臭氧微纳米气泡曝气技术的起源与发展

臭氧微纳米气泡曝气技术的起源与发展

臭氧微纳米气泡曝气技术起源于2000年代初的日本，依托其基础研究优势迅速实现工程化应用。中国在后期通过技术引进与自主创新，逐步扩大应用场景。未来，该技术将向智能化、多场景耦合方向发展，成为水环境治理与生态修复的核心手段之一。

微纳米气泡的概念最早可追溯至1981年，Johnson等提出体相纳米气泡（Bulk Nanobubble）的存在假说；1994年Parker等在研究疏水表面相互作用时进一步提出界面纳米气泡理论。但直到2000年初，Lou等和Ishida等通过原子力显微镜（AFM）首次直接观测到纳米气泡，才为该技术奠定实验基础。

2000年代，微纳米气泡的物理特性（如高稳定性、高传质效率）逐渐被揭示，其应用从工业清洗、水产养殖扩展至水处理领域。例如，日本学者在2000年代初期开始探索微纳米气泡在废水处理中的潜力。

臭氧与微纳米气泡的结合始于2010年代。研究表明，微纳米气泡可显著提升臭氧的溶解度和氧化效率，尤其是通过催化氧化技术分解难降解有机物（如硝基苯、多环芳烃）

早期研究以欧美和日本为主导。日本庆应大学自2000年代起系统开展微纳米气泡的生成机制与应用研究，涉及水处理、生物医学等领域。欧美学者则聚焦于纳米气泡的稳定性与界面化学特性。

我国在2010年后加速跟进，初期以技术引进为主。我国企业基于国外技术改进开发了微纳米曝气机，应用于黑臭河道治理。国内高校有同济大学、哈尔滨工业大学等逐步开展相关研究，重点探索臭氧微纳米气泡在饮用水处理和工业废水中的应用。

日本在该领域确实处于技术前沿，日本学者对纳米气泡的稳定性机制（如表面电荷调控、气泡合并抑制）有深入解析，相关成果发表于《Langmuir》《Water Research》等顶级期刊。

工程化应用成熟，日本荏原制作所开发了多代微纳米气泡发生装置，应用于地下水修复、水产养殖增氧等场景，技术成熟度高,政策支持力度大，日本政府将微纳米气泡技术纳入“绿色技术创新计划”，推动其在环境修复领域的规模化应用。

全球应用与后续研究进展

1.水处理领域

日本：将臭氧微纳米气泡用于饮用水厂前/后臭氧段，提升有机物去除率如UV254去除率提升31%。

中国：开发耦合陶瓷膜的臭氧微纳米气泡装置，解决工业废水COD和色度问题。

欧美：侧重于地下水原位修复，利用微纳米气泡延长氧气传质时间，抑制厌氧菌活动。

2.农业与环境修复

日本推广微纳米气泡水用于土壤消毒和温室病害防治，减少农药使用。

中国研究其在盐碱地改良中的作用，通过增氧促进植物根系活性。

3.新兴方向

（1）催化氧化：负载型催化剂（如Mn/Mg/Ce@Al?O?）与微纳米气泡结合，强化羟基自由基生成，提升硝基苯降解效率至89.42%。

（2）智能化控制：结合物联网技术实现曝气参数实时优化，降低能耗。