随着中国经济的发展,人民的生活水平的提升,污水排放量连年增加且污水中主要污染物浓度的不断上升,污水处理形势愈加严峻。活性污泥法及臭氧氧化法是污水处理中最常使用的两种工艺,曝气是这两工艺中最重要的环节之一,曝气效率的高低直接关系到污水处理的效率。微纳米气泡具有比表面积大、上升速度慢等特点,能极大增加曝气的效率,但现有微纳米气泡发生器体积大、操作复杂限制了其在工业领域的应用。针对这一问题,本文提出一种新型的微纳米气泡发生器设计方法,省去了高压气泵及溶气罐,精简了微纳米气泡发生器的结构,并降低了其操作难度。后续在搭建的曝气性能试验台上,通过改变节流孔孔径及气液比对微纳米气泡发生器的曝气性能进行了测试。初步试验结果显示,装置在气液比过高时,由于大量气体无法溶解于水中,导致了曝气性能恶化的问题。据此对装置进行改进,增加气液分离罐以解决此问题,同时进一步提高装置的性能并降低操作难度。增加气液分离罐后装置的曝气性能随孔径的增大先增大后减小,同时随气液比的增大而增大,但过高的气液比,会导致氧利用率的降低,气液比为12%时,出现装置工作失常的情况。在孔径为4.5mm、气液比为10%时,装置达到最佳曝气性能,对应的压强为0.24MPa,此时装置的标准氧体积传质系数为0.212min^-1,充氧能力为0.00584kg/h,氧利用率为17.7%,生成的微纳米气泡平均直径为38μm。气液分离罐能明显地提高微纳米气泡发生器的性能,同时遏制气液比过高导致的性能恶化。在节流孔孔径为4.5mm、气液比为10%,装置改进前后的标准氧体积传质系数、充氧能力及氧利用率分别为0.123 min^-1、0.00339kg/h、10.2%和0.212min^-1、0.00584kg/h、17.7%,后者的曝气性能是前者的1.72倍,微纳米气泡的平均直径分别为88μm和38μm。微纳米气泡臭氧氧化处理厌氧发酵沼液的效率受到臭氧流量的影响,并且存在最佳反应时间。工艺的最佳工况为臭氧流量40L/h,反应时间90分钟,此时COD去除率为35.5%,色度去除率为45.9%,可生化性的比值为26.2%。微纳米气泡曝气技术能有效提高臭氧氧化的性能,当臭氧流量为40L/h、反应时间为90分钟时,微纳米气泡曝气试验组的COD去除率、可生化性比值和色度去除率分别是砂石曝气试验组的1.6倍、1.4倍及2.1倍,同时单位COD去除成本仅为前者的71.5%。