CN103601258A - 用于水处理的装置和方法 - Google Patents

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R·H·鲍曼
S·R·亚当斯
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Abstract

本发明描述了一种涉及模块化水处理装置的装置和方法，所述模块化水处理装置利用与静态混合相结合的侧流注射。所述装置和方法利用臭氧，使用或不使用过氧化氢，用于对存在于废水中的污染物进行有效消毒和/或使存在于废水中的污染物去污染。经过消毒、去污染的水适于再利用。

Description

用于水处理的装置和方法
本申请是申请号为200980118253.6、申请日为2009年03月20日、发明名称为“用于水处理的装置、系统和方法”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年3月21日提交的题为“Treatment Of ReclaimedWater（再生水的处理）”的美国临时申请No.61/070,288以及于2008年4月3日提交的题为“Modular Sidestream Apparatus For Water Treatment（用于水处理的模块化侧流装置）”的美国临时申请61/072,991的优先权。这两个文件的全部内容引入本申请中以作参考。
技术领域
本申请的装置、系统和方法涉及水处理。更具体地，本申请涉及一种用于除去水污染物的模块水处理装置，该装置利用与静态混合相结合的侧流注射（sidestream injection）。本申请还涉及在再生的或其它废水中对污染物进行去污染并对病原体进行消毒。
背景技术
降低对新鲜水的需求的一种方式是使废水再生，以用于人和动物消费及其它用途。但是，公众关注残留的污染物，例如内分泌干扰化合物剂（EDC）、药物活性化合物（PhaC）、病原体和其它污染物，由于公众对于再生水的认可有限，因而减缓了水处理技术的应用。有机化合物污染物中特别关注的污染物有乙炔基雌二醇、三氯生（triclosan）、DEET、表面活性剂、壬基酚（NP）、三氯生（TCS）和双酚-A（BPA）。特别关注的生物污染物为病原体，例如大肠杆菌、脊髓灰质炎病毒和隐孢子虫（Cryptosporidium）。
对残留的生物污染物和化学污染物的关注促进了各种关于公共水供应的法律、规章和标准的采用，例如California Code of Regulations（加州管制法规）（CCR）第22号。除标准以外，第22号法规要求废水经过氯消毒法处理，接着过滤，第22号法规还提供了基于峰值干燥气候设计流动，在不低于450毫克分钟/升（mg-min/L），并且模态接触时间（modal contact time）为至少90分钟时，产品的总氯残留量和模态接触时间；或者当消毒过程与过滤过程结合时，证实该消毒过程已经使在废水中99.999%的F-特异性细菌噬菌体MS2或脊髓灰质炎病毒的噬斑形成单位（pfus）失活和/或被清除。至少与脊髓灰质炎病毒一样抗消毒的病毒可以用来证明。第22号法规还要求：（a）总大肠杆菌的中值浓度（median concentration）不超过2.2MPN/100mL，（b）在30天的时间内，在任何一个样品中存在的大肠杆菌不超过23MPN/100mL，以及（c）没有样品含有超过240MPN/100mL的大肠杆菌。第22号法规还要求脊髓灰质炎病毒含量至少下降5个数量级（5-log），或者在合适的代表性的水生病毒方面具有等值的下降。许多州（state）有类似的规章和标准。
彻底除去大肠杆菌、病毒和其它生物污染物通常被称为“消毒”，这增加了将废水再生的成本，特别是使用常规的水处理方法，例如反渗透（RO）、超滤（UF）和高级氧化法（advanced oxidative procedure）（AOP），其中建立一个1百万加仑/天（1meg gpd）处理设备的成本为一千万美元左右。
臭氧可单独（或与氧气或空气组合）用于“臭氧溶解”法中，以氧化许多水生污染物。该方法较廉价，特别是当场产生臭氧时。臭氧与过氧化氢结合可用于“高级氧化”法中，该“高级氧化”法产生羟基自由基（参见下面的方程式1），羟基自由基在除去一些污染物方面还更有效。
2O3+H2O2→2OH˙+3O2   （方程式1）
使用臭氧（O3）或与过氧化氢(H2O2)组合的臭氧的水处理技术能有效地破坏存在于受污染的水中的有机化合物，但是实施该方法所需的设备的成本和复杂性妨碍了其广泛使用。
需要更有效并易于安装、操作和优化臭氧溶解和高级氧化的用于去除水污染物的装置，该装置能够结合于新设备的设计中并适于现有的处理设备。
发明内容
下面描述和说明的以下方面及其实施方式用于举例和说明，而不是要限制本发明的范围。
在一个方面，本发明提供了一种用于从进水（influent water）中除去污染物的装置。该装置包括适于装配在水处理装置中的多个模块，所述多个模块包括至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构（sidestreamconfiguration）中与部分进水预混合的氧化剂，以及至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合。所述混合器模块适于与所述注射器模块的下游连接，并且所述注射器模块和混合器模块进一步适于将任何数量的注射器模块和任何数量的混合器模块装配在所述装置中，该装置用于在单程、活塞式流动结构中从进水中除去污染物，选择注射器模块和混合器模块的数量，以从所述进水中除去污染物。
在一些实施方式中，所述氧化剂为臭氧。
在一些实施方式中，所述至少一个注射器模块包括至少两个注射器模块，第一注射器模块用于注射在侧流结构中与第一部分进水预混合的臭氧，且第二注射器模块用于注射在侧流结构中与第二部分进水预混合的过氧化氢。
在一些实施方式中，所述至少一个混合器模块为至少两个混合器模块，第一混合器模块与所述第一注射器模块的下游连接，且第二混合器模块与所述第二注射器模块的下游连接。
在一些实施方式中，用于注射过氧化氢的所述第二注射器模块位于用于注射臭氧的所述第一注射器模块的上游。
在一些实施方式中，所述静态混合部件选自叶片型混合部件和翼片型（tab-type）混合部件。
一些实施方式包括在所述注射器模块和混合模块上游的预混模块。在一些实施方式中，所述预混模块用于在与臭氧接触之前向所述进水中添加过氧化氢。
一些实施方式包括在所述注射器模块和混合模块下游的接触器模块。
在一些实施方式中，所述至少一个注射器模块和至少一个混合器模块共用一个公用的外壳，其中，所述至少一个注射器模块位于所述至少一个混合器模块的上游。
在一些实施方式中，所述至少一个注射器模块为多个注射器模块，并且所述至少一个混合器模块为多个混合器模块，并且所述多个注射器模块和混合器模块在所述装置中交替排列。
在一些实施方式中，每个注射器模块包括至少一个注射器。
在一些实施方式中，每个注射器模块包括多个注射器，这些注射器被配置成使在侧流中预混合的氧化剂的溶解最大化。
在一些实施方式中，所述装置用于改进现有的水处理设备，并且其中，将所述装置安装在所述设备中，随后通过增加或减少注射器模块和/或混合器模块来优化效率和性能。
在一些实施方式中，用选自由以下特性组成的组的流出水的特性来衡量增加或减少模块的效果：
（i）预定的残余的污染物的水平，
（ii）溶解的残余的臭氧的水平，
（iii）残余的过氧化氢的水平，以及
（iv）水质。
在另一方面，本发明提供了一种侧流装置，该侧流装置用于从进水中除去污染物。该装置包括适于装配在所述装置的主反应器内的多个模块，所述多个模块包括至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构中与部分进水预混合的氧化剂，以及至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合。该装置还包括适于装配在至少一个侧流内的多个模块，所述多个模块包括至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射与部分进水预混合的氧化剂，以及至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，其中，将在侧流中与进水预混合的氧化剂引入所述主反应器中，以促进氧化剂的溶解，并且进一步地，其中，在安装之后，能够将额外的注射器模块和/或混合器模块添加到所述侧流和/或所述主反应器中，以优化所述装置。
在一些实施方式中，所述至少一个侧流为至少两个侧流，包括用于注射并混合臭氧的第一侧流以及用于注射并混合过氧化氢的第二侧流。
在另一个方面，本发明提供了一种用于除去污染物的方法，所述污染物使得进水供应具有令人不愉快的味道或气味。该方法包括：在过氧化氢存在下，使进水与臭氧接触，以产生去污染的出水，并将所述出水提供给消费者，其中，所述出水中具有令人不愉快的味道和气味的污染物的水平得到降低。
在一些实施方式中，该方法实现了对出水的消毒。
在一些实施方式中，无需事先加入消毒剂，进行在过氧化氢存在下与臭氧的所述接触。
在一些实施方式中，所述流出水不含有消毒剂。
在一些实施方式中，该方法还包括将消毒剂添加到所述出水中的步骤。
在一些实施方式中，使所述进水供应具有令人不愉快的味道或气味的污染物选自土臭味素和2-甲基异冰片（MIB）。
在一些实施方式中，所述进水为地表水或地下水。
在一些实施方式中，在过氧化氢存在下，使所述进水与臭氧接触还能除去毒性有机污染物。
在一些实施方式中，所述毒性有机污染物选自内分泌干扰化合物（EDC）、药物活性化合物（PhaC）、病原体、壬基酚（NP）、三氯生（TCS）、双酚-A（BPA）、雌二醇等价物（EEQ）和N-亚硝基二甲胺（NDMA）。
在一些实施方式中，所述接触在用于从进水中除去污染物的装置中进行。在这些实施方式中，所述装置包括适于装配在水处理装置中的多个模块，所述多个模块包括至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构中与部分进水预混合的氧化剂，以及至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合，其中，所述混合器模块适于与所述注射器模块的下游连接，并且所述注射器模块和混合器模块进一步适于将任何数量的注射器模块和任何数量的混合器模块装配在所述装置中，该装置用于在单程、活塞式流动结构中从进水中除去污染物，选择注射器模块和混合器模块的数量，以从所述进水中除去预定量的污染物。
在一些实施方式中，所述接触在用于从进水中除去污染物的装置中进行。在这些实施方式中，所述装置包括适于装配在所述装置的主反应器内的多个模块，所述多个模块包括至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构中与部分进水预混合的氧化剂，以及至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合，以及适于装配在至少一个侧流中的多个模块，所述多个模块包括至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射与部分进水预混合的氧化剂，以及至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，其中，将在侧流中与进水预混合的氧化剂引入所述主反应器中，以促进氧化剂的溶解，并且进一步地，其中，在安装之后，能够将额外的注射器模块和/或混合器模块添加到所述侧流和/或所述主反应器中，以优化所述装置。
在又一个方面，本发明提供了一种用于改良的将含生物污染物的再生废水消毒的改进的方法，所述生物污染物选自大肠杆菌和脊髓灰质炎病毒。该方法包括：（a）使用臭氧处理再生的水，臭氧的剂量和处理时间足以将大肠杆菌和脊髓灰质炎病毒的水平降低至例如州法律（例如2008年或将来的某一日期加州管制法规中的第22号）所要求的水平，以及（b）将在（a）中处理过的水引入公共水供给系统中。
在一些实施方式中，所述臭氧的剂量为5μg/mL或更多。
在一些实施方式中，加入过氧化物，以减少溴酸盐的形成。
在一些实施方式中，加入过氧化物，以促进痕量有机化合物的破坏。
在一些实施方式中，加入过氧化物，以缩短与臭氧的接触时间。
在一些实施方式中，在（a）中的所述处理还足以将选自由壬基酚（NP）、三氯生（TCS）和双酚-A（BPA）组成的组的有机化合物去除至所需的水平或者州或联邦政府要求的水平，例如加州管制法规，2008，第22号所要求的水平。
在一些实施方式中，在（a）中的所述处理将总大肠杆菌的水平降至所需的水平或者州或联邦政府要求的水平，例如加州管制法规的第22号所要求的水平。
在一些实施方式中，在（a）中的所述处理将粪便中的大肠杆菌的水平降至低于可检测水平。
在一些实施方式中，在（a）中的所述处理将脊髓灰质炎病毒的水平降至所需的水平或者州或联邦政府要求的水平，例如加州管制法规的第22号所要求的水平。
在一些实施方式中，基于MS2大肠杆菌噬菌体的水平来计算脊髓灰质炎病毒的水平。
在具体的实施方式中，基于在相同条件下MS2大肠杆菌噬菌体水平的下降与脊髓灰质炎病毒水平的下降之间的相关性来计算脊髓灰质炎病毒的水平。
在具体的实施方式中，脊髓灰质炎病毒的水平下降5个数量级相应于MS2大肠杆菌噬菌体下降6.5个数量级。
由以下描述、附图、实施例和权利要求将显而易见到本发明的方法、组合物等等的额外的实施方式。由前述和以下说明可以理解的是，本文所述的每一个特征以及两个或更多个这些特征的每一个组合包括在本发明公开的范围内，条件是在该组合中所包括的特征不能相互不一致。此外，任何特征或多种特征的组合可具体从本发明的方法和组合物的任何实施方式中排除。在以下描述和权利要求中提出额外的方面和优点，特别是当结合所附实施例和附图进行考虑时提出额外的方面和优点。
附图说明
图1为模块化侧流装置的一种实施方式的示意图。
图2A至图2B为一种示例性的主反应器或侧流的侧视图。
图2C说明包括主反应器和两个侧流的一种示例性装置。
图3A至图3E为具有不同的注射器结构的注射器模块的侧视图（图3A至图3B）和截面图（图3C至图3E）。
图3F为一种示例性的注射器的侧视图。
图4A至图4D为具有不同的混合器结构的混合器模块的侧视图（图4A和4C）和截面图（图4D）。
图5为一种用于通过侧流接受臭氧和过氧化氢的示例性的模块化的主反应器装置的侧视图。
图6为显示使用常规的臭氧处理或通过高压氧化处理，土臭味素和MIB作为臭氧浓度的函数而下降的图。
图7为显示使用常规的臭氧溶解处理或高级氧化，土臭味素作为臭氧浓度的函数而下降的图。
图8为显示使用常规的臭氧溶解处理或高级氧化，土臭味素和MIB作为臭氧浓度的函数而下降的图。
图9为显示使用常规的臭氧溶解处理或高级氧化，土臭味素和MIB作为臭氧浓度的函数而下降的图。
图10为显示在可进行比较的处理条件下，脊髓灰质炎病毒的下降与MS2病毒的下降之间的相关性。
图11为显示使用中级过滤（media-filtered）的水，MS2作为臭氧剂量的函数而下降的图。
图12为显示使用中级过滤的水，MS2作为接触时间（CT）的函数而下降的图。
图13为显示使用微过滤（microfiltered）的水，MS2作为臭氧剂量的函数而下降的图。
图14为显示使用微过滤的水，MS2作为接触时间（CT）的函数而下降的图。
图15至图16为显示使用不同的用于臭氧注射的结构，MS2作为臭氧剂量的函数而下降的图。
图17为显示总大肠杆菌作为臭氧剂量的函数而下降的图。
图18为显示总大肠杆菌作为接触时间（CT）的函数而下降的的图。
图19为说明进水的pH对消毒的影响的柱状图。
图20至图21为显示痕量有机污染物作为臭氧剂量的函数而下降的图。
图22为显示作为臭氧计量的函数的溴酸盐的形成的图。
图23为显示加入和不加入过氧化物，在微过滤的水的MS2下降以及在中级过滤的水中的MS2下降。
图24为一种示例性装置的示意图。
图25为说明与图24的装置结合使用的实验和设备设置的表格。
图26为说明使用图24的装置，使用或不使用过氧化氢，使用臭氧处理的废水的试验结果的表格。
图27为显示作为臭氧剂量的函数的雌二醇等价物的破坏响应的图。
图28为显示作为臭氧剂量的函数的吉非贝齐（Gemifibrozil）的破坏响应的图。
图29为显示作为臭氧剂量的函数的布洛芬（Ibuprofen）的破坏响应的图。
图30为显示作为臭氧剂量的函数的三氯生的破坏响应的图。
图31为显示作为臭氧剂量的函数的咖啡因的破坏响应的图。
图32为显示作为臭氧剂量的函数的氟西汀（Fluoxetine）的破坏响应的图。
图33为显示作为臭氧剂量的函数的联磺甲氧苄啶片（Sulfamethoxazole）的破坏响应的图。
图34为显示作为臭氧剂量的函数的甲氧苄啶（trimethoprim）的破坏响应的图。
图35为显示作为臭氧剂量的函数的乙炔基α-雌二醇-17的破坏响应的图。
图36为显示作为臭氧剂量的函数的碘普胺（Iopromide）的破坏响应的图。
图37为显示作为臭氧剂量的函数的大肠杆菌（E.Coli.）的破坏响应的图。
图38为显示作为臭氧剂量的函数的UV透射率的破坏响应的图。
具体实施方式
本申请描述了涉及使用臭氧和任选的过氧化氢进行水处理的装置、系统和方法。更具体地，本发明的装置、系统和方法涉及一种模块化设计的、活塞式流动水处理装置，其特征在于侧流注入臭氧和任选的过氧化氢，与积极（aggressive）静态混合结合，以使氧化剂在进水中的溶解最大化。通过侧流混合引入臭氧和过氧化氢确保上述试剂在主反应器中的溶解和分散最大化，带来高的传质效率，从而能够使用较低剂量的氧化剂，而无需延长进水在主反应器中的停留时间或使进水循环通过主反应器。该装置对用于低剂量、高流速、单程水处理应用而言是理想的，例如用作适于饮用的水（包括生活饮用水），用于灌溉、工业应用、卫生间冲洗，等等，或者用于排放至环境（例如：湖泊、溪流或其它水体）中的水处理。
I.模块化设计、活塞式流动水处理装置
一种示例性的装置100的示意图示于图1。待处理的水进入主反应器110的进水口101，而处理过的水由出水口102离开。将一部分进水从主反应器110引出，用于臭氧侧流反应器，在该实施方式中，该臭氧侧流反应器包括位于静态混合器119上游的臭氧注射器117。通过侧流反应器在注射点107注射至主反应器110中的臭氧可以与其它的静态混合器109接触，以促进臭氧溶解于主反应器110中的进水中。可在相对于水为正压下将臭氧引入侧流中，或者例如通过文丘里效应而离析（educt）进入侧流中。
在一些结构中，从主反应器110中引出第二部分进水，用于过氧化氢侧流反应器，该过氧化氢侧流反应器包括在静态混合器115上游的过氧化氢注射器113。虽然按常规将过氧化氢直接加入到主反应器中，或者加入到不加压的预混室内的进水中，但是本发明的装置的一个特征为使用与静态混合器115相连的注射器113侧流注入过氧化氢，以在侧流中充分混合过氧化氢，从而促进过氧化氢在主反应器110中的溶解。将过氧化氢更有效地溶解于主反应器中能够在与臭氧接触时产生最大量的羟基自由基。该独特的方法能够通过活塞式流动反应系统在单程中从水中除去包括生物病原体在内的污染物，其中，在主反应器中的停留时间小于约5分钟，并且在一些实施方式中，在主反应器中的停留时间小于1分钟。
如图2A至图2B所示，在主反应器200（图2A）或侧流反应器210（图2B）中的注射器模块203和混合器模块205为模块化的，使得它们能够被组合于多种流动结构中，并且还能够根据具体的应用进行配置，以优化和定制该装置。用于侧流210的模块的直径通常比用于主反应器200的模块的直径小，但是具有共同的模块结构特征。因此，许多以下描述不仅涉及主反应器而且涉及一个或多个侧流，所述主反应器和侧流为所述装置的一部分。
所述装置的部件在形式上和功能上为模块化的，使得所述部件能够大量制造并在定制应用中以不同的配置方式进行组装。装置的主要部件为位于主反应器和侧流中的注射器模块和混合器模块，尽管主反应器和侧流的直径不同，但是主反应器和侧流具有相似的特征，其中，侧流模块的直径显著小于主反应器模块的直径。
优选地，提供给每个注射器模块203的第一端223的配件是相同的（即，可互换的），并且提供给每个注射器模块203的第二端233的配件是相同的；以及提供给每个混合器模块205的第一端225的配件是相同的，并且提供给每个混合器模块205的第二端235的配件是相同的（如上所述），使得交替排列的注射器模块和混合器模块可由具有相同管子（pipe）或管道（tubing）直径的互连模块进行装配。
每个注射器203的第一端223和第二端233和/或每个混合器205的第一端225和第二端235可以相同，使得注射器模块203和混合器模块205能在任意一个方向上进行操作，以易于装配。在其它实施方式中，所述注射器模块203和混合器模块205被设计成在单一流动方向上进行操作，并且第一端223、225和第二端233、235可以相同或不同。在再一种实施方式中，每个注射器模块203和混合器模块205的第一端223、225和第二端233、235相同，从而能够如图2B所示装配注射器203序列和/或混合器205序列。
可以使用法兰型（即，装有法兰的）模块化外壳，并且所述法兰型模块化外壳可以包括密封，例如O-形环，从而将泄漏降低至最低。也可以使用螺纹配件。在一个实例中，注射器模块配备有外螺纹，而混合模块配备有内螺纹，从而能够将注射器模块与混合器模块装配在一起。在另一实例中，注射器模块配备有内螺纹，而混合模块配备有外螺纹。在又一实例中，注射器模块和混合器模块的每个第一端配备有外（或内）螺纹，并且该注射器模块和混合器模块的每个第二端配备有内（或外）螺纹，使得任何数量的注射器模块和混合器模块能够组装在一个装置中。可选择地，模块上的所有螺纹可为外螺纹或内螺纹，并且连接器或活接头可用于连接所述模块。可以使用其它管道或管子配件。
可加入任选的预混模块211，以在与反应器接触之前，将氧化剂或其它水处理试剂引入进水中（图2A和图2B）。除了所述预混模块以外，可加入任选的二次混合（post-mix）接触器模块212（或“接触器”），或者加入任选的二次混合接触器模块212（或“接触器”）来代替所述预混模块，以在氧化剂存在下提高水的停留时间。与注射模块和混合器模块相比，所述接触器通常具有更大的内体积，并且没有按比例示出的。当存在时，所述预混模块和接触器可以分别包括第一端221、222以及第二端231、232。所述预混模块211的第一端221和所述接触器模块212的第二端232可为端盖形式，其包括用于分别与进水接管（hookup）和出水接管连接的配件。
用于实施高级氧化模式的完整的装置200的一种实施方式示于图2C。装置200包括主反应器240、臭氧侧流260和过氧化氢侧流250。主反应器240包括换向器模块248，该换向器模块248用于将一部分进水分流至侧流250、260。换向器模块248或附带的接管可以包括用于调节分流至每个侧流的进水量的一个或多个阀（未示出）、用于注入过氧化氢的任选的预混模块241、用于注入侧流过氧化氢的过氧化氢注射器模块246、用于注入侧流臭氧的臭氧注射器模块243、以及混合器模块245。所述换向器模块可以为该装置的一个部件或外围部件。
当将过氧化氢引入预混模块241时，可通过直接注入（即，不使用侧流，如图所示）或通过额外的侧流引入，以使得混合和溶解最大化（未示出）。臭氧侧流260包括臭氧注射器模块263和混合器模块265。过氧化氢侧流250包括过氧化氢注射器模块253和混合器模块255。
流动通过所述过氧化氢侧流的全部或部分进水可以用于臭氧侧流，在这种情况下，所述装置、系统和方法可包括在将氧化剂引入主反应器之前，在侧流结构中连续（即，相继）加入过氧化氢和臭氧。在引入主反应器之前，将浓缩的过氧化氢或在侧流中混合的过氧化氢引入臭氧侧流，能有效控制溴酸盐形成。
在一些情况下，用于臭氧侧流和/或过氧化氢侧流的水与侧流水与氧化剂在其中进行混合的水的来源相同。在这种方式中，预定进入侧流的水是从流向主反应器的水中分流出来的。可选择地，侧流水来自于与进入主反应器的水不同的来源。在这种情况下，与供应至主反应器的水相比，侧流水可以含有更高水平或更低水平的污染物。
一个或多个排气口用于释放由于存在未溶解的臭氧、氧气或空气而引起的残余气压（依赖于所使用的具体的氧化剂气体）。排气（或“放气”）口可设置在主反应器中，优选在注入一种或多种气体的位置的下游，以释放由于未溶解的氧化剂气体而产生的气压。可选择地或者除此以外，排气口可以设置在侧流（通常为气体氧化剂侧流）中，以在主反应器中进行混合之前释放气压。排气口可以设置为额外的模块，该额外的模块可以与注射器模块和混合器模块组合装配（即，独立的“排气模块”），或者与现有的模块（例如：混合器模块）组合。图2C示出了位于混合器模块265上的排气口270，但是，也可以考虑在其它位置设置一个或多个排气口。
图3A至图3F示出了在注射模块303内的注射器301的几种不同的排列方式。每个注射模块303中可以存在一个或多个注射器301。当存在多个注射器时，注射器301可以设置在同一平面（图3A）内或者通过垂直于注射器模块303的主轴（虚线）的几个平面（图3B）内。多个注射器301在注射器模块303中可以以对置成对的方式设置（图3C和3D）或在注射器模块303中以放射状设置（即，以星形方式设置，图3E），以使得注射的氧化剂在反应器中的分布最大化。为了简化附图，在图3C至图3E中仅示出了注射器模块303的内壁（未示出法兰）。
一种示例性的注射器示于图3F中。注射器为常规的喷嘴式设计，且包括喷嘴部分310、用于接合注射器模块312上的螺纹孔的螺纹、以及用于连接臭氧或过氧化氢供应装置314（所述臭氧或过氧化氢以可来自侧流）的螺纹。根据应用场合来选择注射器301的大小和数量，并且喷嘴可以设计成能够产生扇形或圆锥形喷雾，以进一步分散注射的氧化剂。
图4A至图4D示出了包括不同的静态混合器405结构的示例性装置。图4A示出了具有独立的注射器模块403和混合器模块405的装置400的侧视图。标注出了注射器模块403的第一端423和第二端433、以及混合器模块405的第一端425和第二端435。示例性的注射器模块403包括四个注射器401，每个注射器位于垂直于注射器403的轴（虚线）的不同平面上。
图4A示出的装置400包括混合器模块405，该混合器模块405包括叶片型静态混合器410，该叶片型静态混合器410包括基本上为扁平的旋转构件，该旋转构件在通过混合器405的水中引发涡流。这种混合器可用凯米尼尔型（Chemineer model）WVM混合器（Chemineer，Derby，U.K.）来举例说明。图4B示出的装置400包括以下特征：混合器模块404与注射器模块共用一个公共腔室，从而形成包括注射器模块403部分和混合器模块405部分的组合的注射器-混合器模块404。这种组合的模块可以用于该装置的许多实施方式中，特别是当期望提供具有基本水平的容量和性能的“核心”装置时，该装置可以按照需要使用额外的模块进行改装，以获得预定水平的容量或性能。额外的或“另加的”注射器模块和混合器模块的形式也可以为组合的注射器-混合器模块。
混合器模块405或组合的注射器-混合器模块404可以选择性地包括翼片型混合器，其中，从混合模块404的内壁延伸出的一个或多个翼片411在通过混合模块的水中引发湍流运动或涡流运动（图4C）。可以在注射器401的下游设置额外的预分布翼片或折流板420，用于将注射的氧化剂导向至静态混合器的中心区。该装置的截面图（图4D）示出了位于注射器401下游的混合翼片411和额外的翼片或折流板420。示例性的翼片型混合器为凯米尼尔型KMS混合器（Chemineer，Derby，U.K.）。
一般来说，任何一个或多个注射器401与混合器模块405（或混合器模块405的部件）之间的距离不是关键的，但是可以进行选择，以使在引入侧流时，氧化剂与进水的混合达到最大。用于直接或通过侧流注射相同或不同的氧化剂的多个注射器模块可以串联设置在混合器模块的上游。具有相同或不同设计的多个混合器模块可以串联设置，以促进混合。本发明的装置、系统和方法的一个目的在于使混合效率达到最大，同时使能耗最小；因此，通常优选使用获得充分混合和充分利用氧化剂所需的最小数量的有效混合器，可以用本文所述的气液比来表达。
图5示出了一种示例性的主反应器500，该主反应器500包括预混模块501、两个注射器模块503、两个混合器模块505和二次混合模块502。注射器模块503包括用于注射由侧流提供的臭氧的臭氧注射器513。预混模块501和二次混合模块502包括用于注射由侧流提供的过氧化氢的过氧化氢注射器511、512。侧流臭氧和/或过氧化氢模块也可通过弯管连接在一起，从而使得整个装置更为紧凑。在这种情况下，弯管504用于连接混合器模块505与注射器模块503。弯管504还可以包括侧流或者直接过氧化氢注射器514和/或侧流或者直接臭氧注射器516。
图5中的装置还包括任选的进水压力表521、出水压力表522、以及出水样品口523，该出水样品口可用于监测装置的性能并报告调节和改良。
II.操作结构
本发明的装置的模块化特征使得能够使用复杂程度最低且最少量的部件现场装配专门的处理装置。易于增加或减少该装置中的模块，以优化效率和性能。在这种方式中，可将装置安装在水处理设备中，装备初始数量的模块，测试效率和性能，再用额外的注射器模块和混合器模块（或组合的模块）来改进，直至得到令人满意的出水数量和品质。这样避免了为每个应用场合设计专门的装置而导致的高成本和风险，在一些情况下，具有有限的可扩展性和替代部件的能力。
该装置可在臭氧溶解模式下运行（其中，通过侧流将臭氧注入反应器中，无需添加过氧化氢）或在高级氧化模式下运行（其中，通过侧流将臭氧注入反应器中，并且将过氧化氢直接注入主反应器中或通过侧流注入主反应器中）。
在臭氧溶解模式下运行的优选的装置包括主反应器和至少一个侧流，该侧流用于在将臭氧引入主反应器之前注入并混合臭氧。侧流包括注射器模块和混合器模块，注射器模块和混合器模块可以为分立的部件或组合在一个公用的外壳中。除了位于侧流中的臭氧注射器和混合器以外，主反应器还可以包括任何数量的臭氧注射器和混合器。在一些实施方式中，混合器模块设置在主反应器中紧邻侧流臭氧注射口的下游，使得侧流注入的臭氧最大限度地分布于主反应器中。混合器模块可以为叶片型混合器、翼片型混合器、本领域已知的其它类型的混合器、或它们的组合。当使用多个混合器时，所述混合器可以包括每种类型中的一个或多个混合器。
在高级氧化模式下运行的装置还包括至少一个用于在主反应器中注射并混合过氧化氢的过氧化氢注射器。过氧化氢可以直接引入或通过侧流引入，以使传质效率最大化并减少将进水中的污染物的水平降低至预定量所需的过氧化氢的量。如上所述，侧流包括注射器模块和混合器模块，所述注射器模块和混合器模块可为分立的部件或组合在一个公用的外壳中。除了位于侧流中的过氧化氢注射器和混合器以外，主反应器还可以包括任何数量的过氧化氢注射器和混合器。在一个实例中，混合器模块设置在主反应器中紧邻侧流过氧化氢注射口的下游，以使侧流注入的过氧化氢最大限度地分布在主反应器中。
多个注射器模块可以串联设置，接着是一个或多个混合器模块。单个注射器模块可以包括用于臭氧、过氧化氢、或者臭氧和过氧化氢的注射器。例如，当多个注射器位于同一个注射器模块中时，一些（即，第一部分）注射器可以用于注射臭氧，而其它（即，第二部分）注射器用于注射过氧化氢。可选择地，可以使用“仅臭氧”注射器模块和“仅过氧化氢”注射器模块，每个注射器模块具有仅用于指定的氧化剂的注射器。臭氧注射器模块和过氧化氢注射模块可以交替的方式设置或者以其它另一种符合逻辑的方式设置，以使输送氧化剂，使效率和性能最优。
虽然臭氧和过氧化氢可以任何顺序被注入，但是优选首先在臭氧的上游注入过氧化氢，从而在暴露于臭氧之前，使过氧化氢有时间与水充分混合。在较早阶段加入过氧化氢能够减少溴酸盐的形成，在臭氧浓度高的情况下形成溴酸盐，但是在过氧化氢存在下则能减少溴酸盐的形成（参见例如美国专利No.5,851,407和6,024,882）。当期望形成最大量的羟基自由基且减少过氧化氢消耗量时，可首先注入臭氧，以使臭氧与存在于进水中的有机化合物反应，从而产生羟基自由基或其它自由基，接着加入过氧化氢，以与残余的臭氧反应，从而产生额外的羟基自由基。
控制溴酸盐形成的另一种方式为将浓缩的过氧化氢或来自于过氧化氢侧流的一部分稀释的过氧化氢引入臭氧侧流中，从而在臭氧侧流中控制溴酸盐的形成。可将其它化学物质（例如：氯气、氨或酸）注入臭氧侧流中，以控制溴酸盐的形成。
混合器模块可以为叶片型或翼片型，或者叶片型和翼片型。当使用多个混合器模块时，混合器模块可以包括每种类型中的一个或多个，从而发挥每种类型的混合器的优点。混合器模块可以设置在每个臭氧注射器模块和/或过氧化氢注射器模块之后。可选择地，混合器模块可以设置在每个臭氧注射器模块-过氧化氢注射器模块对之后。混合器模块还可以设置在多个臭氧注射器模块和/或过氧化氢注射器模块之后。
预混模块可包括在主反应器的上游，并且可以包括臭氧和/或过氧化氢注射器。预混模块可包括入口（该入口可以为注射器），该入口用于在注射臭氧之前，将过氧化氢加入到进水中。仅臭氧操作也可以从使用位于主反应器下游的接触器中受益，使得臭氧有足够的时间在水中分散并对去污染产生作用。这种下游臭氧接触器可以采用管线、有折流板或无折流板的槽（包括“上”或“下”折流板槽）的形式，或者类似的装置。下游臭氧接触器可整合到主反应器中，或者可为位于主反应器下游的独立的部件。接触器模块可包括入口（该入口可以为注射器），该入口用于在注入臭氧之后将过氧化氢加入到出水中，例如以用于控制溴酸盐的形成。在不使用过氧化氢的以臭氧稀释模式运行装置时，预混模块和/或接触器模块可用于输送额外的臭氧。
可以包括下游气液分离器，以释放过量的臭氧气体、氧气和/或空气，例如，用于减少下游设备的腐蚀并降低短效排放，以促进健康和安全。可以使用直径比反应器大的管线或容器来释放（排放）过量的气体，从而降低水的速度，暴露于增加的表面积，并且使过量的气体能通过排气阀和任选的臭氧破坏装置而排放。在一些情况下，上述直径较大的管线或容器可以有折流板，或者将含有过量气体的液体流沿着切线方向引入较大的管线或容器中，以引发涡流，从而帮助排放过量的气体。
对于具体的应用，可以预先选定初始主反应器和侧流流速，并在安装和初始试验后进行优化。装置的初始设定的指南在下表1和2中提供；但是，仅用于举例说明。
表1 臭氧和氧气流动参数
Figure BDA0000378606700000201
SS=侧流；GPM=加仑/天；MGD=百万加仑/天
表2. 过氧化氢流动参数
Figure BDA0000378606700000202
Figure BDA0000378606700000211
SS=侧流；GPM=加仑/天；MGD=百万加仑/天
在设计臭氧侧流时考虑的因素为气/液（G/L）比，其反映溶解于进水中的臭氧气体的量。高的气/液比表明臭氧气体没有有效地溶解于进水中，从而对污染物的氧化的产生作用。低的气/液比表明臭氧气体有效地溶解于进水中，这些臭氧气体适于氧化水中的污染物。通过臭氧侧流提供的额外的混合或提高速度能够降低高的气/液比。
总的来说，侧流速度越高，则注入的氧化剂在侧流水中以及最终的主反应器中的混合越好。但是，较高的侧流速度与增加的能源成本相关，这样降低了总体效率并增加了该方法对环境的冲击。将侧流注射氧化剂与有效的静态混合器结合，在较低的流速和能源成本下提供了有效的混合。示例性的侧流流速为约2至约20英尺/秒（FPS）、约3至约15FPS、甚至约5至约10FPS，但是，使用合适的设备，在这些范围以外的流速也能提供令人满意的结果。
本发明的模块化的、紧凑的装置可通过加入额外的模块来优化或定制。例如，所述装置可与以下操作结合：上游或下游紫外光加工（processing）操作、生物过滤加工操作（包括但不限于使用膜生物反应器（MBfR）加工）、粒状活性炭（GAC）或粉末状活性炭（PAC）加工操作、反渗透（RO）加工操作、和/或化学处理加工操作（包括但不限于加入氯气、次氯酸盐、氯胺、硫代硫酸盐，等等）。
虽然本发明的装置、系统和方法能从进水中除去污染物，但是它们也可用于在上述一个或多个加工操作的筹备中对进水进行预处理或“改良”。在这种情况下，预处理可包括例如：对有机碳化合物进行改性，使得所述有机碳化合物更易于通过下游的加工操作除去失活的细菌、病毒或其它病原体，而无需真正将它们从进水中除去（即，“消毒”），增加水的紫外（UV）透射率，以改进下游UV-介导的污染物去除（即，“澄清”）的效率，等等。除非另外指出，术语“从进水中除去污染物”包括上述改良、消毒和澄清。
本发明的装置、系统和方法的优点可以体现在零件的试剂盒或待供应至市政当局、公司或个人的“试剂盒”，所述试剂盒用于增加水处理或其它设备的臭氧溶解和/或高级氧化能力。这种试剂盒可以包括一个或多个主反应器注射器模块和混合器模块、一个或多个侧流注射器模块和混合器模块、多个注射器、连接器和配件、以及用于安装和使用该装置的用法说明。对于具体的应用，可以通过生产能力、进水污染物水平和类型、出水污染物要求、现有的设备和配件、以及其它需要考虑的因素来确定试剂盒的大小。
试剂盒可以包括具有相同或不同的注射器结构的几种注射器模块。注射器模块适用于接受多个注射器，例如通过包括用于注射器的螺纹开口或用于密封未使用的开口的螺纹塞。试剂盒还可以包括具有相同或不同的注射器结构的几种混合器模块。当需要时，额外的注射器模块和混合器模块可以与试剂盒的部件组合。
可以将试剂盒组合成一个整体（package），以用于处理预定体积的水或预定水平的污染物，并且可附带书面或电子的用法说明、电子表格以及涉及装置的安装、启动和优化的其它文件或软件。这种试剂盒可由消费者安装和操作或由专门经过培训的专业人员安装然后由消费者来操作。
这种零件的试剂盒可以例如用于生产具有降低的恶劣味道和气味的饮用水，以获得来自市政当局的消毒认证（credit），用于去除有机碳化合物、除去痕量有机物、用于消毒以满足第22号法规的要求，用于工业水整治和各种其它目的。
III.氧化剂和污染物
臭氧溶解法特别是高级氧化法能有效地从水中除去多种有机化合物污染物，包括内分泌干扰化合物（EDC）、药物活性化合物（PhaC）和病原体，例如隐孢子虫（cryptosporidium）、脊髓灰质炎病毒和大肠杆菌。本文使用的“污染物”是指有机化合物以及生物病原体。高级氧化在去除有机化合物方面特别有效，所述有机化合物例如壬基酚（NP）、三氯生（TCS）、双酚-A（BPA）、雌二醇等价物（EEQ）和N-亚硝基二甲胺（NDMA）。臭氧溶解和高级氧化法能有效去除的其它污染物包括但不限于：土臭味素、2-甲基异冰片（MIB）、硫醇、2,3,6-三氯苯甲醚、铁和锰、硫化物、氯气、MTBE。在使用本发明的装置、系统和方法来改进水的味道和气味的背景下，本文将进一步详细讨论部分上述污染物。
臭氧溶解法的变体利用以下气体作为气体氧化剂：臭氧；氧气；空气（其含有氧气）；臭氧和氧气；臭氧和空气；氧气和空气；或臭氧、氧气和空气。臭氧、氧气和/或空气的组合可以与过氧化氢一起用于高级氧化法/模式。虽然本发明的装置、系统和方法主要对使用臭氧（使用或不使用过氧化氢）进行了描述，但是，在一些实施方式中，可使用臭氧、氧气和/或空气来代替臭氧。具体的一种或多种气体氧化剂的选择在很大程度上取决于进水中存在的污染物的类型和水平、用于与本发明的装置、系统和方法组合使用的额外的去污染加工操作、以及去污染的水的预期用途。
当采用高级氧化模式来运行所述装置、系统和方法时，在溴酸盐形成成为问题的场合，可使用过量的过氧化氢。特别是，使用多个过氧化氢侧流注射器以在主反应器内保持高水平的过氧化氢，能减少溴酸盐的形成。还可以通过调节pH和/或加入氯气或氨来控制溴酸盐的形成。本发明的装置、系统和方法中的任一种适用于引入上述溴酸盐形成控制剂。与此相反，过量的臭氧、或过量的臭氧和过氧化氢能确保排放的（处理过的）水含有残留的氧化剂，以促进进一步去污染，甚至在本发明的装置的下游进一步去污染。
IV.停留时间
本发明的装置、系统和方法的特征为能大大缩短被污染的水在反应器中的停留时间，该停留时间是基本除去特定的污染物所必需的。停留时间是指给定体积的被污染的水为获得预定量的污染物下降而必须在反应器装置中消耗的时间。除非另外指出，停留时间包括在下游接触器（如果存在该部件）中消耗的时间。但是，在有特别说明时，停留时间仅包括在主反应器中消耗的时间。在主反应器中的停留时间可以通过控制进水在通过主反应器时的流速/速度来调节。
常规的臭氧和臭氧/过氧化物水处理需要几分钟的停留时间（例如，8分钟或更多的时间）来使污染物的充分下降。与此相反，本发明的装置、系统和方法的效率能够在最短的停留时间（通常为仅几分钟，要不就是数秒）内充分去除污染物。示例性的停留时间为约10秒至约5分钟，例如：10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、40秒或50秒，或1分钟、1.5分钟、2分钟、2.5分钟、3分钟、3.5分钟、4分钟、4.5分钟或5分钟。这种停留时间的缩短增加了被污染的水的吞吐量，使得更大体积的水能被处理和再利用。
V.控制水的味道和气味的方法
本发明的组合物、系统和方法的一种示例性应用为去除影响味道和气味的污染物。由于涉及饮用水，味道和气味是一个美学问题，还是一个健康问题，由于即使是相对而言未受人类活动污染的天然水也可能含有使得水味道不开口的化合物。但是，应当理解的是，除去影响味道和气味的污染物不限于本文所述的系统和模块化装置。
虽然许多污染物能够使饮用水具有令人不愉快的味道和/或气味，但是少数化合物普遍存在于地下水和/或地表水中，并且已知使水具有“土质”的特性。部分上述化合物在下表3中列举。土臭味素是由蓝藻细菌产生的，且当翻转肥沃的土壤时，土臭味素的气味更为明显。土臭味素还在存在于一些食物（例如甜菜）中。2-甲基异冰片（MIB）是由蓝藻细菌和霉菌样丝状细菌、放线菌产生的，且常见于地表水中。地表水中土臭味素的水平在夏季通常增高，而MIB的水平常年保持不变。
硫化物和硫醇产生“臭鸡蛋”味道和气味，且在一些地表水和地下水中出现。适当水平的铁和锰（以及其它金属）产生令人不愉快的金属味道和气味。MTBE（甲基叔丁基醚）是一种被广泛添加到汽油中以提高其辛烷等级的化合物。除了减少爆振燃烧以外，MTBE还通过地表水和地下水供应系统快速传播，已经成为在从被汽油污染的地区获得的水中产生令人不愉快的味道和气味的主要原因。2,3,6-三氯苯甲醚是一种通过一些真菌由氯代酚化合物产生的化合物，是污染的或“带软木塞味的”葡萄酒具有令人不愉快的味道和气味的主要原因。2,3,6-三氯苯甲醚使得一些天然水具有类似的味道和气味。
目前，世界上任何地方都没有关注上述化合物（如土臭味素或MIB）的与健康有关的指南或规章，也没有使上述问题不太明显的事实。普通人分别在4纳克/升和9纳克/升（ng/L）的浓度下能够察觉到土臭味素和MIB的霉臭味。恶劣味道的饮用水不能令人愉快地咽下，妨碍人们饮用足够的水，促使人们购买瓶装水和其它商业化的饮料，并且可能传送更多的毒性污染物。
表3 产生令人不愉快的味道和气味的常见污染物
GW=地下水；SW=地表水；LUST=地下储槽泄露
臭氧溶解特别是高级氧化提供了一种用于除去引起令人不愉快的味道和气味的水生污染物的有效的且具有成本效益的方法。
VI.实施例
为了便于更好地理解本发明的系统和方法，给出一些实施方式的某些方面的以下实施例。在任何情况下，以下实施例不应看作是限制或限定所述系统和方法的范围。
实施例1
用于除去味道和气味的根据本发明的组合物、系统和方法与常规方法的工艺比较示于表4中。
表4 用于去除土臭味素和MIB的不同的处理方法的比较
Figure BDA0000378606700000261
数据表明，尽管氯气广泛用于水处理中，但是氯气在从水中除去土臭味素和MIB方面有一些效果。此外，众所周知，氯气使水具有氯气自身的并且通常被认为是难闻的特性味道和气味。粉末状活性炭（PAC）在去除MIB方面比氯气更有效，而在去除土臭味素方面与氯气的有效性大致相同。高锰酸钾在除去土臭味素方面与氯气的有效性大致相同，而在除去MIB方面则不如氯气有效。
过氧化氢在去除MIB方面比氯气更有效，并且在去除土臭味素方面与氯气的有效性大致相同。臭氧处理（即，仅有臭氧，而无过氧化氢）在去除土臭味素方面非常有效，并且在除去MIB方面与过氧化氢的有效性大致相同。用于降低土臭味素和MIB的最有效的处理为将臭氧与过氧化氢的组合，即，高级氧化处理，高级氧化处理能将上述两种污染物的水平降低至少95%。
仅臭氧处理和高级氧化处理在土臭味素和MIB去除方面的更详细的比较示于图6中。提高仅臭氧处理中臭氧的含量（最高达3mg/L）使两种污染物的含量下降约40%。与此相反，在与过氧化氢组合的处理中相同的臭氧剂量使MIB的含量下降超过80%且使土臭味素的含量下降超过90%。在与过氧化氢组合的处理中，即使一半剂量的（即，1.5mg/L）臭氧也能使土臭味素的含量下降约55%且使MIB的含量下降约40%，该结果比在3mg/L下的仅臭氧处理的结果更好。这些结果证明，高级氧化处理可以更有效地降低土臭味素和MIB的含量并且使用比常规的臭氧处理更少的臭氧。
实施例2
进行采用臭氧溶解处理与高级氧化处理以破坏土臭味素的比较。将湖水（未处理过的或“RAW”、以及凝结的和中级过滤的或“FIL”）暴露于不同量的臭氧。在臭氧溶解处理（“O3”）中，将湖水暴露于仅臭氧达5分钟。在高级氧化处理（“AOP”）中，将湖水暴露于过氧化氢和臭氧达1分钟。过氧化氢存在的量为每1ppm臭氧，约百万分之0.5（“ppm”）的臭氧。该实验的结果示于图7中。对于未处理过的水，当使用AOP来获得相同的土臭味素破坏水平时，可以看到臭氧剂量下降了50%。对于经过滤的水，当使用AOP来获得相同的土臭味素破坏水平时，可以看到臭氧剂量的下降估计远大于50%。
进行类似的实验来比较臭氧溶解处理与高级氧化处理对于土臭味素和MIB的破坏。使用AOP和O3来对未经处理的水库蓄水进行处理。在AOP中，将水库蓄水暴露于0.5ppm过氧化氢/1ppm臭氧达1分钟（图8）或6分钟（图9）。在O3中，将水库蓄水暴露于仅臭氧达6分钟。这些实验的结果示于图8至图9。在这两项研究中，可以看到，相对于仅臭氧处理，当使用AOP来获得相同的土臭味素破坏水平时，臭氧剂量下降50%。可以看到，当相对于仅臭氧处理，使用历时1分钟的AOP来获得相同的MIB破坏水平时，臭氧剂量下降20%（图8）。可以看到，当相对于仅臭氧处理，使用历时6分钟的AOP来获得相同的MIB破坏水平时，臭氧剂量下降45%（图9）。
实施例3
确定获得足以满足加州管制法规第22号的标准的消毒水平的条件。在加压下使用臭氧溶解处理或高级氧化处理方法得到结果。在中试规模反应器（10加仑/分钟（gpm）或18.6gpm）上进行两个系列的试验，其余的试验在台式反应器（约3gpm）上进行。中试规模反应器在Dublin San RamonServices District（DSRSD）进行试验，并向所述中试规模反应器供应来自整个加利福尼亚的各种废水设施的水，在使用臭氧或臭氧/过氧化物进行处理之前，用砂滤或微过滤进行处理。
对各种病原体和指示生物对不同的处理条件的响应进行详细试验，以确定臭氧剂量、接触时间、温度、pH、碱度和固含量以及臭氧注射方法（即，直接气体或侧流）对废水臭氧消毒的影响（表5）。
表5本发明的研究中试验的条件
大肠杆菌通常为废水固有的，而MS2大肠杆菌噬菌体和脊髓灰质炎病毒则是繁殖的。用于研究的缩写和单位的列表在下表6中提供。
表6 水品质参数和相关的单位
化学参数，缩写 典型的单位
碱度，ALK mg/L，以CaCO3计
氨，NH3 mg/L NH3
生化需氧量，BOD mg/L BOD
溴酸盐 μg/L BrO3
溴化物 μg/L Br
结合和游离的氯 mg/L Cl
过氧化氢残余量 mg/L H2O2
硝酸盐，NO3-N mg/L NO3
亚硝酸盐，NO2-N mg/L NO2
臭氧需要量 mg/L O3
臭氧残余量 mg/L O3
粒径分布，PSD NA
pH pH单位
温度，T ℃
总的有机碳，TOC mg/L C
总的悬浮固体，TSS mg/L TSS
浊度 NTU
紫外透射率，UVT %
作为脊髓灰质炎病毒指示剂的MS2大肠杆菌噬菌体
本发明方法的一方面为通过在臭氧处理条件下将脊髓灰质炎病毒和MS2大肠杆菌噬菌体的消毒水平相关联，使用一定水平的MS2大肠杆菌噬菌体作为脊髓灰质炎病毒水平的指示剂，从而使脊髓灰质炎病毒的处理最少，同时确保消毒条件足以除去脊髓灰质炎病毒。
如图10所示，消毒（或降低）5个数量级的脊髓灰质炎病毒相应于消毒6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体。以下方程式来自这些数据：
脊髓灰质炎病毒下降的数量级=0.3427×臭氧剂量-0.3621  （1）
MS2下降的数量级=0.4045×臭氧剂量+0.1823  （2）
在试验的臭氧剂量的全部范围内都观察到该关系。在试验的臭氧和过氧化物剂量下，添加过氧化物不影响病毒的消毒效率。
MS2大肠杆菌噬菌体和大肠杆菌的降低
进行实验以确定可靠地消毒6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体（相应于减少5个数量级的脊髓灰质炎病毒）所需的臭氧剂量和接触时间（CT）。在中级过滤的废水中需要超过约5ppm的臭氧剂量来获得对6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体进行消毒(（图11），并且添加过氧化物不对消毒（圆形区域）产生显著影响。使用微过滤的水得到类似的结果（图13），但是对6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体进行消毒所需的臭氧量稍有降低。
在中级过滤的水（图12）和微过滤的水（图14）中，低至约10秒的接触时间足以对6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体进行消毒。与此相反，对水进行常规的氯气处理通常需要约90秒的接触时间（最小CT=450mg-min/L）才能获得类似的消毒水平。
可以直接（即，直接气体或“DG”）或通过侧流（即，“SS”）将臭氧引入试验反应，通过侧流将臭氧引入试验反应使得在将臭氧引入到反应器之前使臭氧与水混合。如图15和图16所示，在中级过滤的水中，直接气体和侧流引入臭氧均能有效地对6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体进行消毒。值得注意的是，直接气体方法在较低臭氧剂量下多少更有效，可能是因为直接注射低剂量的臭氧能立即对与注射的臭氧接触的水进行消毒，而在引入到反应器之前将低剂量的臭氧进行稀释降低了由局部高剂量的臭氧产生的消毒量。但是，在较高剂量的臭氧下（即，足以获得对6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体进行消毒的剂量），直接气体和侧流引入具有类似的效果。
这些结果证明，臭氧或臭氧/过氧化物处理足以对6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体进行消毒（相应于对5个数量级的脊髓灰质炎病毒进行消毒），与使用常规UV处理相比，所需的时间显著缩短。
如第22号法规所述，对水再生方法的要求是对大肠杆菌进行充分消毒。使用本发明的使用臭氧或臭氧/过氧化物的装置、系统和方法，在低至4.5mg/L的臭氧剂量下，能够获得不可检出水平的总大肠杆菌（图17），并且1mg-min/L的接触时间（CT）使得总大肠杆菌小于2.2MPN/100mL（图18）。因此，使用与使含MS2大肠杆菌噬菌体和脊髓灰质炎病毒的水有效消毒的臭氧剂量相似的臭氧剂量，使用本发明的臭氧或臭氧/过氧化物方法能快速对所有大肠杆菌进行消毒。
为了确保本发明的装置、系统和方法能有效地对品质低劣的废水（这种水由于存在各种酸性溶解的溶质而通常具有低的pH）进行消毒，使用台式反应器，使用具有大致中性pH（即，pH为7.6）和酸性pH（即，pH为6.0）的进水进行消毒试验。如图19所示，对于MS2大肠杆菌噬菌体、总大肠杆菌（TC）和粪便大肠杆菌（FC）而言，用低pH的水进行消毒比用中性pH的水进行消毒更有效。
虽然水的品质不会对本发明的水再生方法产生显著的影响，但是当选择臭氧剂量和/或接触时间时，可以考虑臭氧清除剂（例如氨、亚硝酸盐和硝酸盐）的存在、水的pH、废水的生化需氧量（BOD）、废水的总有机碳（TOC）含量、废水的总悬浮固体（TSS）的含量、废水的浊度、以及废水的温度。
在一种实施方式中，将本发明的臭氧或臭氧/过氧化氢反应器设计成在臭氧转移效率方面有效，建议接触时间小于2-3分钟。本发明的实验结果表明，臭氧转移效率是消毒效率的主要决定因素，而接触时间不太重要。
痕量有机化合物的破坏
虽然已知臭氧和臭氧/过氧化物方法能降低在废水中常见的各种有机化合物的水平，但是仍然测试了本发明的装置、系统和方法在从废水中除去壬基酚（NP）、双酚-A（BPA）和三氯生（TCS）的效率。
如图20所示，约5mg/mL的臭氧剂量能有效地对水中的大肠杆菌和病毒进行消毒，也能有效地显著降低NP、TCS和BPA的水平。如所预期的，通过中级过滤（砂滤）或微过滤对废水进行预处理不影响破坏有机化合物所需的臭氧剂量（图21）。
这些结果表明，本发明的方法既能有效地对水进行消毒，又能有效地去除有机化合物。
溴酸盐形成的控制
已知在高臭氧剂量的条件下，在水中形成溴酸盐。溴酸盐在饮用水中的含量不应超过10μg/mL。如图22所示，过氧化氢的加入减轻了溴酸盐的形成，即使是在比获得充分的消毒和/或充分地破坏有机污染物所需的剂量高得多的臭氧剂量下。此外，过氧化氢的存在不妨碍所述方法在中级过滤或微过滤的水中获得要求的对6.5个数量级的MS2大肠杆菌噬菌体进行消毒的能力（图23）。
过氧化氢也可用于促进高级氧化，用于同时除去痕量的污染物（对消毒影响很小或无影响），同时改进溴酸盐的控制，或缩短为去除污染物所需的在反应器中的接触时间。
实施例3的结果证明，使用臭氧或臭氧/过氧化物水再生方法能够获得不可检出水平的大肠杆菌和等量的对5个数量级的脊髓灰质炎病毒进行消毒。最小接触时间（CT）短，通常小于2分钟，并且在决定该方法的效率方面，臭氧剂量最重要。约5mg/mL的臭氧剂量足以充分对废水进行消毒和将废水去污染，以满足第22号法规的要求。
使用MS2大肠杆菌噬菌体消毒作为脊髓灰质炎病毒消毒的指标代表了评价水处理方法的一种新型方式，避免了暴露于脊髓灰质炎病毒进行处理和偶然暴露于脊髓灰质炎病毒。在给定的臭氧剂量下，MS2大肠杆菌噬菌体的消毒水平与脊髓灰质炎病毒的消毒水平之间的相互关系在宽泛的臭氧剂量范围内具有一致性。
低pH水的消毒比中性pH水的消毒甚至更有效。痕量有机污染物的破坏与先前使用臭氧处理所观察到的一样有效，并且通过加入过氧化氢来控制溴酸盐的形成，而不会降低消毒的效率或去污染的效率。臭氧的直接供气和侧流注射对与消毒和去污染均有效。
根据第22号法规的要求，本发明的研究表明，基于臭氧和臭氧/氧气的水处理方法可用于对废水进行充分消毒和去污染，并且成本为常规方法的成本的几分之一。
实施例4
使用臭氧溶解处理和高级氧化处理来破坏含有内分泌干扰化合物（EDC）的废水中的EDC并进行消毒，以满足针对水再利用的犹他州I型消毒标准规定的不可检出（ND）大肠杆菌水平，从而对含有EDC的废水进行评估。未处理过的经过滤的出水含有以下EDC：卡马西平（carbamazepine）（约100ng/L）、雌二醇（约2ng/L）、乙炔基雌二醇（约20ng/L）、酯酮（esterone）（约90ng/L）和黄体酮（约5ng/L）。将未处理过的废水进料到示于图24中的实验室试验单元2400内的半连续实验室规模的试验反应器2410中。实验室试验单元2400包括：臭氧发生器2403；臭氧分析器2405；具有臭氧注射器、静态混合器和管式反应器的反应器2410；再循环泵2413；气-液分离器2415和热催化臭氧破坏单元2417。反应器和结构的管道材料为Schedule-40透明PVC。氧气或臭氧管道/管子为316L不锈钢或PFA（TeflonTM）。臭氧发生器2403为ASTeX8200型。臭氧分析器2405为INUSAH1-X型。臭氧破坏单元2417为INUSA，零件编号为810-0062-01。系统的混合器2410为1/2英寸、四元件Kenics KMA嵌入型静态混合器。
计算出实验和设备设定值并列于图25中。在进行试验之前，将臭氧破坏装置2417打开并预热10分钟。使用氧气旋转流量计来调节通过臭氧发生器2403的氧气流量，并且使用背压调节器来调节发生器的压力。在打开臭氧发生器2403之前使用纯氧气将臭氧分析器2405归零。在第一次运行之前，在实验室试验单元2400中装入2.2升蒸馏水。随后在最大剂量条件下将臭氧发生器2403和反应器2410运行15-20分钟，以清洁单元2400并设定/调节设备参数。在完成先期试验操作之后，将单元2400排空，并再用2.2升蒸馏水进行漂洗。
基于先前的三重过滤的废水流出物的消毒经验，适用的臭氧剂量范围估计为1-15mg/L。在仅臭氧模式中，如图25的实验2-4所示，所选定的试验臭氧剂量为5、10和15mg/L。在AOP模式中，如图25的实验5-6所示，臭氧剂量为5mg/L，且过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35和0.70。
对于每个实验，使用未处理过的样品将量筒填充至2.2升。将量筒的全部内含物装入反应器中。如果采用AOP模式进行试验，在装入反应器之前，将过氧化氢添加到整个内含物中。
对于每个实验，将泵开启，当水再循环并混合短暂的时间之后，清除反应器中的空气。水旋转流量计设定为3.5加仑/分钟。当臭氧发生器出口通向臭氧破坏装置时，在进行试验之前，设定发生器功率刻度盘，以获得所述臭氧浓度。当臭氧浓度稳定（通过臭氧分析器测定臭氧浓度）时，将发生器输出指向反应器。在将适量的臭氧（剂量）添加到反应器之后，将发生器的输出再次指向臭氧破坏装置，并收集样品，测定溶解的臭氧残余量和/或过氧化氢残余量。如果在仅臭氧模式下进行操作，让反应器再循环（在臭氧加料完成之后）180秒，之后收集样品，随后将反应器排空。
测定并记录未处理过的水的浊度和碱度。在每个测试实验之后，立即测定样品，并记录溶解的臭氧残余量、温度和pH。在每个测试实验之后，收集样品，测定UVT（未消灭的（unquenched））、总大肠杆菌和粪便大肠杆菌（已消灭的）、B-筛分生物测定（B-screen bioassay）（已消灭的）和EDC（已消灭的）。
通过Chemtech-Ford Laboratories进行总大肠杆菌和粪便大肠杆菌分析，通过Wisconsin State Laboratory Hygiene进行B-筛分生物测定，并且通过MWH Laboratories进行EDC分析。提供了处理过的样品和未处理过的样品的分析结果。
使用以下设备进行实验室测定：所用的浊度计为Orbeco-Hellige965-10型#2222系列。使用Oakton Ph Tester3+型测定pH。使用Hach5-EP型试验试剂盒测定碱度。使用Hach OZ-2型试验试剂盒和Hach Ozone AccuVac型试验试剂盒测定臭氧残余量。
试验结果汇总于图26。所有仅臭氧模式试验都具有180秒的后臭氧化接触时间（post-ozonation contact time），而所有AOP模式试验都没有后臭氧化接触时间。由于高的混合效率和羟基自由基的快速反应速率，AOP模式为非常快速的反应。显然可见的是，AOP模式可以显著降低反应器/接触器的尺寸和占用空间。
雌二醇等价物
雌二醇等价物的剂量响应图示于图27中。在未处理过的过滤流出物中雌二醇等价物的浓度记录为1.0ng/L。由图27可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，需要小于或等于5mg/L的臭氧剂量来最大限度地去除（>97%）雌二醇等价物。仅臭氧模式与AOP模式之间的结果没有可观察到的差异（在不同的过氧化氢与臭氧摩尔比下）。如图26所示，记录显示所有处理过的样品均低于雌二醇等价物的检测限。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图27所示，记录显示处理过的去离子水样品均低于雌二醇等价物的检测限。
EDC
单个EDC的剂量响应图示于图28至图36。
在未处理过的的样品或处理过的样品中检测并记录以下EDC：吉非贝齐、布洛芬、三氯生、咖啡因、氟西汀、联磺甲氧苄啶片、甲氧苄啶、乙炔基α-雌二醇-17和碘普胺。在被记录的化合物低于检测限的情况下，半检测限（one-half the detection）用作数据分析的实际值。
吉非贝齐：在未处理过的过滤流出物中，吉非贝齐的浓度记录为116ng/L。由图28可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，需要小于或等于5mg/L的臭氧剂量来最大限度地去除（>99%）吉非贝齐。臭氧剂量为5mg/L的仅臭氧模式与AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35和0.70）的结果之间没有可观察到的差异。如图26所示，记录的所有处理过的样品均低于吉非贝齐的检测限。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图28所示，记录的处理过的去离子化样品均低于吉非贝齐的检测限。
布洛芬：在未处理过的过滤流出物中布洛芬的浓度记录为36ng/L。由图29可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，5mg/L的臭氧剂量能够显著去除（约77%）布洛芬，并且小于或等于10mg/L的臭氧剂量能够最大限度地去除（>98%）布洛芬。在5mg/L的臭氧剂量下，在摩尔比为0.35时，AOP模式导致约89%的下降，而在摩尔比为0.70时，AOP模式导致约92%的下降，相对于此，仅臭氧模式导致约77%的下降。这表明，相对于仅臭氧模式，AOP模式提供了更好的布洛芬破坏效率。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于布洛芬的检测限。
三氯生：在未处理过的过滤流出物中，三氯生的浓度记录为13ng/L。由图30可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，5mg/L的臭氧剂量能够最大限度地去除（>76%）三氯生。臭氧剂量为5mg/L的仅臭氧模式与AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.70）的结果之间没有可观察到的差异。但是，AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35）仅使三氯生下降50%。该结果似乎否定了无过氧化氢且摩尔比为0.70的数据的趋势；但是，这可表明，相对于仅臭氧模式，AOP模式并没有提供更好的三氯生破坏效率。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于三氯生的检测限。
咖啡因：在未处理过的过滤流出物中，咖啡因的浓度记录为45ng/L。由图31可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，5mg/L的臭氧剂量能够最大限度地去除（>96%）咖啡因。臭氧剂量为5mg/L的仅臭氧模式与AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35和0.70）的结果之间没有可观察到的差异。如图26所示，记录的所有处理过的样品均低于咖啡因的检测限。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于咖啡因的检测限。
氟西汀：在未处理的过滤流出物中，氟西汀的浓度记录为20ng/L。由图32可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，5mg/L的臭氧剂量能够最大限度地去除（>97%）氟西汀。臭氧剂量为5mg/L的仅臭氧模式与AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35和0.70）的结果之间没有可观察到的差异。如图26所示，记录的所有处理过的样品均低于氟西汀的检测限。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于氟西汀的检测限。
联磺甲氧苄啶片：在未处理的过滤流出物中，联磺甲氧苄啶片的浓度记录为524ng/L。由图33可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，5mg/L的臭氧剂量能够最大限度地去除（>99.9%）联磺甲氧苄啶片。臭氧剂量为5mg/L的仅臭氧模式与AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35）的结果之间没有可观察到的差异。但是，AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.70）获得的联磺甲氧苄啶片的下降稍低（>99.3%）。由这些微小的差异难以得出结论，但是，这可以表明，摩尔比为0.70不如摩尔比为0.35有效。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于联磺甲氧苄啶片的检测限。
甲氧苄啶：在未处理的过滤流出物中，甲氧苄啶的浓度记录为76ng/L。由图34可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明，5mg/L的臭氧剂量能够最大限度地去除（>99%）甲氧苄啶。臭氧剂量为5mg/L的仅臭氧模式与AOP模式（臭氧剂量=5mg/L，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35和0.70）的结果之间没有可观察到的差异。如图26所示，记录的所有处理过的样品均低于甲氧苄啶的检测限。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于甲氧苄啶的检测限。
乙炔基雌二醇：在未处理的过滤流出物中，乙炔基雌二醇的浓度记录低于5ng/L的检测限。由图35可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明可能的取样或分析误差。由该数据难以得出结论，但是，雌二醇等价物的破坏曲线（图28）清楚地表明，使用仅臭氧模式或AOP模式能有效地破坏与雌激素相关的化合物。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于乙炔基雌二醇的检测限。
碘普胺：在未处理的过滤流出物中，碘普胺的浓度记录低于5ng/L的检测限。由图36可见，三重过滤流出物的破坏剂量-响应曲线表明可能的取样或分析误差。由该数据难以得出结论。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于碘普胺的检测限。
大肠杆菌
大肠杆菌的剂量响应图示于图37中。在未处理的过滤流出物中，大肠杆菌的浓度为12,000个有机体/100mL。由图37可见，三重过滤流出物的消毒剂量-响应表明，小于或等于5mg/L的臭氧剂量能够将大肠杆菌消毒至低于1个有机体/100mL的检测限。这等同于大肠杆菌的下降超过4个数量级。虽然AOP模式也能对大肠杆菌进行显著消毒，但是在5mg/L的臭氧剂量下，过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35和0.70时，存在高于检测限的少量大肠杆菌。这可表明，臭氧残余不足（由于使用过氧化氢）和/或接触时间不足稍微影响大肠杆菌的消毒效率。
针对水再利用的犹他州I型消毒标准要求每周中值粪便大肠杆菌浓度极限为不可检出，并且没有样品超过14个有机体/100mL。
在正常操作条件下，向去离子水中加入臭氧和过氧化氢之后，收集样品。如图26所示，记录的处理过的去离子化样品均低于大肠杆菌的检测限。
UV透射率
UV透射率的剂量响应图示于图38。测定UV透射率来评价氧化对该水质参数的影响。过去的经验是，随着臭氧和/或臭氧/过氧化氢的加入，通常UV透射率（UVT）也增加，并且随着剂量水平的提高，UVT通常也增加。由图29可见，使用5mg/L的臭氧剂量，在仅臭氧模式中，臭氧剂量增加导致UVT增加5.3%。出乎意料的是，10mg/L和15mg/L的剂量水平导致UVT下降。在5mg/L的臭氧剂量下，在过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.35时，AOP模式使UVT增加6.7%，而在过氧化氢与臭氧的摩尔比为0.70时，使UVT增加9.4%。数据表明，相对于臭氧剂量为5mg/L的仅臭氧模式，臭氧剂量为5mg/L的AOP模式使得UVT显著增加。
该结果的重要性在于可以带来更好的水澄清度（通常作为水质的指标）或者表明本发明能够整合到UV的上游，以减少UV的能量需求、降低操作成本、以及提供针对EDC和病原体的额外的屏障以及其它益处。
因此，本发明非常适用于实现上述目标并达到上述以及其固有的益处和优点。
对于本领域普通技术人员来说，本发明的许多修改、特征和实施方式是显而易见的。因此，应当理解的是，通过举例说明的方式描述了本发明的许多方面，并且除非另有说明，上述许多方面不是本发明必需或必要的要素。因此，应当理解的是，前面的描述仅涉及本发明的某些实施方式，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可进行众多变化。还应当理解的是，本发明不局限于举例说明的实施方式，并且可以进行各种修改。

Claims (36)

1.一种用于从进水中除去污染物的装置，该装置包括：
适于装配在水处理装置中的多个模块，所述多个模块包括：
至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构中与部分进水预混合的氧化剂，以及
至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合，
其中，所述混合器模块适于连接在所述注射器模块的下游，并且所述注射器模块和混合器模块进一步适于将任何数量的注射器模块和任何数量的混合器模块装配在所述装置中，该装置用于在单程、活塞式流动结构中从进水中除去污染物，选择注射器模块和混合器模块的数量，以从所述进水中除去预定量的污染物。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述氧化剂为臭氧。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述至少一个注射器模块包括至少两个注射器模块，第一注射器模块用于注射在侧流结构中与第一部分进水预混合的臭氧，且第二注射器模块用于注射在侧流结构中与第二部分进水预混合的过氧化氢。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个混合器模块为至少两个混合器模块，第一混合器模块与所述第一注射器模块的下游连接，且第二混合器模块与所述第二注射器模块的下游连接。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其中，用于注射过氧化氢的所述第二注射器模块位于用于注射臭氧的所述第一注射器模块的上游。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其中，所述静态混合部件选自叶片型混合部件和翼片型混合部件。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，该装置还包括在所述注射器模块和混合模块上游的预混模块。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述预混模块用于在将进水与臭氧接触之前向所述进水中添加过氧化氢。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，该装置还包括在所述注射器模块和混合模块下游的接触器模块。
10.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其中，所述至少一个注射器模块和至少一个混合器模块共用一个公用的外壳，其中，所述至少一个注射器模块位于所述至少一个混合器模块的上游。
11.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其中，所述至少一个注射器模块为多个注射器模块，所述至少一个混合器模块为多个混合器模块，并且所述多个注射器模块和混合器模块在该装置中交替排列。
12.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其中，每个注射器模块包括至少一个注射器。
13.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其中，每个注射器模块包括多个注射器，所述注射器被配置成使在侧流中预混合的氧化剂的溶解最大化。
14.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，该装置用于改进现有的水处理设备，并且其中，将该装置安装在所述设备中，随后通过增加或减少注射器模块和/或混合器模块来优化效率和性能。
15.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其中，用选自由以下特性组成的组的流出水的特性来衡量增加或减少模块的效果：
（i）预定的残余污染物水平，
（ii）溶解的残余臭氧水平，
（iii）残余过氧化氢水平，以及
（iv）水质。
16.一种用于从进水中除去污染物的侧流装置，该装置包括：
适于装配在所述装置的主反应器内的多个模块，所述多个模块包括：
至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构中与部分进水预混合的氧化剂，以及
至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合，以及
适于装配在至少一个侧流中的多个模块，所述多个模块包括：
至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射与部分进水预混合的氧化剂，以及
至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，
其中，将在侧流中与进水预混合的氧化剂引入所述主反应器，以促进氧化剂溶解，
并且进一步地，其中，在安装之后，能够将额外的注射器模块和/或混合器模块添加到所述侧流和/或所述主反应器中，以优化所述装置。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述至少一个侧流为至少两个侧流，包括用于注射并混合臭氧的第一侧流、以及用于注射并混合过氧化氢的第二侧流。
18.一种用于除去污染物的方法，所述污染物使得进水供应具有令人不愉快的味道或气味，该方法包括：
在过氧化氢存在下，使进水与臭氧接触，以产生去污染的出水，以及
将所述出水提供给消费者，
其中，所述出水中，使所述出水具有令人不愉快的味道和气味的所述污染物的水平得到降低。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，该方法实现对出水的消毒。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中，无需事先加入消毒剂，在过氧化氢存在下进行与臭氧的所述接触。
21.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中，所述出水不含有消毒剂。
22.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，该方法还包括将消毒剂添加到所述出水中的步骤。
23.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中，使所述进水供应具有令人不愉快的味道或气味的所述污染物选自土臭味素和2-甲基异冰片。
24.根据权利要求18-23中任意一项所述的方法，其中，所述进水为地表水或地下水。
25.根据权利要求18-24中任意一项所述的方法，其中，在过氧化氢存在下，使进水与臭氧接触，以进一步除去毒性有机污染物。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述毒性有机污染物选自内分泌干扰化合物、药物活性化合物、病原体、壬基酚、三氯生、双酚-A、雌二醇等价物和N-亚硝基二甲胺。
27.根据权利要求18-26中任意一项所述的方法，其中，所述接触在用于从进水中除去污染物的装置中进行，该装置包括：
适于装配在水处理装置中的多个模块，所述多个模块包括：
至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构中与部分进水预混合的氧化剂，以及
至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合，
其中，所述混合器模块适于连接在所述注射器模块的下游，并且所述注射器模块和混合器模块进一步适于将任何数量的注射器模块和任何数量的混合器模块装配在所述装置中，该装置用于在单程、活塞式流动结构中从进水中除去所述污染物，选择注射器模块和混合器模块的数量，以从所述进水中除去预定量的所述污染物。
28.根据权利要求18-26中任意一项所述的方法，其中，所述接触在用于从进水中除去所述污染物的装置中进行，该装置包括：
适于装配在所述装置的主反应器中的多个模块，所述多个模块包括：
至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射在侧流结构中与部分进水预混合的氧化剂，和
至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，该静态混合部件用于将通过所述注射器模块引入的氧化剂与进水混合，以及
适于装配在至少一个侧流中的多个模块，所述多个模块包括：
至少一个注射器模块，该注射器模块用于注射与部分进水预混合的氧化剂，以及
至少一个混合器模块，该混合器模块包括静态混合部件，
其中，将在侧流中与进水预混合的氧化剂引入所述主反应器中，以促进氧化剂溶解，
并且进一步地，其中，在安装之后，将额外的注射器模块和/或混合器模块添加到所述侧流和/或所述主反应器中，以优化所述装置。
29.一种改良的用于将含生物污染物的再生废水消毒的方法，所述生物污染物选自大肠杆菌和脊髓灰质炎病毒，该方法包括以下步骤：
（a）使用臭氧处理再生的水，臭氧的剂量和处理时间足以将大肠杆菌和脊髓灰质炎病毒的水平降低至州或联邦政府的规章所要求的含量，以及
（b）将在（a）中处理过的水引入公共水供应系统。
30.根据权利要求29的所述方法，其中，所述臭氧的剂量为5μg/mL或更多。
31.根据权利要求29或权利要求30所述的方法，其中，加入过氧化物以减少溴酸盐的形成、促进痕量有机化合物的破坏、或缩短与臭氧接触的时间。
32.根据权利要求29-31中任意一项所述的方法，其中，在（a）中的所述处理将选自由壬基酚、三氯生和双酚-A组成的组的有机化合物去除至州或联邦政府的规章要求的水平。
33.根据权利要求29-31中任意一项所述的方法，其中，在（a）中的所述处理将总大肠杆菌、粪便大肠杆菌或脊髓灰质炎病毒的水平降至州或联邦政府的规章要求的水平。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，基于MS2大肠杆菌噬菌体的水平来计算所述脊髓灰质炎病毒的水平。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，基于在同等条件下，MS2大肠杆菌噬菌体水平的下降与脊髓灰质炎病毒水平的下降之间的相互关系来计算所述脊髓灰质炎病毒的水平。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，脊髓灰质炎病毒的水平下降5个数量级相应于MS2大肠杆菌噬菌体下降6.5个数量级。
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