TWI503289B - 用於改良氣－液質傳的氣體分散設備 - Google Patents

Description

用於改良氣-液質傳的氣體分散設備

本發明係關於一種將臭氧氣泡均勻分散於液相水中以供處理水的設備及方法。

臭氧是有效的消毒劑且係用以氧化飲用水的有機污染物，包括自然界存在的會產生味道和氣味的化合物。臭氧也能用於來自廢水二級處理的流出水以在再利用為非直接飲用水或排至水體之前自水中除去微量有機污染物及內分泌干擾物(EDCs)。EDCs可在，舉例來說，醫藥殘餘物、殺蟲劑及除草劑，及許多個人護理產品的組成成分中找到。此臭氧應用於廢水的三級處理由於缺水而興起得比臭氧的其他用途快並且涉及EDCs對於水生生物的衝擊。對於大部分涉及飲用水或都市廢水的處理的應用，在排入河流及湖之前典型的臭氧劑量在每公升水3mg臭氧至5mg/L的範圍中。在這些應用中水流速率取決於供給的居民人數而且通常約700 m³ /h或更大。用於處理工業廢水及用於特殊應用例如除去顏色的臭氧劑量介於10mg/L至數百mg/L，但是水流速率較低，大約150m³ /h或更低。

關於在被化學藥品污染的地下水中經常見到的合成有機污染物例如MTBE、TCE、1,4-二噁烷等等，運用“預氧化”方法做水處理。該預氧化方法結合過氧化氫與溶於水中的臭氧以產生高反應性羥基將頑強的有機污染物氧化。 羥基係藉由臭氧與水相中的過氧化氫或觸媒之間的反應產生。該預氧化方法係為了再利用於該設備中，或在被污染的流出水排放至都市下水道或環境之前用以處理工業程序用水。

臭氧氣體通常於以電暈放電為基礎的產生器中由空氣或高純度氧產生。在氣相中的典型臭氧濃度介於3至14%，其取決於該產生器功率及用於臭氧產生的氣體進料中之氧濃度。以臭氧為基礎的水處理方法靠著將臭氧自氣相轉移至水相以供將有機污染物氧化。為了達到水處理的目的已經有人使用多種不同方法將臭氧自氣相轉移至液相。

所有這些方法均靠著創造於該氣-液界面處的混合或相對運動，及於製程作業條件的臭氧溶解度將臭氧自氣相轉移至液相。選擇設備的關鍵標準包括作業期間消耗的能量、所欲的臭氧劑量率、該設備的成本和大小以及臭氧質轉效率。把該臭氧質轉效率定義為臭氧溶於水相的程序時引入的臭氧氣體百分比。為了提高被轉移的臭氧量及從而該臭氧質轉效率，吾人所欲為使用於比大氣壓力更高的操作壓力下之大約8重量%或更高的高濃度臭氧。該臭氧濃度減少該氣-液混合設備必須處理的氣體量並且提高臭氧在水中的溶解度。於比大氣壓力更高下操作此程序也提高臭氧在水中的溶解度。高臭氧濃度和較高操作壓力的聯合效應是提高的質傳驅動力，其改善該臭氧質傳效率。在來自該程序的流出氣流中的殘餘臭氧代表該臭氧產生器中浪 費的能量並且造成提高的氧成本。為了在該氣體安全排放至大氣中除去沒溶解的臭氧，必須使該流出氣流通過臭氧破壞單元。

工業用的臭氧產生器通常產生於15psig至30psig(103.4 kPa至206.8 kPa)氣壓的臭氧。於較高壓力下，電暈放電產生器的能量效率和發電能力降低，於高於15psig(103.4 kPa)的壓力下產生臭氧變得更昂貴。這將經濟的臭氧氣體來源限制於15psig(103.4 kPa)。為了獲得於高氣壓下質傳效率較好的優點，偏好以文氏噴管(venturi eductor)為基礎的方法勝過其他於大氣壓力或稍高於大氣壓力下操作的方法。然而，該文氏噴管本身提供臭氧從氣相至水中的低溶解作用。該質傳大部分發生於該氣體被移動水流吸出的喉部段。該噴管的下游，混合作用不足而且僅提供有限的額外質傳。為了改善該噴管下游的臭氧溶解作用，使用靜態混合器。為了將氣體混入水中以供臭氧轉移，通過該靜態混合器時需要高流體速度。所需的最小速度是該靜態混合器特有的並且造成橫過該混合器的大壓降，因此增加此方法的能能量需求。

把臭氧從氣相轉移至液相以達到水處理的目的之一習知方法是泡罩塔或池式反應器(basin reactor)，其包含大型塔或池及位於該塔或池的底部處之氣體擴散器。在一些具體實施例中，該等氣體擴散器可設置於水面下大約15至20呎(4.6至6.1米)。該塔或池持續不斷裝滿污水而且臭氧氣體通過該等氣體擴散器引入。臭氧氣體的微細氣泡上升 通過該塔或池中的水，其提供該池中的水之混合和紊流並且促成臭氧溶入水中(文中也稱作“臭氧轉移”)。臭氧轉移效率可藉由從該塔或池的頂部捕捉及再循環沒溶解的臭氧及/或使用擋板使臭氧通過一連串的塔或池獲得改善。依據該臭氧劑量及該池設計，在一些具體實施例中使用該池的一或二區段噴灑氣體並且使用剩下的區段達成溶解的氣體除去及關於水的所欲臭氧接觸時間(CT)。等到屆滿所欲的CT之後即從該池移除處理過的水。

為了達成於該池中的良好混合及質傳，該池接觸器方法在窄的總氣體流速範圍內操作。如果降低總氣體流速，氣泡將上升通過該水塔而沒有於水中的明顯混合或紊流。這將降低該接觸器中的臭氧質傳效率。因為臭氧氣體產生是此方法的主要成本，所以該接觸器中的臭氧質傳效率降低使此方法比較不經濟。由於氣體流動減少而缺乏適當混合也導致該池中的不均勻臭氧分佈，並且可能使CT降到低於相關水消毒規範的要求。為了克服這些問題，藉由降低該氣體中的臭氧濃度使該總氣體流速保持不變。典型的臭氧處理方法使用高純度度作為進料氣體以產生臭氧。當該進料氣體中的臭氧濃度相對於低臭氧需求下降時，由於低水流速或較低的污染物濃度，使得每單位質量的臭氧需要較大量的高純度氧使通過該等氣泡擴散器的氣體總流量保持不變。大量的高純度氧的運用提高處理水的單位成本並且造成低臭氧需求時期的能量浪費。

使用池式接觸器的另一缺點是該氣體擴散器的微小 細孔(通常微米大小)隨時間阻塞，並且藉以顯著影響該接觸器的效能。擴散器的阻塞使得該等擴散器必需清潔或周期性地更新，導致製程停頓及提高的維護成本。廢水的處理對於傳統以微細氣泡擴散器為基礎的池式接觸器方法也是比較大的挑戰，因為該廢水中攜帶較高濃度的微細懸浮固體導致該擴散器頻頻阻塞及該接觸器的不良效能。在飲用水和廢水處理設備二者中水的流速在一天當中而且由於多個原因變化很大，使大部分傳統接觸方法的操作在低臭氧需求時期變得昂貴。該以擴散器為基礎的方法之其他優點包括：為了將臭氧轉移至水中需要大型深池，因此提高成本和空間需求；氣泡的溝流降低質傳的效率；及此方法不易受高壓操作影響，高壓操作將會提高臭氧氣體在水中的溶解作用。

另一習知的臭氧轉移方法是使用文氏噴管，其中水流經該文氏管並且於該文氏管的喉部引出。這個以文氏管為基礎的方法僅能有效地用於帶有較低水流速率的系統中。在於較大流速下操作的系統中，一部分水可被引入設置該文氏管處的“滑流”。該滑流接著往回注入該主流並且藉由紊流混入該主流。該引出流文氏管方法通常只對較低劑量臭氧轉移(例如，10 mg/L或更小)有效。此方法也必需使該流入水在主管中具有高橫向流速度以供將該噴流的二相流混入該主流並且使該混合流在該輸送管中運送得比緩慢移動的水流更遠的距離。該高速噴流的目的在於透過該噴流紊流能量的迅速耗散達成該主流中的額外臭氧轉移。為了 該主流中的臭氧之有效混合和質傳所需的高速二相噴流導致橫過該等噴嘴的高壓降。該高壓降代表為了達成該臭氧轉移所耗費並且由該側流泵所供應的能量。此方法的能量需求經常比該池式接觸器更高許多。

在以文氏管為基礎的臭氧轉移的另一變化例中，靜態混合器可用在該噴管或氣體噴嘴的下游以達成臭氧額外混合及溶於水相中。該系統因為其沒有活動部件而更易於設計。但是為了透過靜態混合器得到好的臭氧轉移所需的混合及氣體分散需要氣體和液體的高度紊流。這需要穿過該靜態混合器的高氣-液速度，造成橫過該靜態混合器比任何其他氣體溶解方法更高的壓降。必要的最低氣-液速度是該靜態混合器特有的而且該方法只能以窄範圍的水和氣體流速操作以達成臭氧溶解所需的紊流。當該水流速降至低於該靜態混合器的最適操作範圍時該臭氧轉移效率將戲劇性地損失。這是設備運轉的巨大挑戰，因為在飲用水和廢水設備中水的流速隨著一天當中的需求而且由於多個原因變化相當大。

有人意圖使用渦輪接觸器進行臭氧轉移，其藉由中空渦輪軸桿及攪動器抽出氣體來操作。渦輪接觸器由於數個理由而顯得不是非常適於臭氧轉移應用。比起上述臭氧轉移法，渦輪接觸器具有較大電力需求。此外，進入該渦輪接觸器的臭氧氣體對水比例必須維持相對恆定以供有效率的操作，其限制了調整臭氧劑量的能力。渦輪接觸器並不是非常適於催化性臭氧處理，因為粉末狀觸媒會阻塞溝 道，該臭氧氣體穿過該等溝道抽出。

填充塔很少用於將臭氧轉移至液相中，因為此類型的反應器具有非常低的臭氧質傳效率，而且因此需要非常高的塔以達成典型的臭氧劑量。填充塔也具有低孔隙體積，其限制通過指定直徑的塔的水流速。填充塔可用於利用臭氧的固定床催化性反應，但是由於臭氧的低質傳效率而使建造及操作昂貴。

衝擊射流也被用以增進在臭氧轉移系統中的氣相與液相之間的混合。在這樣的系統中，二相流的高速噴流與另一個二相噴流或與靜態表面相撞。在這些衝擊射流方法中，使二氣-液流的射流於高速自相反側相撞。一部分處理過的水可再循環並且與流入的污水混合，並且接著透過泵供入以形成噴流。此外，沒溶解的臭氧可在相分離器的下游捕捉並且透過該等噴流再循環。衝擊射流可用作為唯一的混合反應器，或可與其他混合反應器聯合使用。包括衝擊射流的臭氧轉移系統的設計及操作由於必須精準配置衝擊區而顯得複雜。此外，該等射流具有高電力需求而且可由此類型系統供應的流速範圍有限。因此，此方法很少用於大量水處理應用，舉例來說飲用水和廢水處理應用。

因此，需要能克服先前技藝方法的缺陷之改良的臭氧轉移方法。

有一形態中，本發明包含一種用於處理水之方法，該 方法包含：(a)通過預處理管道運輸水流；(b)把該水流從該預處理管道引入膨脹段，該膨脹段包括具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大；(c)提供含有至少3%臭氧氣體的氣流；(d)當該水流流經該膨脹段時於至少一注入點把該氣流引入該膨脹段，造成於該下游端包含臭氧氣體及水的氣-液混合相流；及(e)使該混合相流通過位於該膨脹段下游的單石，造成至少一部分臭氧氣體溶於水中的反應產物。

在另一形態中，本發明包含一種水處理系統，其包含：一預處理管道，其包括一水流；一膨脹段，其以流通方式沿著該預處理管道連結，該膨脹段包含具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大；一氣流，其含有至少3%臭氧氣體，該氣流於至少一注入點處與該膨脹段流通；及一單石，其具有一出口端及一入口端而且與該預處理管道流通，該出口端和入口端在該膨脹段下游，該單石中具有多數溝道，該水流和氣流可行經該多數溝道。

在又另一形態中，本發明包含一種處理水之方法，該方法包含：(a)通過預處理管道運輸水流；(b)將來自該預處理管道的一部分水流引入至少一側 流，該預處理管道於引出點(diversion point)分出該側流；(c)提供含有臭氧氣體的輸出氣流；(d)於至少一注入點將該輸出氣流引至該至少一側流中的水，造成在該至少一注入點下游的包含臭氧氣體及水的混合相流；(e)於位於該引出點下游的再引入點(reintroduction point)將該混合相流引入該水流。

除非文中另行指明，否則本說明書、圖形及申請專利範圍中認定的任何和所有百分比應被理解為以重量百分比為基礎。

除非文中另行指明，否則本說明書、圖形及申請專利範圍中認定的任何和所有壓力應被理解為意指表壓。

用於本說明書及申請專利範圍時，該措辭“流通”意欲意指二或更多元件係以使流體能於該等元件之間流動的方式連結(直接或間接)，該等元件包括可含有閥、閘或其他可選擇性地限制流體流動的裝置之連接件。

用於本說明書及申請專利範圍時，該措辭“臭氧轉移，”“臭氧質傳”及“臭氧溶解”均意表示臭氧氣體溶於水。

為了助於描述本發明，本說明書及申請專利範圍中可使用方向措辭來描述本發明的部位(例如，上方、下方、左側、右側等等)。這些方向措辭僅意欲輔助描述和申請本發明而且不欲以任何方式限制本發明。

在這些申請專利範圍中，使用字母來分辨申請步驟(例如(a)、(b)及(c))。除非且只有申請專利範圍中明確列出此順序，否則這些字母係用以助於引用本發明的步驟而且並非試圖表示申請步驟進行的順序。

根據本發明的方法提供於簡單又小型的系統中利用非常少需要昂貴保養或消耗大量能量的活動部件之有效率氣-液接觸方法。利用臭氧處理水和消毒的傳統方法使用氣泡擴散器將含臭氧的氣體注入連續流動的池式接觸器，或是無論在有或沒有靜態混合器的情況下，在輸送管中透過文氏噴管或噴嘴注射氣體。該含有氣泡擴散器的池式接觸器於接觸段中提供不夠的氣體和水的混合，而且用於臭氧氣體轉移沒有效率。氣體流量在窄設計範圍內操作，其在低水流速的時期經由降低該氣體中的臭氧濃度而導致不變的氣體流速操作。當該臭氧濃度降低以保持不變的氣體流速時，每單位體積之處理過的水必須使用較大量的純氧氧體。這代表在低水流速的時期浪費的能量及較高的操作成本。該池式接觸器也在大氣壓力下運轉，所以臭氧處理步驟無法呈改裝方式加入而不需外加泵或用以從該池抽取處理過的水之水增壓方法。

該同軸管式接觸器是通過氣體噴嘴、文氏噴管或二相噴流將氣體引入該水流的柱流式反應器。此類型接觸器也在窄的水和氣體速度範圍規範內運轉並且具有低臭氧質傳效率。如果該管式反應器中使用該等靜態混合器在該氣體注入點下游混合，該臭氧利用率將在該靜態混合器的設計 範圍以內獲得改善。但是由於在該等靜態混合器中混合需要大的紊流壓降而導致複雜的反應器設計及較高的運轉成本。

吾人所欲為更多用途的臭氧轉移方法，其具有較廣的作業範圍、較低能量消耗及較高臭氧轉移效率。本文所揭示的發明達成這些目標中之其一或更多。傳統氣體注射方法例如使用同軸文氏噴管、同軸靜態混合器或氣體噴嘴將無法造成如本案所述的設備所能達成於該填充段入口處需要的相同氣體分散度。文中揭示的設備可利用少許修飾呈改裝方式輕易併入現有的水處理設備。本發明可配合任何壓力的供水應用，不像供水必須維持於大氣壓力的池式接觸器方法。也能應用以非常好的臭氧質傳效率於大約15psig(103.4 kPa)下運轉的經濟型臭氧產生器，即使是待處理的水在高於15psig(103.4 kPa)的壓力下亦同。

根據本案的發明讓臭氧以高臭氧利用率從氣相轉移至水相。在根據本發明使含臭氧的氣體與水接觸的一些具體實施例中，等到利用二相噴嘴或氣體擴散器使含臭氧的氣泡分散於該流入水中之後使該流入水通過含有單石的結構化填充段。只有當進行該填充段之前將氣體徹底分散時該結構化填充段才會將可溶性氣體有效轉移至液相。氣泡充分分散於水中係藉由呈側流抽取一部分流入水，使用適合的液流泵將該側流中的水增壓，並且接著將該氣-液混合物注入該填充段之前。透過氣體噴嘴或文氏噴管將該含臭氧的氣流引入該側流。將該側流中的氣-液混合物分成多重 流並且輸送至沿著該流動導管的不同位置。接著正好在該填充段之前將由該側流分出來的所有二相流注入該主水流以使氣泡聚結作用及相分凝作用最小化。該等注入點的取向及位置取決於該填充段的取向及形狀。

至於將該二相流注入該填充段之前的替代方案，該含臭氧的氣體也可透過正好在該填充段前面的氣體擴散器注入。在此案例中，只有該氣體經過該擴散器從臭氧產生源注入液體流中。該等擴散器接近該填充段放置確保減少氣泡聚結作用，而且使用形塑成匹配該填充段外形的多重擴散器將確保氣泡均勻分佈於該填充段的入口。該填充段能依水平、垂直向上或垂直向下取向以供流體流動。在一些具體實施例中，該填充段的較佳取向是水平方向加上該單石中的圓形或方形截面微溝道以使流體流動及該微溝道內的混合最大化。在一些具體實施例中，該臭氧用盡的氣體及該處理過的液體可藉由任何傳統可取得的裝置從該填充段下游抽取。舉例來說，該填充段的出口可連至一池以達成所欲的接觸時間(CT)並且分離該臭氧用盡的殘餘氣體。該氣體分離及滯留時間也可藉由使用供氣體分離用的除氣容器，接著關於該CT的輸送管道接觸器而達成。製造臭氧的方法是能源密集且昂貴的，所以吾人所欲為使該氧化方法中的臭氧利用率最大化而使混合該氣相和液相不需要耗費相當多能量。

利用下述根據本發明的具體實施例之方法克服了關於臭氧溶解於水中的習知方法之挑戰並且提供供此溶解用 的小型系統。其可用於所有尺寸的設備的水處理及消毒，但是對於處理每小時700立方米或更高的流速的水處理設備特別具有吸引力。

本發明的主要優點之一是此方法可搭配水應用，該水係處於比該臭氧產生器的操作壓力更高的壓力。在將臭氧氣體直接注入該主水流的習知處理方法中，該主水流中的壓力必須低於該臭氧氣體壓力。在這些處理方法中，這樣將增加該系統的操作成本，因為該臭氧產生器無法有效率地操作以獲得必需的壓力。

在根據本發明的一些具體實施例中，使用文氏噴管抽出臭氧氣體。該文氏噴管可設計成在所欲的水和臭氧產生器壓力下運轉以抽出所欲量的臭氧氣體。這使該流入水壓力與該臭氧產生器壓力分開，及因此，二者均可於其最佳條件下操作。根據本發明的設備及方法可用以處理介於大氣壓力至大約100psig(689.5 kPa)的操作壓力，而且在大部分案例中介於5psig與50 psig(103.4 kPa與344.7 kPa)之間的操作水壓。

在文中所述的示範具體實施例中，進入該填充段的水速係藉由一膨脹段來降低，該膨脹段具有比相鄰進水管(influent pipe)大的截面積。此方法可能有違普通熟悉此技藝者的直覺，因為許多用於氧化處理的習知方法為了達成提高該混合段中的水速而限制流入水的流量。本發明改善臭氧轉移的方式將引用所揭示的示範具體實施例詳細解釋於下文。

圖1中概略顯示示範水處理系統10的第一個具體實施例。在系統10中，藉由一增壓的流入進料流12將待處理的水引入一預處理管道16。將該預處理管道16中的一部分水導入一側流部位60，該側流部位60包括側流62、通過該側流部位60循環的泵64及於分叉點(furcation point)69從該側流62分流的多數流70、72、74。該預處理管道16將未引出的水運送至膨脹段31中。

在此具體實施例中，該分叉點69及流70、72、74係位於接點(junction)68的下游，其中臭氧產生子系統18產生的臭氧經由臭氧進料管道66引入該側流62。與先前系統相反，本發明中只使用該流入水量的一部分以創造該混合段22的填充段所需的氣體分散。另外，本發明包括只在該側流62中的泵抽裝置(即，泵64)以將該側流62中的水泵抽至高於位於該預處理管道16中的水之壓力。與經過同軸文氏噴管泵抽完全的流入水流12之具體實施例相比，這能藉由僅加壓該流入水流12的側流部位60來降低能量消耗。

在此具體實施例中，透過氣體噴嘴或文氏噴管於該接點68把在該臭氧進料管道66中之含臭氧的氣體注入該側流62。該側流62中的氣-液流可接著藉由靜態混合器進一步混合以將氣泡更進一步分散於水中。在此具體實施例中，等到該側流62中的水已經與臭氧於接點68混合之後，接著將該二相側流62分成多數二次流70、72、74。應了解該側流62可在本發明的範疇以內分成任何數目的二次 流。較佳地，於大約相同體積流速下提供各二次流。在此具體實施例中，接著在該混合段22的填充段之前，於分別的注入點84、86、88將該等流70、72、74中的氣-液混合物供入該混合段22的膨脹段31。在此具體實施例中，該填充段包含單石26。

任何類型的傳統噴嘴均可用以將該二相流注入該膨脹段31。該等注入點係位於該膨脹段31中以致於其創造實質均勻的氣泡分佈並且減少氣泡聚結作用和相分離作用。等到臭氧氣體混入該側流62之後將該側流62分成多數流(例如，流70、72、74)使所需的臭氧進料管道數目只有一個(如所見在圖1中使用單一臭氧進料管道66)。

大部分工業用臭氧產生器於每平方吋15至30磅(103至207 kPa)的壓力下製造輸出氣流。電暈放電臭氧產生器的典型輸出氣流壓力更低，其中如果該輸出氣流壓力超過15 psi(103 kPa)臭氧產生效率即開始損失。在圖1所示的具體實施例中，該預處理管道16的較佳壓力範圍係介於每平方吋5與50磅(34與345 kPa)之間。對於普通熟悉此技藝者很顯然當能於較高輸出氣流壓力下運轉的臭氧產生器變得市售可得時該較佳範圍將會改變。

圖2中概略地顯示示範水處理系統110的第二個具體實施例。在此具體實施例中，給與該系統10的第一個具體實施例中的元件相同之系統110的元件一個增加100的參數編號。舉例來說，該系統10的第一個具體實施例的預處理管道16與該系統110的第二個具體實施例的預處理管道 116相同。為求清晰，本具體實施例與該第一個具體實施例共用的一些特徵在圖2中有編號，但是在本說明書中並未覆述。舉例來說，系統10中的流入進料流12相當於系統110中的流入進料流112、系統310中的流入進料流312、系統410中的流入進料流412。

在圖2所示的具體實施例中，把含臭氧的氣體切分至三臭氧進料管道166a、166b及166c中，其各管道分別於分別接點176、178、180連至該二次流170、172、174之其一。就像圖1的具體實施例，應了解該側流162可分流成任何數目的二次流。文氏噴管或任何其他適合的注射裝置均可作為該二次流170、172、174的氣體注射裝置。該二次流170、172、174接著將一氣-液混合物供入該膨脹段131中的流入水。這降低了對於可能造成該側流162的壓降之另一氣體噴嘴的需求，因此，進一步減少此方法所消耗的能量。關於該側流的組態、二相流注射方法及該等噴嘴的精確位置的挑選，將取決於許多因素例如，舉例來說，總體容量水流速、臭氧劑量、填充段取向及該填充段的填充料特質。

現在將描述系統10的其他元件。應了解後續系統揭露的對應元件同樣適於圖2的系統110、圖7的系統310及圖8的系統410的具體實施例。在本說明書中有描述且出現於所有系統110、310、410中的系統10元件可藉由分別增加一個因子100、300及400的參考編號表示於圖形中，但是在本說明書中可能沒有明確描述。

在圖1所示的實施例中，該臭氧產生子系統18包含一電暈放電臭氧產生器。該臭氧產生器包括周圍空氣、富含氧的空氣或純氧的進料管道，其取決於該臭氧進料管道66中的所欲臭氧濃度及臭氧總量。在此實施例中，提供包含至少90%氧的進料管道。典型的電暈放電臭氧產生器將該進料氣體中的約4至13%的氧轉化為臭氧。因此，來自該臭氧產生子系統18的輸出氣流在正常操作條件之下將含有不低於3%臭氧。在其他具體實施例中，能產生臭氧的任何適合替代方法均可使用。

來自該預處理管道16的臭氧氣體(來自該臭氧進料管道66)和水的混合物接著流入該混合段22。在此實施例中，該混合段包含一蜂巢狀單石26。現在參照圖3，該單石26包含具有界定平行微溝道28的壁30的單元結構，該等微溝道較佳填滿該單石26的截面積。在此實施例中，該等壁30係由陶瓷材料形成。堇青石、氧化鈰-氧化鋯、氧化鋁、碳及二氧化鈦是該等壁30的其他適合基材實例。金屬類，例如不銹鋼，也可能是該等壁30的適合基材。對於較大直徑的單石，該結構可包含分段擬合所欲截面的多數單石。

在此方法中，將來自預處理流16的流入水運送至用於臭氧處理的混合段22。典型的水速在該預處理管道16中介於1m/s至2m/s而且比較接近2m/s使該輸送管尺寸維持為小的，同時也使壓損保持於可接受的程度。接著使水通過具有比該流入水輸送管更大的截面積並且含有填充微溝道28的結構化填料或單石26的區段，該等微溝道28經 明確設計以達成良好的氣體至液體質傳。該填料通常具有60%至85%的孔隙體積以供流體流過。經過該填充段的表觀速度比在該流入水輸送管中更低而且係在0.25m/s至1m/s的範圍中。經過該填料的較高水速導致改善的質傳但是也導致高壓降。比起從氣相至液相的質傳隨著經過該結構化填料的流體速度提高的改善程度，該壓降及該能量消耗增加更迅速。因此，有一最佳的速度範圍，其中質傳和壓降在可接受範圍使本發明成為有效率的臭氧溶解方法。某些結構化填料例如帶有微溝道的蜂巢狀單石搭配可接受的壓降及良好質傳操作的速度範圍比該靜態混合器更寬許多。橫過此填料的壓降比起靜態混合器也更低許多，使其成為非常具有吸引力的氣體溶解方法。

在圖3的實施例中，該單石26的截面形狀是圓形而且各個微溝道28的截面形狀是方形。許多替代形狀均可行而且該單石26和微溝道28可為相同形狀或不同形狀。舉例來說，該單石26的總體截面形狀該等微溝道28的截面形狀可能是六角形。用於特定用途的單石26的較佳規格取決於操作因子的數目，包括(但不限於)所欲的臭氧和觸媒劑量的範圍，以及水流速的期望範圍。

在一些具體實施例中，該等壁30可浸透著用於水處理用途的觸媒，預期在該等壁30中發生催化反應，例如有機污染物(例如硝基苯、苯胺染料廢水、酚、多酚等等)的催化性氧化。常見的氧化觸媒的實例包括碳、鈀、鐵、氧化鈦、二氧化鈦、銅、錳、鎂、釕及銀。

有一具體實施例中，該以蜂巢狀單石26為基礎的填料具有大約1mm至3mm寬的微溝道28。由於該等壁30，這些微溝道28並沒有相互連結，所以一旦該流體進入該溝道即不會與相鄰溝道的流相互混合。於該單石塊末端發生極微的流體交換，該單石塊通常是3”至6”長而且與另一單石塊端對端堆疊以達成所欲的填料長度。因此，此方法需要於該填料入口處的良好氣體分散所以大部分溝道或大部分該填充段的容積係用於臭氧質傳。一旦氣泡於水中的適當分散物進行該蜂巢狀單石26的微溝道28，其即達成高氣-液質傳速率。這個係藉由該氣-液相邊界處的相對運動完成，該氣-液相邊界係由該流體與該等溝道壁30的摩擦引起該液相和氣相中的循環流動而建立。良好質傳所欲的流動剖面圖是泰勒(Taylor)流動，其中氣體和液體的霰彈(slug)以層狀流順著毛細溝道向下移動。本發明也能於高流體壓力操作此方法以得到水處理用較高臭氧轉移驅動力的優點。該結構化填充段的總長度可加以變化並且選擇以達成指定臭氧劑量所欲的臭氧質傳效率。在該結構化填充段中，該等單石塊經佈置以及於該輸送管或導管的整個容積以防止該氣體或液體沿著該單石與該輸送管之間的邊緣繞過。

該氣-液混合物較佳於提高的壓力(即，高於大氣壓力)供應至該單石26，如上所述，其將提高該臭氧質傳效率。如以上說明的，與經過同軸文氏噴管泵抽完全的流入水流12之具體實施例相比，根據本發明的具體實施例藉由僅加 壓該流入水流12的側流部位60降低能量消耗。

為了達成該結構化填充段所欲的氣相分佈以得到高氣體質傳效率，該等氣泡必須在該結構化填充段入口的上游均勻地被分散。在此具體實施例中，當水的速度從約2m/s的流入水輸送管速度降至0.25m/s至1m/s的填充段速度時即能完成均勻的分散。此速度降低係藉由將該結構化填充段裝在截面積比該流入水輸送管(即，預處理管道16)更大的輸送管或導管中達成。接著透過該膨脹段31將該流入水輸送管連至具有較大的填充段截面積的輸送管。

圖1、2、7及8中僅概略顯示該膨脹段31。圖4更準確地顯示該膨脹段31的示範外形，其係位於該預處理管道16與該單石26之間。如圖4中見到的，該預處理管道16連接至該膨脹段31的上游端33。該上游端33具有大約等於該預處理管道16的相鄰端的截面積。朝該膨脹段31的下游端35(即，較接近該單石26，或圖4所示的右側)移動，該膨脹段31的截面積增大以致於其比該上游端33的截面積更大。在一些具體實施例中，於該下游端35的截面積較佳為於該上游端33的第一截面積的至少兩倍。

如上所述，本發明代表優於習知系統的改良系統，因為其藉由使用該膨脹段31降低進入該填充段的水速。此概念可能有違普通熟悉此技藝者的直覺，因為該膨脹段31中的緩慢水速可能增進氣泡聚結作用及相分離作用。靜態混合器也無法用以將該等氣泡有效分佈於該單石上游的膨脹段中，因為該流體速度比該等靜態混合器所需的最適速度 更低。注意在使用靜態混合器連同氣體注射裝置例如文氏噴管或氣體噴嘴的方法中，為了防止該等流體相分離而使臭氧氣體下游的流體速度保持不變。

在此該設備依水平取向，如果使用傳統氣體注射方法例如氣體噴嘴或文氏噴管將該氣體注入該流入水輸送管，該等氣泡將會上升並且聚結於該單石26之前的膨脹段31中以於該膨脹段31的頂端創造出分開的氣相。另外，當該流入水的全容積流量通過該同軸文氏噴管時，由於橫過該噴管的大壓降而招致相當大的能量損失。

本發明藉由使用僅一部分的流入水量創造進行該單石26的氣體分散物而解決此問題。圖4也顯示如何於圖1的具體實施例中之注入點84、86、88處將臭氧氣體直接注入該膨脹段。

現在參照圖7和8的具體實施例。關於經過凝結及過濾之後待處理的水完全消除懸浮粒子例如飲用水的應用，即，在水處理所需的臭氧劑量較低之處，把該等氣體擴散器(其可採噴氣器的形式)置於該膨脹段中的單石之前，而不需要側流。參照圖7的具體實施例，多重擴散器(即，噴氣器382a、382b)可用以更均勻地分散該膨脹段331中的氣體並且避免該單石326依水平取向之處的氣泡聚結。應了解任何數目的擴散器均可在本發明的範疇以內應用於該膨脹段331中之任何數目的注入點。透過該流入水流312進入該膨脹段331的流入水橫向流將帶著該注入氣體所產生的氣泡進入該單石326以達到在該單石326之微溝道328 內的臭氧質傳。該等擴散器可由陶瓷、聚合物或燒結金屬製造並且可形塑為半圓形或直管，其取決於該單石的形狀，以達成橫過該單石326入口(即，上游)端的整個截面積之實質均勻的氣體分佈。

參照圖8的具體實施例，在該單石426依垂直向上取向的具體實施例中(即，在該單石426的下游端對抗重力之處)，該擴散器(噴氣器482)可置於該膨脹段431中心的方形或矩形柵格中。由於此具體實施例的取向，該等氣泡不會輕易聚結，而且該單一噴氣器482使該等氣泡保持充分分開直到其進入該單石426的微溝道428。應了解任何數目的擴散器均可在本發明的範疇以內應用於該膨脹段331中之任何數目的注入點。

應了解該結構化填充段(單石)能取向垂直向上、垂直向下或水平流體流動。該噴嘴或擴散器的數目、取向及位置可依據該填充段的取向，在本發明的範疇以內更改。關於該填充段的水平取向，為了將該膨脹段頂部中的氣泡的分離作用及聚結作用最少化而設置該噴嘴。

另外應了解圖7和8所示的具體實施例的設備可大約依圖1和2所示加入整個系統中中，即在具有臭氧破壞單元的分離容器中。

含有該結構化填料(單石)及該等擴散器的設備優於含有擴散器的池式反應器，因為在本發明中該等擴散器僅用於而且沒用於水相中混合。從氣泡將該臭氧質傳至液相在該單石426內發生。因此，不像池式反應器系統，當該氣 體流量在低臭氧需求時期降低時在這些構形中臭氧的質傳不會損失。

注入該側流之含臭氧的氣體的量取決於該流入水中的污染物之類型和濃度，及該氣流中的臭氧濃度。該側流中的氣液比取決於側流流量與總流量的體積比。該臭氧劑量可介於每公升經由該側流泵抽的水對2mg的臭氧至80mg/L。關於高度污染的水例如農田流出的水，可能需要預氧化以處理由殺蟲劑、除草劑等等造成的化學污染，總臭氧需求可能比基本消毒所需高出許多。大部分消毒應用需要每公升處理過的水對至多5mg的臭氧。對於EDC-移除應用，該臭氧需求可在2mg/l公升處理過的水至最大20mg/l公升處理過的水之範圍中。

在此實施例中，該系統10係經建構使得該氣-液混合物經過該單石26向下流。在其他具體實施例中，該單石26可朝能垂直向上或水平流動的方位。應注意垂直向上或水平流動取向在臭氧需求及，因此，進入該單石26的混合物的該氣-液比，較低的應用中更加實用。單石26的長度可加以選擇以達成所欲的臭氧質傳效率，而且較長的單石26導致較高的效率。

在此具體實施例中，該單石26排放至氣-液相分離容器34。在此具體實施例中，將該容器34收集到的氣體排至氣體淨化管道40，該氣體淨化管道40較佳連至一臭氧破壞單元42。該臭氧破壞單元42將來自該氣體淨化管道40的任何剩餘臭氧轉化為氧並且將該氧氣排至大氣。任意 地，氣體再循環管道44可將氣體從該容器34再循環至該臭氧產生子系統18(或再循環至該臭氧產生器的上游或下游之處)。

處理過的水經過位於該容器34下端的輸出管道38自該容器34移除。在一些具體實施例中，該輸出管道38中可包括泵以使至少一部分處理過的水能經過該預處理管道16再循環。水也可經過一流出管道46自該系統10排出。

在一些具體實施例中，入口52，其係連至過氧化氫的供應源，較佳裝設於該預處理管道16上以使過氧化氫能加於該處理程序(需要或希望預氧化之處)。

該系統10可經改造以提供廣大範圍的臭氧劑量，即，處理時溶於水中的臭氧氣體量。如果想要高臭氧劑量，可降低該流入流和流出流12、46的流速，所以該輸出管道38中有較大比例的水經過該預處理管道16再循環。

用於本文時，“臭氧劑量”意欲表示每次被水消耗掉的臭氧量，該臭氧量經過該混合段22循環並且經常能藉由比較該臭氧進料管道66的臭氧含量與該氣體淨化管道40中的臭氧含量測得。“總平均臭氧劑量”意欲表示當水經過該流出管道46排出該系統10時該處理過的水中的總臭氧劑量。“臭氧劑量”與“總平均臭氧劑量”之間的關係是經過該預處理管道16再循環之輸出管道38中的水之比例的函數。

圖5舉例說明想要較高臭氧劑量的系統10之構形。在此具體實施例中，藉由該流入流12將全部未經處理的水流50引入該處理系統10。圖6舉例說明想要較低臭氧 劑量(例如，2至5 mg/l公升的水)的系統10之構形。在此構形中，只將該水管道50中的一部分水透過該流入流12導入該處理系統10。使處理過的水透過該流出流46返回該水流50，使其於該水流50與未經處理的水混合以提供該水流50中所欲的臭氧劑量。如圖6所示，該流出管道46較佳將水再注入在該流入水管道12下游位置的水管道50。

發明本身已經以較佳具體實施例及其替代具體實施例的觀點揭示。當然，熟於此技藝者可預期來自本發明的教導之多種不同變化、修飾及更改而不會悖離其預期的精神及範疇。吾人所欲為本發明僅受後附申請專利範圍的措辭限制。

本發明的形態

形態1-一種用於處理水之方法，該方法包含：(a)通過預處理管道運輸水流；(b)把該水流從該預處理管道引入膨脹段，該膨脹段包括具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大；(c)提供含有至少3%臭氧氣體的氣流；(d)當該水流流經該膨脹段時於至少一注入點把該氣流引入該膨脹段，造成於該下游端包含臭氧氣體及水的氣-液混合相流；及(e)使該混合相流通過位於該膨脹段下游的單石，造 成至少一部分臭氧氣體溶於水中的反應產物。

形態2-如形態1之方法，其中步驟(d)包含：(i)把一部分水流從該預處理管道引入至少一側流；(ii)把該氣流引入該側流以形成一氣-液混合物；及(iii)於該至少一注入點把該氣-液混合物注入該膨脹段。

形態3-如形態1至2中任一項之方法，其另外包含：(f)將該至少一側流中的水流部分之壓力提高至第二壓力，該預處理管道中的水流具有第一壓力，該第二壓力比該第一壓力大。

形態4-如形態3之方法，其中步驟(f)係藉由設在與該至少一側流流通的位置之泵抽設備進行。

形態5-如形態2至4中任一項之方法，其另外包含在進行步驟(d)(ii)之處的下游將該至少一側流分成多數側流。

形態6-如形態2至5中任一項之方法，其另外包含在進行步驟(d)(ii)之處的上游將該至少一側流分成多數側流，其中步驟(d)(ii)另外包含把該氣流引入該多數側流各者以形成該多數側流各者中的氣-液混合物，及其中步驟(d)(iii)另外包含於該至少一注入點將該氣-液混合物從該多數側流各者注入該膨脹段。

形態7-如形態6之方法，該至少一注入點包含多數注入點，其中步驟(d)(iii)另外包含於該多數注入點的另一注入點將該氣-液混合物從該多數側流各者注入該膨脹段。

形態8-如形態2至7中任一項之方法，其中步驟(b)包含把該水流從該預處理管道引入膨脹段，該膨脹段包括具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積是該第一截面積的至少兩倍。

形態9-如形態2至8中任一項之方法，其中步驟(d)包含於至少一注入點把該氣流引入該膨脹段，該至少一注入點包含一氣體擴散器。

形態10-如形態1至9中任一項之方法，其另外包含：(g)分離該反應產物中任何沒溶解的氣體與該反應產物的液相部分；及(h)把該反應產物的至少一部分液相部分引至一流出流。

形態11-如形態10之方法，其另外包含：(i)把該反應產物的至少一部分液相部分再循環至該預處理管道的水流中。

形態12-如形態1至11中任一項之方法，其另外包含：(j)把過氧化氫注入在該單石上游的水流中。

形態13-如形態1至12中任一項之方法，其中步驟(e)包含使該混合相流通過在該至少一注入點下游的單石，該單石上面浸透著觸媒，造成該臭氧氣體的至少一部分溶入該水流並且將被溶解的臭氧的至少一部分轉移至供反應用的觸媒表面。

形態14-如形態1至13中任一項之方法，其另外包 含：(k)將該水流的一部分引出以形成一流入流；(l)將該流入流注入該預處理流；及(m)將該流出流注入在該流入流下游的水流。

形態15-一種水處理系統，其包含：一預處理管道，其包括一水流；一膨脹段，其以流通方式沿著該預處理管道連結，該膨脹段包含具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大；一氣流，其含有至少3%臭氧氣體，該氣流於至少一注入點處與該膨脹段流通；及一單石，其具有一出口端及一入口端而且與該預處理管道流通，該出口端和入口端在該膨脹段下游，該單石中具有多數溝道，該水流和氣流可行經該多數溝道。

形態16-如形態15之水處理系統，其另外包含位於該膨脹段上游的至少一側流，該至少一側流具有該預處理管道分出的第一端及與該第一端相對的第二端，該第二端與該膨脹段流通，其中來自該預處理管道的水流的一部分水經由該至少一側流運輸。

形態17-如形態16之水處理系統，其中該至少一側流包含多數側流，其中該多數側流各者於分叉點開始而且端接於該膨脹段，並且於多數注入點各者與該膨脹段流通。

形態18-如形態17之水處理系統，其中該氣流於多數接點的另一接點與該多數側流各者流通，該多數接點各 者位於該分叉點的下游。

形態19-如形態16之水處理系統，其中該氣流於一接合點與該至少一側流流通。

形態20-如形態16之水處理段，其中該接合點位於分叉點上游，其中該至少一側流於該分叉點分成多數側流，其中該多數側流各者端接於該膨脹段並且於多數注入點各者與該膨脹段流通。

形態21-如形態16至20中任一項之水處理系統，其另外包含位於該至少一側流中的增壓設備，該增壓設備提高位於該至少一側流中的水的壓力。

形態22-如形態15至21任一項之水處理系統，其中該單石包含多數平行溝道。

形態23-如形態15至22中任一項之水處理系統，其另外包含一過氧化氫通口，該通口與該水流流通並且連至過氧化氫供應源。

形態24-如形態15至23中任一項之水處理系統，其中該第二截面積是該第一截面積的至少兩倍。

形態25-一種處理水之方法，該方法包含：(a)通過預處理管道運輸水流；(b)將來自該預處理管道的一部分水流引入至少一側流，該預處理管道於引出點分出該側流；(c)提供含有臭氧氣體的輸出氣流；(d)於至少一注入點將該輸出氣流引至該至少一側流中的水，造成在該至少一注入點下游的包含臭氧氣體及水 的混合相流；(e)於位於該引出點下游的再引入點將該混合相流引入該水流。

形態26-如形態25之方法，其另外包含：(f)在進行步驟(d)之前，將該至少一側流中的那部分水增壓至第二壓力，該預處理管道的水流中的水具有第一壓力，該第二壓力比該第一壓力大。

形態27-如形態25至26中任一項之方法，其另外包含：(g)將該再引入點設於膨脹段中，該膨脹段含有具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大。

形態28-如形態27之方法，其中步驟(g)包含將該再引入點設於膨脹段中，該膨脹段有具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積是該第一截面積的至少兩倍。

10‧‧‧水處理系統

12‧‧‧流入進料流

16‧‧‧預處理管道

18‧‧‧臭氧產生子系統

22‧‧‧混合段

26‧‧‧單石

28‧‧‧微溝道

30‧‧‧壁

31‧‧‧膨脹段

33‧‧‧膨脹段的上游端

34‧‧‧氣-液相分離容器

35‧‧‧膨脹段的下游端

38‧‧‧輸出管道

40‧‧‧氣體淨化管道

42‧‧‧臭氧破壞單元

44‧‧‧氣體再循環管道

46‧‧‧流出管道

50‧‧‧未經處理的水流

52‧‧‧入口

60‧‧‧側流部位

62‧‧‧側流

64‧‧‧泵

66‧‧‧臭氧進料管道

68‧‧‧接點

69‧‧‧分叉點

70‧‧‧二次流

72‧‧‧二次流

74‧‧‧二次流

84‧‧‧注入點

86‧‧‧注入點

88‧‧‧注入點

110‧‧‧水處理系統

112‧‧‧流入進料流

116‧‧‧預處理管道

131‧‧‧膨脹段

162‧‧‧側流

166a‧‧‧臭氧進料管道

166b‧‧‧臭氧進料管道

166c‧‧‧臭氧進料管道

170‧‧‧二次流

172‧‧‧二次流

174‧‧‧二次流

176‧‧‧接點

178‧‧‧接點

180‧‧‧接點

310‧‧‧系統

312‧‧‧流入進料流

326‧‧‧單石

328‧‧‧微溝道

331‧‧‧膨脹段

382a‧‧‧噴氣器

382b‧‧‧噴氣器

410‧‧‧系統

412‧‧‧流入進料流

426‧‧‧單石

428‧‧‧微溝道

431‧‧‧膨脹段

482‧‧‧噴氣器

圖1是本發明第一個示範具體實施例的示意圖；圖2是本發明第二個示範具體實施例的示意圖；圖3是沿著圖1的線3-3取得的局部截面圖；圖4是根據本發明的示範膨脹段和單石的示意圖；圖5是顯示用於水處理系統的示範連結構形的示意圖； 圖6是顯示用於水處理系統的第二個示範連結構形的示意圖；圖7是本發明第三個示範具體實施例的局部示意圖；及圖8是本發明第四個示範具體實施例的局部示意圖。

10‧‧‧水處理系統

12‧‧‧流入進料流

16‧‧‧預處理管道

18‧‧‧臭氧產生子系統

22‧‧‧混合段

26‧‧‧單石

28‧‧‧微溝道

31‧‧‧膨脹段

34‧‧‧氣-液相分離容器

38‧‧‧輸出管道

40‧‧‧氣體淨化管道

42‧‧‧臭氧破壞單元

44‧‧‧氣體再循環管道

46‧‧‧流出管道

52‧‧‧入口

60‧‧‧側流部位

62‧‧‧側流

64‧‧‧泵

66‧‧‧臭氧進料管道

68‧‧‧接點

69‧‧‧分叉點

70‧‧‧二次流

72‧‧‧二次流

74‧‧‧二次流

84‧‧‧注入點

86‧‧‧注入點

88‧‧‧注入點

Claims (28)

1. 一種用於處理水之方法，該方法包含：(a)通過預處理管道運輸水流；(b)把該水流從該預處理管道引入膨脹段，該膨脹段包括具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大；(c)提供含有至少3%臭氧氣體的氣流；(d)當該水流流經該膨脹段時於至少一注入點把該氣流引入該膨脹段，造成於該下游端包含臭氧氣體及水的氣-液混合相流；及(e)使該混合相流通過位於該膨脹段下游的單石，造成至少一部分臭氧氣體溶於水中的反應產物，其中該單石中具有多數溝道，該水流和氣流可行經該多數溝道。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(d)包含：(i)把一部分水流從該預處理管道引入至少一側流；(ii)把該氣流引入該側流以形成一氣-液混合物；及(iii)於該至少一注入點把該氣-液混合物注入該膨脹段。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其另外包含：(f)將該至少一側流中的水流部分之壓力提高至第二壓力，該預處理管道中的水流具有第一壓力，該第二壓力比該第一壓力大。
4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中步驟(f)係藉由設在與該至少一側流流通的位置之泵抽設備進行。
5. 如申請專利範圍第2項之方法，其另外包含在進行步驟(d)(ii)之處的下游將該至少一側流分成多數側流。
6. 如申請專利範圍第2項之方法，其另外包含在進行步驟(d)(ii)之處的上游將該至少一側流分成多數側流，其中步驟(d)(ii)另外包含把該氣流引入該多數側流各者以形成該多數側流各者中的氣-液混合物，及其中步驟(d)(iii)另外包含於該至少一注入點將該氣-液混合物從該多數側流各者注入該膨脹段。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，該至少一注入點包含多數注入點，其中步驟(d)(iii)另外包含於該多數注入點的另一注入點將該氣-液混合物從該多數側流各者注入該膨脹段。
8. 如申請專利範圍第2項之方法，其中步驟(b)包含把該水流從該預處理管道引入膨脹段，該膨脹段包括具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積是該第一截面積的至少兩倍。
9. 如申請專利範圍第2項之方法，其中步驟(d)包含於至少一注入點把該氣流引入該膨脹段，該至少一注入點包含一氣體擴散器。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其另外包含：(g)分離該反應產物中任何沒溶解的氣體與該反應產物的液相部分；及(h)把該反應產物的至少一部分液相部分引至一流出流。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其另外包含：(i)把該反應產物的至少一部分液相部分再循環至該預處理管道的水流中。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其另外包含：(j)把過氧化氫注入在該單石上游的水流中。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(e)包含使該混合相流通過在該至少一注入點下游的單石，該單石上面浸透著觸媒，造成該臭氧氣體的至少一部分溶入該水流並且將被溶解的臭氧的至少一部分轉移至供反應用的觸媒表面。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其另外包含： (k)將該水流的一部分引出以形成一流入流；(l)將該流入流注入該預處理流；及(m)將該流出流注入在該流入流下游的水流。
15. 一種水處理系統，其包含：一預處理管道，其包括一水流；一膨脹段，其以流通方式沿著該預處理管道連結，該膨脹段包含具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大；一氣流，其含有至少3%臭氧氣體，該氣流於至少一注入點處與該膨脹段流通；及一單石，其具有一出口端及一入口端而且與該預處理管道流通，該出口端和入口端在該膨脹段下游，該單石中具有多數溝道，該水流和氣流可行經該多數溝道。
16. 如申請專利範圍第15項之水處理系統，其另外包含位於該膨脹段上游的至少一側流，該至少一側流具有該預處理管道分出的第一端及與該第一端相對的第二端，該第二端與該膨脹段流通，其中來自該預處理管道的水流的一部分水經由該至少一側流運輸。
17. 如申請專利範圍第16項之水處理系統，其中該至少一側流包含多數側流，其中該多數側流各者於分叉點開始而且端接於該膨脹段，並且於多數注入點各者與該膨脹段流 通。
18. 如申請專利範圍第17項之水處理系統，其中該氣流於多數接點的另一接點與該多數側流各者流通，該多數接點各者位於該分叉點的下游。
19. 如申請專利範圍第16項之水處理系統，其中該氣流於一接合點與該至少一側流流通。
20. 如申請專利範圍第19項之水處理系統，其中該接合點位於分叉點上游，其中該至少一側流於該分叉點分成多數側流，其中該多數側流各者端接於該膨脹段並且於多數注入點各者與該膨脹段流通。
21. 如申請專利範圍第16項之水處理系統，其另外包含位於該至少一側流中的增壓設備，該增壓設備提高位於該至少一側流中的水的壓力。
22. 如申請專利範圍第15項之水處理系統，其中該單石包含多數平行溝道。
23. 如申請專利範圍第15項之水處理系統，其另外包含一過氧化氫通口，該通口與該水流流通並且連至過氧化氫供應源。
24. 如申請專利範圍第15項之水處理系統，其中該第二截面積是該第一截面積的至少兩倍。
25. 一種處理水之方法，該方法包含：(a)通過預處理管道運輸水流；(b)將來自該預處理管道的一部分水流引入至少一側流，該預處理管道於引出點(diversion point)分出該側流；(c)提供含有臭氧氣體的輸出氣流；(d)於至少一注入點將該輸出氣流引至該至少一側流中的水，造成在該至少一注入點下游的包含臭氧氣體及水的混合相流；(e)於位於該引出點下游的再引入點(reintroduction point)將該混合相流引入該水流。
26. 如申請專利範圍第25項之方法，其另外包含：(f)在進行步驟(d)之前，將該至少一側流中的那部分水增壓至第二壓力，該預處理管道的水流中的水具有第一壓力，該第二壓力比該第一壓力大。
27. 如申請專利範圍第25項之方法，其另外包含：(g)將該再引入點設於膨脹段中，該膨脹段含有具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積比該第一截面積大。
28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中步驟(g)包含將該再引入點設於膨脹段中，該膨脹段有具有第一截面積的上游端及具有第二截面積的下游端，該第二截面積是該第一截面積的至少兩倍。