。說明三價(jià)金屬離子可以快速吸附在氣泡表面，在界面處產(chǎn)生正電位。Takahashi［18］解釋高價(jià)離子增加氣泡的電勢與引力有關(guān)，由于引力取決于反離子的價(jià)態(tài)，高價(jià)態(tài)的離子比低價(jià)態(tài)的離子更容易被負(fù)極界面吸引。因?yàn)镸NBs在水體中以膠體形式運(yùn)移，所以氣泡的電位變化也可用Schulze-Hardy價(jià)數(shù)規(guī)則解釋，與膠體帶相反電荷的離子價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力愈大。因此，三價(jià)正離子比二價(jià)正離子更易使負(fù)電性氣泡轉(zhuǎn)變?yōu)檎娦詺馀荨?/p>

表面活性劑的加入也通過改變負(fù)離子吸附或陽離子解吸影響MNBs的電位。研究表明MNBs上的電荷取決于表面活性劑溶液及其在不同pH值下的電離特性。在pH＜12時(shí)陽離子表面活性劑十二烷基三甲基氯化銨（DTAC）能改變吸附在氣泡界面上的電荷，產(chǎn)生正電荷［19］。陰離子表面活性劑烷基糖苷（APG）和十二烷基硫酸鈉（SDS）溶液在所有pH值情況下都帶負(fù)電荷［20］。

2.3 產(chǎn)生羥基自由基

MNBs在水中不斷收縮的過程中，氣泡雙電層表面的電荷密度迅速增大，在氣泡破裂瞬間釋放能量，產(chǎn)生局部高溫高壓的極端條件，足以打開O-H鍵，促使水分解產(chǎn)生·OH。研究表明MNBs自由基生成機(jī)理不可能與空化氣泡相似，可能產(chǎn)生的機(jī)制見圖2［21］。

圖2 ·OH可能產(chǎn)生的機(jī)制［21］Fig.2 Possible generation mechanism of·OH

·OH的氧化還原電位為2.8 V，比O3（2.07 V）、H2O2（1.77 V）均高，可增強(qiáng)OMNBs的氧化作用，去除水中難降解污染物。盡管O3具有強(qiáng)氧化性，但O3是一種高度選擇性氧化劑，不能氧化分解某些有機(jī)物。Takahashi等［22］證實(shí)O3在單一反應(yīng)體系中不能氧化分解聚乙烯醇，但是以O(shè)3為載氣的MNBs溶液能夠有效地將有機(jī)物氧化，這是由于氣泡潰滅過程中氣-水界面的周圍離子會(huì)大量積累，塌陷氣泡周圍的環(huán)境可以促進(jìn)O3向·OH的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生大量·OH，氧化效果增強(qiáng)。

pH值、氣泡類型和數(shù)量對MNBs生成·OH有重要影響。pH為6時(shí)OMNBs將As（Ⅲ）轉(zhuǎn)化為As（Ⅴ）的速度比在pH為7時(shí)更快［23］，酸性條件下效果更好。pH從2增加到12，甲草胺的降解率增加了30%，溶液中OH－濃度的增加導(dǎo)致高pH值下·OH的生成［24］?，F(xiàn)階段的研究尚未闡明不同pH下自由基生成之間的差異。此外，MNBs的氣體類型也會(huì)影響MNBs破裂時(shí)產(chǎn)生的自由基數(shù)量。例如，氧氣MBs比氮?dú)釳Bs更有利于自由基的形成。

2.4 傳質(zhì)效率

MNBs在上升過程中受表面張力影響，氣泡會(huì)不斷收縮，氣泡越小在水中停留時(shí)間越長，氣體與液體接觸時(shí)間越長，傳質(zhì)能力越高。即使在溶解氣體飽和狀態(tài)，依舊可以保持高效傳質(zhì)能力?？梢酝ㄟ^測量體積傳質(zhì)系數(shù)來表征傳質(zhì)特性，如式（2）～（4）所示。

式（2）～（4）中：dC/dt為傳質(zhì)速率；Kl為液相傳質(zhì)系數(shù)；a為氣液界面面積；Cs為液體飽和濃度；Ct為任意t時(shí)液相氣體濃度；εg為氣含率；db為氣泡直徑；Vg為氣體體積；Vs為氣液溶液最終體積。

由式（2）～（4）可以得出傳質(zhì)效率取決于氣泡的大小分布、比界面面積、上升速度、溶質(zhì)性質(zhì)等因素。研究發(fā)現(xiàn)，平均粒徑58μm的MBs，傳質(zhì)系數(shù)和利用率是普通宏觀鼓泡系統(tǒng)的1.6～2.7倍和2.3～3.2倍；氧氣MNBs的平均增氧速率是MBs的127倍［25］。

3 MNBs在水體和多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律

MNBs在水體和多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律對環(huán)境水體的修復(fù)性能有重要影響。MNBs會(huì)對水的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響。MNBs的形成、收縮和消失有助于減弱水的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，加速水分子的流動(dòng)性［26］。流速、pH、氣泡大小和滲透系數(shù)會(huì)影響MNBs在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移。低流速時(shí)會(huì)增加MNBs吸附在多孔介質(zhì)中的幾率；而在高流速情況下，多孔介質(zhì)對MNBs輸運(yùn)影響很?。?7］。與直徑較小的MNBs相比，較大的MNBs更容易附著在多孔介質(zhì)上。粗砂（粒徑415～500μm）中MBs回收率接近100%，中砂（150～212 μm）和細(xì)砂（53～106μm）回收率分別下降到80%和30%［28］。低pH，NBs電位增加，降低了NBs和顆粒表面的排斥力，更容易附著；高pH，NBs更穩(wěn)定，降低了膠體的碰撞效率［29］。

李恒震［25］研究指出：①M(fèi)NBs在水體中以膠體形式運(yùn)移，運(yùn)動(dòng)速度與水流速度相同，具有很好的分散穩(wěn)定性。②在砂土、粉土中，無氣水滲透系數(shù)k1與MNBs水滲透系數(shù)k2比值在1附近，說明MNBs對土樣的滲透系數(shù)基本沒有影響；而在黏土中，k1與k2的比值接近9，對黏土的滲透系數(shù)影響較大。這可能是由于當(dāng)MNBs直徑大于孔隙直徑時(shí)，阻塞了孔隙通道，使溶解過程減慢，導(dǎo)致土體的滲透系數(shù)降低。③MNBs對土體的吸附能力很強(qiáng)，單位質(zhì)量土體吸附的MNBs存在峰值，并且氣泡在吸附之后存在時(shí)間明顯增長（水中存在時(shí)間10 h，吸附后存在時(shí)間72 h）。

4 MNBs修復(fù)環(huán)境水體研究進(jìn)展

綜上所述，基于MNBs特性修復(fù)環(huán)境水體的作用機(jī)理，如圖3所示。

圖3 MNBs修復(fù)環(huán)境水體機(jī)理Fig.3 Remediation mechanism of MNBs for environmental water

4.1 土壤-地下水污染修復(fù)

隨著石油開采、農(nóng)業(yè)污染、廢水排放，石油烴、重金屬和有機(jī)氯化物等已成為地下水的主要污染物。MNBs傳質(zhì)效率高、上升速率慢、有利于長時(shí)間保持水體中高含量溶解氧、增強(qiáng)地下水中的生物修復(fù)能力。目前圍繞MNBs強(qiáng)化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于土壤-地下水修復(fù)。

4.1.1 MNBs強(qiáng)化原位曝氣

Wang等［30］針對農(nóng)村富氨氮（NH4+-N）污水處理難度大的現(xiàn)實(shí)，將MNBs曝氣與地下水滲濾系統(tǒng)相結(jié)合，通過8個(gè)月的試驗(yàn)對其脫氮效果進(jìn)行了評價(jià)：MNBs曝氣能有效提高深層土壤入滲系統(tǒng)的脫氮能力，化學(xué)需氧量（COD）去除率高達(dá)95%，NH4+-N去除率達(dá)98.52%，總磷去除率達(dá)99.98%。

與宏觀氣泡相比，MNBs曝氣為生物膜提供更多的O2，增強(qiáng)生物活性；且小尺寸和高表面張力提高了MNBs附著在液固界面的幾率，縮短了氧擴(kuò)散距離，提供了影響生物膜表面特性的機(jī)會(huì)［31］。Choi等［32］使用以皂苷為主要成分的MBs懸浮液作為氧的載體，21 d后菌降解了約30%的菲，基于皂素的MBs在限氧環(huán)境下成功提高了砂土中有機(jī)污染物的好氧生物降解潛力。目前，關(guān)于MNBs對微生物群落結(jié)構(gòu)影響的文獻(xiàn)還很少。

4.1.2 MNBs強(qiáng)化抽出處理

李恒震［25］將MNBs通入受污染地下水上游設(shè)置的注水井內(nèi)，同時(shí)在下游設(shè)置抽水井，使受污染的水體流動(dòng)起來，形成地下水流場。MNBs隨地下水流動(dòng)運(yùn)移至污染區(qū)域，分解污染物或?yàn)槲⑸镅a(bǔ)充電子受體/供體，促進(jìn)了有機(jī)污染物的降解去除；同時(shí)在污染區(qū)域下游抽水，可以防止污染物的擴(kuò)散，將抽取的污染地下水在地表繼續(xù)處理。

4.1.3 OMNBs

O3因其極強(qiáng)的氧化能力而被廣泛應(yīng)用于水處理中，但由于O3在水相中的溶解度較低，分解速度快，限制了其在地下水修復(fù)中的應(yīng)用，因此急需采用可以延長水相O3反應(yīng)活性的方法。MNBs技術(shù)能有效提高O3的氧化能力和水相存在時(shí)間，降低反應(yīng)所需要的濃度閾值。

如Sung等［33］為了研究O3對土壤中三氯乙烯（TCE）殘留液的促進(jìn)溶解作用，進(jìn)行了水沖和O3水沖兩種處理方法。O3的加入可不同程度提高TCE的溶解速率。Hu等［34］通過柱試驗(yàn)研究了OMNBs對有機(jī)污染地下水的修復(fù)效果，OMNBs在不同鹽度下穩(wěn)定保持負(fù)電荷，可用于不同鹽度地下水的修復(fù)。

4.2 降低湖泊富營養(yǎng)化

4.2.1 提高溶氧量

水體溶解氧是維持水環(huán)境生態(tài)平衡和有機(jī)物被分解轉(zhuǎn)化的重要條件。汪敏剛［35］提出將NBs結(jié)合氣浮和生態(tài)浮島治理富營養(yǎng)化湖泊的綜合技術(shù)。通過3個(gè)月治理，溶解氧（DO）由0.5 mg·L－1提升至5.0 mg·L－1，COD、氨氮和總磷分別由37.0、20.0和3.5 mg·L－1降至25.0、11.0和1.1 mg·L－1，并且明顯改善了湖泊浮游藻類和底泥微生物的優(yōu)勢種群，強(qiáng)化了湖泊生態(tài)系統(tǒng)。

4.2.2 沉積物鎖氧沉積物缺氧通常被認(rèn)為是沉積物內(nèi)部磷釋放到水體中的一個(gè)誘因，沉積物中磷的內(nèi)部負(fù)荷可以持續(xù)促進(jìn)水體富營養(yǎng)化，是威脅水生生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)鍵因素。Zhang等［36］以氧NBs改性的天然沸石作為蓋層劑，在缺氧沉積物和上覆水體之間形成由載氧材料組成的鎖氧層。在這一層中，氧的擴(kuò)散和保留的協(xié)同作用有助于增加溶解氧和逆轉(zhuǎn)缺氧條件，上覆水中的溶解氧從1.5 mg·L－1迅速提高到3.5～4.0 mg·L－1，沉積物中氧的穿透深度從0 cm左右顯著提高到3 cm，該層可持續(xù)逆轉(zhuǎn)沉積物-水界面缺氧狀態(tài)數(shù)月。

4.3 污染河流的控制與改善

Meegoda等［37］介紹了一種利用OMNBs和超聲波結(jié)合凈化污染河流沉積物的新型技術(shù)。超聲波能量提供攪拌破碎作用，使沉積物保持懸浮狀態(tài)。MNBs有助于溶解水中的O3氣體，增強(qiáng)在液相中的穩(wěn)定性，提高O3的反應(yīng)活性。Hewa［38］采用超聲波和臭氧NBs技術(shù)對帕薩克河沉積物進(jìn)行原位修復(fù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超聲結(jié)合臭氧NBs高于單個(gè)技術(shù)的去除效率，有機(jī)物三苯基和無機(jī)污染物鉻的去除率分別為92%、98%。但發(fā)現(xiàn)較高的超聲功率對NBs的產(chǎn)生有負(fù)面影響，大量的NBs聚結(jié)并形成MBs；隨著超聲時(shí)間的延長，超聲波和水相互作用產(chǎn)生大量的熱量，使水中溶解的O3氣體有所減少。有必要繼續(xù)研究超聲波功率、超聲時(shí)間對NBs的影響。

4.4 海洋溢油污染砂

海洋石油泄漏所釋放的各種有機(jī)污染物會(huì)嚴(yán)重影響濱線砂體的理化性質(zhì)。由于油污染物的高黏度，它們比絮凝體更容易附著在砂中，Kim等［6］用MNBs水代替正常的洗滌水，利用泡沫破裂能量來分離附著在砂上的油污染物，且發(fā)現(xiàn)氣泡破裂產(chǎn)生的力隨著氣泡尺寸的減小而增大，分離過程中利用氣泡的浮力將廢油浮起。由于MNBs的疏水性和對油品的良好親和力，可以有效地防止去除油品在砂表面的再附著。

為探究海洋溢油污染砂的真實(shí)水環(huán)境條件，Sun等［39］使用自來水和鹽水作為生成MBs的介質(zhì)。自來水MBs可以使溢油污染砂中油脂全部去除，鹽水MBs的除油效果略低，但仍能達(dá)到90%。這表明在水中加入NaCl可以降低MBs的Zeta電位，從而降低MBs之間的靜電斥力，導(dǎo)致MBs聚結(jié)，形成大氣泡，因此，在NaCl的作用下，MBs爆破產(chǎn)生的物理力會(huì)減弱。鹽度對MBs在海洋溢油污染砂修復(fù)中的影響還需進(jìn)一步的系統(tǒng)研究。

5 展望

（1）生成MNBs的方法多種多樣，但氣泡大小分布不均勻，NBs的數(shù)目仍然很少，且現(xiàn)有的NBs檢測手段受各種因素的制約，阻礙了對MNBs性質(zhì)的深入探索。另外，體相NBs的穩(wěn)定性問題尚未解決，需要進(jìn)一步研究和完善。

（2）MNBs對于多孔介質(zhì)滲透系數(shù)的影響和在多孔介質(zhì)顆粒表面的吸附性質(zhì)尚不明確，MNBs在黏土層的應(yīng)用尚需進(jìn)一步研究，在非均勻介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律尚不清晰。MNBs其他特性（如傳熱性、黏度）及其影響因素研究缺乏。這都影響MNBs在環(huán)境水體修復(fù)中的實(shí)際應(yīng)用。

（3）MNBs的傳質(zhì)效率、運(yùn)移規(guī)律和與污染物的反應(yīng)機(jī)理建模方法很少。建?？梢詫?shí)現(xiàn)在沒有實(shí)驗(yàn)的情況下模擬和更好地理解MNBs的作用過程。

（4）MNBs技術(shù)與氣體結(jié)合方面的研究存在很大欠缺，不同氣體MNBs的物理狀態(tài)和電位不同，具有不同的傳質(zhì)效率和活性氧生成能力。不同氣體MNBs與傳統(tǒng)曝氣、氧化技術(shù)如何聯(lián)合應(yīng)用，如何優(yōu)化協(xié)同條件，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步確定。

作者貢獻(xiàn)聲明：

代朝猛：提出論文的總體思路，對論文總體架構(gòu)指導(dǎo)撰寫，甄別重要文獻(xiàn)，全文審閱。

張峻博：架構(gòu)論文的整體邏輯性，篩選文獻(xiàn)，提取各個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，撰寫初稿，完成后續(xù)修改。

段艷平：優(yōu)化論文結(jié)構(gòu)，對論文修改完善。

賴小瑩：對論文提出建設(shè)性意見。

李繼香：對論文提出指導(dǎo)性建議。