城市污水二级出水中残余有大量溶解性有机物（DOM）,以及N、P等营养元素,成为城市水环境污染负荷的主要来源之一,引起了水体富营养化、水质恶化等一系列环境问题。而开发高效、低成本的污水深度处理技术,提高城市污水深度处理与再生利用,对缓解缺水城市水资源不足、控制水体污染、改善水环境质量具有重要意义。与传统曝气技术相比,微纳米气泡技术具有“比表面积大”、“上升速度慢/悬浮稳定性好”、“增压溶解”、“氧传质效率高”等优点,并表现出替代或提高当前处理工艺效率的潜力。在污水深度处理方面,微纳米气泡技术不仅可以作为一种经济有效的供氧方法,而且可以在无外加药剂的条件下,利用微纳米气泡破碎的过程中产生的羟基自由基（·OH）等活性氧（ROSs）去除污水中难降解有机污染物及病原体,因此极具应用潜力。但目前利用微纳米气泡产生ROSs的研究主要在纯水中进行,在废水复杂成分的影响下,ROSs的产生效果及有待评价,实际污水深度处理效果也有待评估。本文首先在实验室中利用高速高分辨率相机拍摄、单气泡捕捉矢量计算与宏观气-水界面线迁移速率法、亚甲基蓝（MB）分光光度法等方法,对空气微纳米气泡尺寸、运动特性、·OH产生等特性进行了分析,并对比了微纳米气泡与普通气泡的复氧效果。结果表明:（I）实验采用气液二相流混合剪断法制备的气泡直径在200 nm-20μm之间,属于微纳米气泡。（II）微纳米气泡气-液界面上升速率为1.847mm/s,在水中具有较长的停留。（III）空气微纳米曝气过程中产生了·OH,并与MB结合使其浓度降低;且与溶液p H=7的中性条件相比,在p H=3或p H=9的酸性或碱性条件下·OH的产生量更高。（IV）与普通气泡（直径4mm）相比,微纳米气泡直径小、在水中停留时间长、充氧能力更强。相同条件下,微纳米气泡爆气DO浓度是普通曝气的5倍以上;氧气微纳米气泡气复氧效果优于空气微纳米气泡。然后,以长春市某城市活污水处理厂一级A标准二级出水为研究对象,分别进行了空气和臭氧（O3）微纳米气泡曝气污水深度处理实验,结果表明:（I）空气微纳米曝气对曝气2h后,二级出水总磷（TP）、总氮（TN）去除率分别约为4%和10%;蛋白质含量先增加后下降,最后趋于稳定;而溶解性总固体（TDS）、化学需氧量（COD）和总有机碳（TOC）无明显变化。空气微纳米曝气对二级出水中总磷（TP）、总氮（TN）具有一定的去除效果,但总体来看污染物去除效果不佳。（II）进一步开展O3微纳米曝气（O3-MNB）处理二级出水实验,发现O3-MNB水中O3浓度上升速度明显快于传统曝气（O3-Ma B）,最大的O3浓度约为O3-Ma B的2倍。O3-MNB对二级出水中COD的去除率为27.27%,明显优于O3-MaB。并且,由于O3-MNB由于具体更高的曝气效率、O3利用率和·OH产生量,使O3-MNB对废水中难降解性的有机物具有更好的降解效果,从而提高了废水的可生化性;同时也能起到良好的灭菌效果,有利于废水的深度处理。最后,将微纳米气泡曝气技术应用于低浓度垃圾渗滤液深度处理的实际工程中。在通过试验优化微纳米气泡曝气系统设置方案的基础上。工程首先对低浓度垃圾渗滤液蓄水池进行空气微纳米气泡曝气处理（第一阶段）,处理周期为30d。经30d空气微纳米气泡曝气处理后,COD浓度由原水的130mg/L降到104mg/L。去除效率为20%;NH3-N的浓度由11.2mg/L降到了8.3mg/L,去除效率为25.8%;TN和TP的去除率均较低,分别为15.2%和3.5%。COD的去除主要发生在处理的前7d左右,到20天左右的时候COD的浓度变化较小,渗滤液废水复杂的水质条件,对空气微纳米气泡曝气过程·OH的产生影响较大。由于,第一阶段空气微纳米气泡曝气处理未达到处理目标要求,工程采用O3微纳米气泡继续对低浓度垃圾渗滤液蓄水池进行强化曝气处理（第二阶段）,经30d的O3微纳米气泡曝气处理后,COD的去除效率达到了63.8%,浓度降到了38mg/L。NH3-N浓度由8.6mg/L降到了1.6mg/L,去除率达到了81.4%。COD、NH3-N满足了《地表水质量标准GB3838-2002》中V类水的要求;色度、SS、TN、TP、粪大肠菌群等指标也均达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）中相关水污染物排放限值要求。工程达到处理目标要求。