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臭氧投加裝置(2) 池式鼓泡反應(yīng)器混合法
1.臭氧通過(guò)多孔管鼓泡 此法始終是最廣泛用于水臭氧化的接觸裝置，特別在凈水處理中。擴(kuò)散元件一般是多孔陶瓷管。不過(guò)，不銹鋼底板或塑料擴(kuò)散頭也可以用。 擴(kuò)散器裝于噴射或接觸池的底部，在池內(nèi)必須保持充分的反應(yīng)時(shí)間，例如水平均停留時(shí)間達(dá)到 20min 。標(biāo)準(zhǔn)布置是隔成一連串的四到六間徑流室。如圖3 和圖4 所示。
此法基于活塞流反應(yīng)器原理，接近“間歇型”反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。所以，總臭氧消耗可分成相應(yīng)幾股支流進(jìn)到每座相鄰室內(nèi)，以維持一個(gè)較穩(wěn)定的溶解臭氧剩余濃度。這一方法的目的是來(lái)分解難降解化合物并保證最后處理的殺病毒作用。大多數(shù)情況下，第一次投加滿足直接臭氧要求，可設(shè)計(jì)成投加總臭氧量的 50%~70% 。在第一接觸室內(nèi)一般保持 8.333 × 10 -6 mol/L （ 0.4mg/L ）的剩余臭氧濃度，它是靠投加平衡量的臭氧予以保持的。 擴(kuò)散器應(yīng)產(chǎn)生具有平均有效直徑約 2mm 的氣泡。實(shí)際應(yīng)用中是將孔徑大小 50~100μm 的擴(kuò)散器安裝在水深 4~6m 的池底上。此種淹沒(méi)式多孔擴(kuò)散器的水頭損失必須保持在 300~500mmH 2 O 。每座接觸池內(nèi)平均氣體流量一般保持在水流量的 10% 以下。 氣泡直徑 r=2mm ，然后根據(jù)氣泡表面積估計(jì)每 m 3 水氣液交換總有效面積，近似等于 0.150m 2 /m 3 水。 在傳統(tǒng)接觸池中，水的平均下流速度約等于 4~5cm/s ，它對(duì)氣泡上升速度作用有限。目前趨勢(shì)是水的下流速度提高到 10~15cm/s 。這種方法要求在足夠的壓力下（例如達(dá)到 0.07MPa ）投加臭氧化氣以克服水柱的以及擴(kuò)散裝置的水頭損失。為防止水中夾吸的氣泡進(jìn)入到鄰室，隔板之間水的移動(dòng)速度應(yīng)限制在低于 30cm/s 。要想利用它們作為一項(xiàng)防護(hù)設(shè)施，各個(gè)隔開(kāi)的室必須在氣相上相通。投加室應(yīng)設(shè)計(jì)成在每一可能的情況下均能避免短路，以及避免隨之發(fā)生的投加到過(guò)量區(qū)或不足區(qū)（圖5 ）。
依試驗(yàn)條件不同擴(kuò)散固有損失可在進(jìn)氣濃度的 5%~20% 間變化。 擴(kuò)散法的優(yōu)點(diǎn)有： （ 1 ）穩(wěn)定運(yùn)行無(wú)需麻煩的機(jī)電維護(hù)； （ 2 ）通過(guò)簡(jiǎn)單重復(fù)投中操作可保持其臭氧剩余濃度； （ 3 ）可使氣體投加能力一定的設(shè)備容量加倍。 此法的缺點(diǎn)是： （ 1 ）空氣氣泡未經(jīng)空氣與水的密切混合而垂直“溝流”的可能性，臭氧氣泡接觸效果差； （ 2 ）噴射管道上孔隙分布對(duì)確保均勻投加十分重要。管道破裂或泄漏，形成臭氧化空氣的“噴槍”，會(huì)縮短可用于傳遞的時(shí)間； （ 3 ）在多孔管表面上那些噴出高濃臭氧化空氣的地方，有鐵、錳氧化物沉積在上面的可能性，結(jié)果孔隙率改變； （ 4 ）上升過(guò)程，氣泡由于靜水壓的降低而膨脹，濃度和壓力降低，趨向使溶解減少。為確保足夠的空氣壓力，要投加的臭氧需要電能 2~3W · h/g 。 2.改良型渦流擴(kuò)散器 為預(yù)防臭氧接觸過(guò)程短路，前聯(lián)邦德國(guó)的迪倫（ Doren ）市設(shè)計(jì)了一座很精致的塔式接觸裝置，采用液體環(huán)流渦輪運(yùn)行。其原理圖，就像是把擴(kuò)散器用于靜止接觸一樣的用于動(dòng)態(tài)擴(kuò)散裝置。在這一設(shè)計(jì)中，傳遞區(qū)內(nèi)凈接觸時(shí)間延長(zhǎng)到約 150s 。此處所舉的接觸塔的基本設(shè)計(jì)能力 600m 3 /h 。使用氣液環(huán)流渦輪運(yùn)行即使在出水剩余臭氧濃度 1~ 1.2g/m 3 時(shí)，其損失也在 5% 以下。此方法的成功在很大程度上歸因于對(duì)稱構(gòu)造避免出現(xiàn)短路。 3. 加格諾克斯重復(fù)擴(kuò)散器 瑞士索特（ Sauter ）公司的加格諾克斯（ Gagnaux ）創(chuàng)立了一種供二次投加用，單室立式重復(fù)噴射疊加接觸池的特殊設(shè)計(jì)方案，如圖7 所示。
這項(xiàng)工藝是基于用水平流動(dòng)液體傳輸氣體的設(shè)想，能利用首次預(yù)臭氧化過(guò)程中部分用過(guò)的工藝氣體。特別令人感興趣的是除了使水流動(dòng)以外它不需要?jiǎng)e的能量，而且，同前面討論過(guò)的雙室擴(kuò)散池相比，能用比較低的造價(jià)達(dá)到較長(zhǎng)的接觸時(shí)間。此系統(tǒng)建議用固定混合器作擴(kuò)散器，因此運(yùn)行費(fèi)和用擴(kuò)散器時(shí)的相類(lèi)似（每投加 1g 臭氧約需 2~3W · h ）。鑒于這項(xiàng)工藝完成臭氧投加的能力主要依氣泡上升與水的水平流動(dòng)的相對(duì)速度而定，因此，它的適應(yīng)能力低。在這種雙層投加中，總臭氧損失能降低到小于 5% 。 4. 范德梅式和威爾士巴哈式擴(kuò)散器 其他以多孔元件向水中擴(kuò)散臭氧用的較古老裝置有范德梅（ Van der Made ）式擴(kuò)散裝置 [ 圖8 （ a ） ] （順流），以及威爾士巴哈（ Welbach ）式擴(kuò)散裝置 [ 圖8 （ b ） ] （逆流）。這兩種類(lèi)型接觸裝置中的臭氧損失，在單位接觸電耗 2~3W · h/g 時(shí)普遍達(dá)到 20%~30% 。
5. 托里拆利接觸池 另一種臭氧接觸裝置是托里拆利（ Torricelli ）接觸池，池內(nèi)尾氣中的臭氧再次擴(kuò)散到進(jìn)水下游的水里（圖9 ）。含臭氧氣體的主要擴(kuò)散是在用隔板隔開(kāi)的 2m 高的池內(nèi)，以及 10~12m 高的進(jìn)水和出水管中，用多孔芒散器完成的。此裝置的典型特點(diǎn)是，工藝氣體首次投加后水力加壓到 30~50kPa ；所以，氣相的泄漏是該裝置運(yùn)行的主要問(wèn)題之一。向下流的預(yù)臭氧化柱內(nèi)，水流速度低于 160mm/s 。 在停留室內(nèi)傳統(tǒng)剩余臭氧濃度（ 4.17~8.33 ）× 10 -6 mol/L （ 0.2~0.4g/m 3 ）情況下，該裝置內(nèi)的損失小于所加臭氧的 5% 。運(yùn)行費(fèi)可按如下估算：用于臭氧接觸（水頭損失 >1m ）至少 1W · h/g 臭氧；用于臭氧生產(chǎn)工藝氣體加壓按 4~5 W · h/g 臭氧估算。 6. 固定混合器和超聲混合器 最近研制出的固定混合器能代替多孔擴(kuò)散器�；蛟S除了索特公司制造的 VAR 混合器外，這種設(shè)備的使用還沒(méi)有普及。其他類(lèi)似設(shè)備包括有肯尼克斯（ Kenics ）型、高河（ Koch ）型、科馬克斯（ Komax ）型等混合器 [ 圖10 （ a ） ] 、羅斯（ Ross ） ISG 型和揚(yáng)克爾斯超聲（ Yonkerssonic ）型混合器 [ 圖10 （ b ） ] 。
同用于快速反應(yīng)化合物處理（包括瞬時(shí)殺菌作用）相比，這些裝置似乎不大適合于維持其剩余濃度的臭氧投加。在無(wú)臭氧反應(yīng)化合物存在情況下的精確臭氧損失不得而知，但估計(jì)要 10%~20% 。此型裝置運(yùn)行所用水氣比適應(yīng)性，是用來(lái)選擇專(zhuān)用設(shè)備的一項(xiàng)基本條件。生產(chǎn)規(guī)模使用的運(yùn)行費(fèi)尚未得知，但可按每接觸 1g 臭氧 4~5W · h 估計(jì)：其中氣體調(diào)節(jié)用 2~3W · h ；校準(zhǔn)水流量用 2 W · h 。在超聲混合情況下，引進(jìn)到高能場(chǎng)內(nèi)的液體被擴(kuò)散成水滴狀，通過(guò)氣液交換，氣體被擴(kuò)散成“微小氣泡”進(jìn)到液體內(nèi)。在高水流量和低氣量（約 1% ）情況下，超聲混合器產(chǎn)生極微型氣泡。這種裝置在較傳統(tǒng)運(yùn)行方式下，例如每四份液體一份氣體，其產(chǎn)量類(lèi)似于傳統(tǒng)裝置的結(jié)果。關(guān)于超聲混合裝置的中型或大型應(yīng)用實(shí)際費(fèi)用估算，目前還沒(méi)有。
7. 噴射器接觸器 歷史上，自 1906 年奧托法子尼斯應(yīng)用以來(lái)，用噴射器溶解臭氧是大規(guī)模應(yīng)用的頭一種裝置。最新的改型為部分噴射器（用一般支流同臭氧接觸），由此還產(chǎn)生了直接“管道噴射”和完善的重復(fù)噴射，諸如“緩慢降流噴射”包括：“深井”法或“大湮沒(méi)”法等�，F(xiàn)時(shí)稱作聯(lián)合碳化公司分壓噴射器的格瑞斯（ Grace ）同向流接觸器也是基于相同原理的接觸器。 奧托全噴射裝置（圖11 ）——文丘里噴射器中，臭氧化氣被水系統(tǒng)的流動(dòng)抽吸到 5~6m 深的接觸塔內(nèi)。使用無(wú)壓工藝氣體時(shí)，在水射器膨脹區(qū)內(nèi)必須保持最低降流速度為 40cm/s 。噴射的各相“最小”水頭損失，約為 2m ，不過(guò)，實(shí)際生產(chǎn)中水頭損失高達(dá) 20m 也是經(jīng)常碰到的。為防止尾氣流量的驟然變化這項(xiàng)水頭，損失是必要的。 在上述情況下，臭氧接觸所需能耗達(dá)到 15~20W · h/g 臭氧（有可能達(dá)到 31W · h/g 臭氧）。對(duì)于一級(jí)簡(jiǎn)單噴射來(lái)說(shuō)，損失常高達(dá)引進(jìn)臭氧量的 30%~40% 。因此，除了用于某些預(yù)臭氧系統(tǒng)或許有益外，這種裝置是不太適合的。鑒于工藝氣體可以是無(wú)壓的，尾氣抽吸到另外的接觸池似乎是該裝置有吸引力的方面之一。氣水流量比往往是嚴(yán)格的，但這一困難可利用幾只噴射器并聯(lián)運(yùn)行消除。
臭氧化氣直接噴射到輸水管內(nèi)，對(duì)開(kāi)發(fā)臭氧接觸裝置將會(huì)有吸引力。該工藝被命名為“水動(dòng)力學(xué)噴射”法，并做過(guò)試驗(yàn)。這種裝置含溶解臭氧水的噴射支管，方向與主水流的方向相反。其相對(duì)速度如圖12 所示。支流流量約為總流量的 1/10~1/15 。當(dāng)支流水加入到主水流中時(shí)因氣泡形成引起一定膨脹，支流水的總壓力有一定增加。無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間溶解臭氧剩余殺菌作用，即可得到良好的殺菌效果。 有關(guān)溶解率或排氣口臭氧逸散損失率尚無(wú)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)表。此項(xiàng)工藝的主要問(wèn)題是氣體噴射后附帶有氣體洗提，這對(duì)排放吹脫出的氮?dú)馐潜匾�，但尾氣中可含有�?shù)量變化不可預(yù)計(jì)的臭氧。由于此法不宜使用一般材料，對(duì)腐蝕問(wèn)題必須給以特別注意。 在臭氧處理水量低的情況下，如果主流水壓為 5kgf/cm 2 （ 1kgf/cm 2 = 10 5 Pa ），采用水動(dòng)力學(xué)噴射法投加能耗可下降到 0.5W · h/g 臭氧。此法適用于部分原水的預(yù)臭氧化以促進(jìn)混合效果。 還有文獻(xiàn)中敘述了為改善臭氧總效率用的多級(jí)總噴射器系統(tǒng)。為控制“噴射器系統(tǒng)”的費(fèi)用，已建議用部分噴射法，此時(shí)臭氧化空氣為部分水吸入并與之混合，然后，混合水再投加到接觸池底部，在池內(nèi)要處理的水是循環(huán)流動(dòng)的。顯然，從反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看，該裝置使一部分水過(guò)度暴露，而其余最主要部分的水沒(méi)有直接用高濃度下的臭氧化空氣予以處理。通常，噴射器運(yùn)行的氣與水的體積比由以下決定： （ 1 ）噴射器管在水中淹沒(méi)深度的降低作用； （ 2 ）水壓的提高作用； （ 3 ）對(duì)某一定噴射器在足夠水壓下所能達(dá)到的最大值。 在理想操作情況下，臭氧損失可能低于 15% ，但適應(yīng)能力差（氣水體積比變化小于 20% 是允許的）。在不適宜環(huán)境下此裝置往往難以運(yùn)行從而不能滿足實(shí)際需要，如果這樣運(yùn)行損失明顯增加。
支流噴射器可在低反壓下（法國(guó) CEO 或杜塞爾多夫系統(tǒng)）運(yùn)行，也可在高反壓下（ Chlorator 系統(tǒng)）運(yùn)行（圖13 ）。這些裝置適合于無(wú)壓臭氧化氣噴射使用，噴射深度一般限制在 5m 以內(nèi)。 支流占總水量的 5%~10% 。低反壓系統(tǒng)，在理想運(yùn)行條件下，能以電耗 4W · h/g 臭氧實(shí)現(xiàn)臭氧接觸（如杜塞爾多夫系統(tǒng)）。至于高反壓法，平均電耗可上升到 10~20W · h/g 臭氧，但也有過(guò)實(shí)際電耗高達(dá) 30~45 W · h/g 臭氧的報(bào)道。如在柯尼斯堡（ Konigsberg ）和薩爾斯堡（ Salzburg ）。 最重要的是，必須認(rèn)識(shí)到這種方法正為更新的方法所超過(guò)，在目前開(kāi)發(fā)中，只在有可利用的水壓時(shí)，例如通過(guò)重力水頭以及在某些用做預(yù)臭氧化階段重復(fù)投加的情況下，才可以強(qiáng)調(diào)它的使用。這種裝置因缺乏靈活性可導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜化，系統(tǒng)內(nèi)裝有若干不同額定流量的噴射器才可使運(yùn)行能比較靈活。 臭氧在噴射器系統(tǒng)內(nèi)的傳遞，是由于噴射器筒內(nèi)的強(qiáng)烈攪動(dòng)使壓力逐漸增加達(dá)到某最大值而被加速的。噴射筒內(nèi)降流速度 >2m/s 。 對(duì)氣泡移動(dòng)速度和臭氧氣體傳遞較好理解的結(jié)果是降低待處理水的降流速度（圖14 ）。這一方法的優(yōu)點(diǎn)有： （ 1 ）可以不用機(jī)械設(shè)備攪拌； （ 2 ）該法當(dāng)臭氧在空氣中的濃度逐漸降低時(shí)，作用在空氣氣泡上的靜水壓力逐漸增加，可加速溶解。 此法的缺點(diǎn)有： （ 1 ）空氣氣泡有垂直通過(guò)的趨勢(shì)，只一部分臭氧氣泡直接與水接觸； （ 2 ）氣水比的極端重要性使得某一定設(shè)備運(yùn)行的靈活性差。該法特定在空氣流量為水流量 5%~10% 的實(shí)際運(yùn)行條件下使用； （ 3 ）設(shè)備安全需要高度可靠性，以免水流量不足時(shí)臭氧泄漏； （ 4 ）接觸塔內(nèi)的廢空氣一排放就有吹掉剩余臭氧的可能性。
為利于臭氧化空氣的擴(kuò)散，進(jìn)入裝置的氣體最好至少有 50kPa 的壓力，由此造成的比能耗約為 2~3W · h/g 臭氧。臭氧化氣的投加點(diǎn)必須設(shè)在出水水位之上至少 30~50cm 處。由臨界降流速度產(chǎn)生的水頭損失為 80~150cm 。總壓力需要有效范圍在 1.2~2m 水柱之間。附加總消耗依水流的整體設(shè)計(jì)而定，所需能耗一般約 2W · h/g 臭氧。為投加 1g/h 所需總能耗在 4~5W · h/g 范圍內(nèi)，雖然運(yùn)行的靈活性差，全部噴射工藝顯示出可與多孔管?chē)娚溲b置相比的性能。 這種方法已有生產(chǎn)裝置，諸如維也納華格納 - 比洛（ WaagnerBiro ）制造的多少有些像格瑞絲（ Grace ）順流接觸器（現(xiàn)名聯(lián)合碳化公司正壓噴射器）的薩莫斯（ Submers ）反應(yīng)器。 薩莫斯反應(yīng)器（圖15 ）內(nèi)，一臺(tái)潛水泵按系統(tǒng)運(yùn)行所需水頭使處理水循環(huán)。臭氧化處理所用基本設(shè)計(jì)值為：噴射筒內(nèi)降流速度≥ 30cm/s ，循環(huán)管內(nèi)水頭約 1~1.2m 。噴射筒深根據(jù)總設(shè)計(jì)可 4~10m 不等。 薩莫斯反應(yīng)器基本設(shè)計(jì)是設(shè)想用 1 ： 5 的氣水體積比循環(huán)總水量的 10%~20% 。在總接觸池內(nèi)按需要可安裝多臺(tái)薩莫斯設(shè)備，以便滿足要求。所以，原則上此種方法適合于低臭氧需量之用。如游泳池水處理或地下水消毒。至于高度污染水的處理要靠安裝必要數(shù)量的設(shè)備。 為擴(kuò)散進(jìn)氣，臭氧化處理最好在氣壓 50kPa 下運(yùn)行，因而為此目的 2~3W · h/g 臭氧是必要的，每臺(tái)設(shè)備水提升附加電耗達(dá) 2W · h/g 臭氧。因此，對(duì)于一臺(tái)用空氣作工藝氣體的設(shè)備來(lái)講，總電耗為 4W · h/g 臭氧。同樣擴(kuò)散，用快速潛水泵水射器裝置時(shí)更費(fèi)，而且溶解率會(huì)降低些（如潘博塞 Penberthy 水射器）。 格瑞斯順流接觸器中，可供設(shè)計(jì)用的基本方案是那些緩慢降流噴射器（圖16 ）。此裝置需要通過(guò)進(jìn)氣與進(jìn)水（假定進(jìn)水是高臭氧耗量的水，如污水）直接接觸形成氣泡。因此該法與同用于氧飽和的 ICI 型深井工藝有關(guān)。該裝置基本上建議使用富氧工藝氣體，結(jié)果，它很適合在一次運(yùn)行中同時(shí)做延時(shí)充氧和臭氧化用。用在接觸上的能耗，應(yīng)是在緩慢降流噴射系統(tǒng)的能耗上加上在連續(xù)隔板內(nèi)供階梯形溢流用的附加水頭。這種接觸裝置應(yīng)同臭氧化 - 充氣（爆氣）綜合工藝相比，而不是單同臭氧化相比。
8. 渦輪混合器 曲面葉片徑向氣體渦輪混合器臭氧接觸 比利時(shí)布魯塞爾梅塞河上的泰爾費(fèi)給水站，用一種空氣擴(kuò)散渦輪混合器進(jìn)行過(guò)一些生產(chǎn)性試驗(yàn)。在水流通過(guò)帶隔板的池子時(shí)，完成臭氧向水中的噴射（圖17 ）。每一間噴射室的平均停留時(shí)間為 2min ，經(jīng) 5min 總接觸時(shí)間（噴射時(shí)間 2min ，剩余作用時(shí)間 4min ）后測(cè)定水中溶解臭氧的剩余濃度。 無(wú)論臭氧化還是預(yù)臭氧化，每一間噴射室都是 3m × 3m 的方室。渦輪混合器裝在臭氧化水面下 5m 處。在循環(huán)室或再噴射室，臭氧化空氣是在 3m 水柱之下擴(kuò)散。預(yù)臭氧化部分設(shè)有一臺(tái)壓縮機(jī)。臭氧化空氣擴(kuò)散器是一臺(tái)工業(yè)用帶反向曲面槳葉葉輪的徑向渦輪混合器。當(dāng)渦輪以 2840r/min 旋轉(zhuǎn)時(shí)，為有利于導(dǎo)入渦輪的空氣向橫向擴(kuò)散，在水平板上裝有復(fù)雜的導(dǎo)流板。只有由擴(kuò)散作用產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)通過(guò)渦輪傳遞到液體。裝置的一般構(gòu)造如圖18 所示。運(yùn)行電耗按噴射情況平均 2~3W · h/g 臭氧。
為改進(jìn)氣體渦輪混合器的臭氧接觸，已采用液體（如水）部分循環(huán)。盡管仍然基本上是氣體擴(kuò)散裝置，但凱拉格（ Kerag ）渦輪能使部分液體循環(huán)（圖19 ）。
此型裝置在標(biāo)準(zhǔn)水壓力下，能擴(kuò)散 25~1000m 3 /h ， 2m 淹沒(méi)深度下 15~500m 3 /h. 該設(shè)備的擴(kuò)散能力隨淹沒(méi)深度急劇下降，如在 0.05Mpa 時(shí) 7~250m 3 是它的可比極限。因此，這種裝置基本上是一種能使部分液體環(huán)流的表面氣體擴(kuò)散器，經(jīng)常安裝在待處理水水面之下。其本質(zhì)是密集的臭氧化氣氣泡同水的瞬時(shí)相互作用，而不是某種剩余臭氧濃度的延遲作用。根據(jù)中試研究，出口處臭氧損耗有 20%~30% 。同時(shí)，為保證充分抽吸作用，擴(kuò)散器約需 7~10W · h/g 臭氧。該法似乎不大適合用于主臭氧化，但能有益的適合于預(yù)臭氧化。這項(xiàng)工藝是先進(jìn)的，能產(chǎn)生極微小的氣泡。所以，它多少有點(diǎn)與雙層傳遞原理不同。為限制能耗適合采用支流工藝。例如，像克拉林根（ Kralingen ）的鹿特丹水廠那樣（20 ），重復(fù)接觸也能對(duì)這種裝置有利。 雖然這種設(shè)備不是按機(jī)械攪拌器的歷史發(fā)展，但目前所采用的液體環(huán)流設(shè)備原理要比氣體擴(kuò)散渦輪更有效。況且，還考慮過(guò)在氣體擴(kuò)散裝置中無(wú)液體環(huán)流時(shí)免不了因壓縮 - 減壓使部分臭氧分解的可能性。 Kerag 型渦輪混合器是對(duì)這些氣液環(huán)流理論的一次探討。 某些根據(jù)此種氣液環(huán)流理論設(shè)計(jì)的小型和中型試驗(yàn)裝置已得出滿意結(jié)果，并提高了殺菌作用的效率。 當(dāng)將一臺(tái)螺槳混合器淹沒(méi)到容器約 1/3 的深度時(shí)，通過(guò)以適當(dāng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪能造成一股渦流。這種運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)到液體上能將 0.05Mpa 的臭氧化空氣卷吸到渦流區(qū)造成臭氧的直接溶解（圖21 ）。在適當(dāng)操作條件下，此法能得到良好的溶解率，而且臭氧損失量小于投加量的 5%~10% 。 在臭氧溶解過(guò)程中，總接觸時(shí)間起重要的作用，并且極大的影響著液體環(huán)流接觸過(guò)程的處理效率。所以，進(jìn)行了液體環(huán)流旋轉(zhuǎn)混合器進(jìn)氣有帽分散和無(wú)帽分散試驗(yàn)。 這項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)有： （ 1 ）保證每一部分水同引進(jìn)的濃臭氧化空氣密切接觸； （ 2 ）臭氧化空氣壓力可限制在 0.015~0.02Mpa, 因?yàn)閲娚潼c(diǎn)不需要淹沒(méi) 1.5m 以上。 （ 3 ）溶解率高，而且環(huán)流法促使“密集臭氧氣泡接觸”，瞬時(shí)殺滅細(xì)菌。
螺槳混合器環(huán)流特性可按連續(xù)混合進(jìn)行計(jì)算。該法提供一種好的噴射管環(huán)形構(gòu)造，進(jìn)水在其內(nèi)的降流速度最好保持在 15~20cm/s 。這種速度有助于空氣氣泡的鎮(zhèn)定。 此法的運(yùn)行能耗：用于空氣壓縮為 0.5~1W · h/g 臭氧，用于使螺槳混合器能產(chǎn)生一級(jí)噴射時(shí)約 3W · h/g 臭氧（圖22 ）。 在泰爾費(fèi)水廠初步生產(chǎn)性試驗(yàn)后，該廠已用液體環(huán)流爆氣渦輪裝備了二次噴射系統(tǒng)（圖23 ），這種環(huán)流葉輪構(gòu)成的渦輪，抽吸并混合臭氧化空氣到環(huán)流水中。一臺(tái)噴射能力 100m 3 /h 的渦輪裝置，配以 1450r/min 電機(jī)（防止明顯超負(fù)荷）。在正常運(yùn)行期間，水和空氣是等量運(yùn)行的，例如：每小時(shí) 100m 3 的空氣加到 100 m 3 /h 的水里所用電機(jī)功率為 5.5kW · h. 此設(shè)備允許正常運(yùn)行范圍可從其總運(yùn)行能力的 50% 至 170% 。如減少進(jìn)入系統(tǒng)的空氣量，循環(huán)的水量就加多，環(huán)流的空氣 / 水混合流體，通過(guò)一系列設(shè)置在偏轉(zhuǎn)葉片間的輪齒形成流管擴(kuò)散到待處理水中。這種渦輪起著如同在水平偏轉(zhuǎn)葉片間隆起部分有一系列噴射器的作用。
此型裝置的一個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)是，即使在水中保持了較高剩余臭氧濃度時(shí)也可獲得良好的溶解。當(dāng)減少空氣量而增加水量運(yùn)行時(shí)，溶解量增加。由于渦輪是自吸的，因而臭氧化空氣在投加前不一定需要加壓，無(wú)需中間壓縮機(jī)，所以這種渦輪特別適合預(yù)臭氧化工藝使用。 此型裝置的能耗，按同空氣擴(kuò)散器可比的算法表示，一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)噴射能力 100m 3 /h 的為 5.7kW · h 。這些數(shù)字相當(dāng)于每噴射 1g 臭氧近似 5~6W · h ，如果臭氧是用壓縮空氣發(fā)生的話，最后還必須加上空氣壓縮的能耗（ 2~3W · h/g 臭氧）。泰爾費(fèi)水廠為全部生產(chǎn)能力最后安裝的渦輪混合器有較高的噴射率（臭氧化用 Frings600TVAS 型；預(yù)臭氧化用 900F-VAS 型）。 在臭氧化處理階段，正常噴射力為 200m 3 /h ，但氣流可能在 150~300m 3 /h 之間變化，在泰爾費(fèi)水廠，供渦輪抽吸的工藝氣體有 0.05Mpa 的壓力可以利用。在 1~4m 自吸水頭下渦輪環(huán)流有效氣量在 110~215m 3 /h 之間。這一自吸水頭等于擴(kuò)散導(dǎo)流片與保護(hù)管出口之間的液位差。預(yù)臭氧化階段，在 3.1m 的淹沒(méi)深度下，渦輪所抽吸的氣量為 320m 3 /h. 正常運(yùn)行下渦輪的最小抽吸深度為 1m 。 生產(chǎn)規(guī)模試驗(yàn)結(jié)果與該裝置初步試驗(yàn)期間所得結(jié)果一樣。得出以下結(jié)論。 在為任一特定情況選擇臭氧 / 水接觸裝置的工作當(dāng)中，應(yīng)在可比基礎(chǔ)上考慮以下基本的和工程的依據(jù)： （ 1 ）在一定水中剩余臭氧濃度下平均出口損失相當(dāng)于可得到的實(shí)際溶解量； （ 2 ）在可靠的臭氧消耗基礎(chǔ)上報(bào)告的該裝置運(yùn)行總費(fèi)用； （ 3 ）氣 / 液接觸比的靈活性； （ 4 ）瞬時(shí)氣泡接觸與延時(shí)剩余溶解臭氧的綜合作用； （ 5 ）重復(fù)作用或多級(jí)接觸裝置綜合的可能性； （ 6 ）氣泡大小分布接近接觸方法的理論效果； （ 7 ）長(zhǎng)期運(yùn)行簡(jiǎn)單性與因運(yùn)動(dòng)部件或固定元件阻塞而復(fù)雜化的比較； （ 8 ）在有壓還是真空裝置中運(yùn)行同尾氣可能泄漏的關(guān)系； （ 9 ）接觸池抗腐蝕防護(hù)或更換的必要性； （ 10 ）接觸池構(gòu)造上高負(fù)荷流量情況的可能性。 表 5-3 給出以上討論過(guò)的各型臭氧接觸器特性的比較。 表 5-3 接觸裝置性能比較
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