本技術屬于水處理。更具體地，涉及一種利用電催化膜接觸臭氧氧化控制n-亞硝基二甲基胺生成的裝置。

背景技術：

1、在我國，部分水源遭受嚴重的水污染，這對飲用水的水質安全和健康構成了嚴峻的風險。為了保障飲用水的安全，需要對飲用水進行消毒。在消毒過程中，消毒副產物是必然產生的。近幾年來，除了傳統(tǒng)的鹵代消毒副產物，n-亞硝胺類消毒副產物(r2n-n＝o)在飲用水氯或氯胺消毒出水中被頻繁檢出，如n-亞硝基二甲基胺(ndma)、n-亞硝基乙二胺(ndea)、n-亞硝基二正丙胺(ndpa)等。這些n-亞硝胺類消毒副產物的毒性、致癌性和致突變性要高于常規(guī)消毒副產物。n-亞硝基二甲胺(ndma)是一個典型的代表，它是一種具有高致癌性的含氮消毒副產品。為控制生活飲用水的水質標準，各國都陸續(xù)對ndma進行嚴格的限制。我國的深圳和上海也將ndma作為生活飲用水的本地標準之一，并規(guī)定限值為100ng/l(cheng?m,zeng?g,huang?d,et?al.hydroxyl?radicals?based?advanced?oxidationprocesses(aops)for?remediation?of?soils?contaminated?with?organic?compounds:areview[j].chemical?engineering?journal,2016,284:582-598；liu?x,su?x,tian?s,etal.mechanisms?for?simultaneous?ozonation?of?sulfamethoxazole?and?naturalorganic?matters?in?secondary?effluent?from?sewage?treatment?plant[j].frontiers?of?environmental?science&engineering,2021,15(4))。

2、傳統(tǒng)的水處理技術如生物降解、吹脫和活性炭吸附等都不能有效降解ndma。臭氧氧化已被證明是一種有效氧化水中某些微污染物的技術。臭氧氧化主要通過直接反應和間接反應兩種方式，直接反應即指臭氧(o3)可以直接與有機化合物發(fā)生反應，間接反應指o3可以分解羥基自由基(·oh)，產生的·oh也可以與目標化合物發(fā)生反應。o3和·oh具有強的氧化性，o3能將大分子物質氧化分解成小分子物質，·oh對其進行有效礦化，有效地降解消毒副產物前驅物，并減少后續(xù)氯胺消毒生成的亞硝胺類消毒副產物的作用。但是臭氧的制備成本較高，需要更高的能耗和投資。這主要是因為o3與水之間的傳質效率不夠高，利用率低。o3通常是使用空氣或o2在高壓放電下產生的，通常臭氧發(fā)生器出水中的o3不超過10％，出水中的o2(≈90％)幾乎不使用。

3、膜接觸器被認為能夠為o3轉移提供較大的比表面積，提高o3的傳質效率。在膜接觸器中，氣相和水相被疏水膜分開，它們分別流動，疏水膜為氣體和液體提供了一個界面，并作為o3的分配器。與傳統(tǒng)接觸器相比，膜接觸器還具有避免氣泡和泡沫形成、能耗較低等優(yōu)點。將膜接觸臭氧反應(mco)與o3結合可以提高對難降解化合物的氧化能力。有研究表明將膜接觸器與臭氧/過氧化氫(o3/h2o2)工藝相結合，同時減少微污染物和溴酸鹽最小化(merle?t,pronk?w,von?gunten?u.membro3x,a?novel?combination?of?a?membranecontactor?with?advanced?oxidation(o3/h2o2)for?simultaneous?micropollutantabatement?and?bromate?minimization[j].environmental?science&technologyletters,2017,4(5):180-185.)。但是膜接觸器也存在缺點，如：引入膜會增加傳質阻力，尤其是膜孔中充入液體時：膜污染、臨界壓力和膜使用壽命問題等。

4、電催化降解可以作為一種有效的方法來降解ndma。在電催化降解過程中，通常使用鈦、鎳、鉑等金屬材料作為電極，并在合適的電解質溶液中進行反應。在陽極上施加正電壓，發(fā)生氧化反應，使ndma分子被氧化降解。同時，在陰極上產生還原反應，將電子輸送回陽極，維持電解質中的電荷平衡。這個過程中，ndma分子被氧化降解，但是其反應速率仍然不高。

技術實現(xiàn)思路

1、本實用新型針對現(xiàn)有技術處理效果低、處理難度大及成本較高的缺陷和不足，提供一種利用電催化膜接觸臭氧氧化控制n-亞硝基二甲基胺生成的裝置。

2、本實用新型上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、一種利用電催化膜接觸臭氧氧化控制n-亞硝基二甲基胺生成的裝置，包括：

4、活性氧發(fā)生組件，用于產生氧氣和臭氧；

5、電催化組件，所述電催化組件包括電源，以及分別與所述電源相連接的陽極和陰極；

6、反應器，所述反應器設置有內腔；所述內腔的表面覆蓋有濾膜，所述濾膜朝向內腔的一面覆蓋有所述陰極，所述陽極放置于內腔中；所述活性氧發(fā)生組件與所述內腔相連通，使得活性氧發(fā)生組件產生的氧氣和臭氧通入內腔中，并通過所述濾膜與所述陰極接觸；所述內腔連接有污水輸入組件。

7、電催化是一種利用電能促進化學反應的方法，通過電位差來提供能量以改變反應的速率和選擇性。當o2從氣相(o2和o3)轉移到濾膜的水相中時，o2立即被原位電還原為h2o2(o2+2h++2e-→h2o2)。o3通過濾膜后轉移到水相中，并被h2o2催化，產生·oh(2o3+h2o2→·oh)，進而提高了對污染物的去除效率。

8、通過這種設計，傳質和氧化效率可以相互促進：h2o2在膜表面產生，o3可以快速分解，這增加了o3傳遞的驅動力；更多的o3分子可以被催化產生·oh，提高抗臭氧化合物的去除效率。

9、進一步地，所述活性氧發(fā)生組件包括相互相連接的制氧機和臭氧發(fā)生器，所述臭氧發(fā)生器與所述內腔相連通。

10、更進一步地，所述活性氧發(fā)生組件還包括檢測臭氧濃度的臭氧氣體濃度分析儀，所述臭氧發(fā)生器與所述臭氧氣體濃度分析儀相連接。

11、所述制氧機與臭氧發(fā)生器通過制氧機出口的軟管連通，使得制氧機制造產生的o2能在臭氧發(fā)生器中電離產生o3；同時，臭氧發(fā)生器上還連接了一個臭氧氣體濃度分析儀，對流入臭氧發(fā)生器氣體中的臭氧濃度進行檢測。

12、進一步地，所述污水輸入組件與所述內腔的底部相連通，所述污水輸入組件包括與所述內腔相連通的蠕動泵和與所述蠕動泵相連接的污水儲集單元。

13、更進一步地，所述反應器還分別連接有出水儲集單元和用于處理過剩臭氧的尾氣凈化單元。

14、進一步地，所述濾膜選自聚醚酯膜、聚丙烯膜、聚醋酸乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、陶瓷膜或聚四氟乙烯膜。

15、優(yōu)選地，所述濾膜為聚四氟乙烯膜(ptfe膜)。ptfe膜有較強的耐化學腐蝕性，耐氧化性和熱穩(wěn)定性，同時就有低摩擦系數(shù)和較好的疏水性的特性，常見的應用包括膜分離、防粘附涂層、電氣絕緣、過濾和隔離等。

16、進一步地，所述陰極為活性炭負載鐵氧化物、活性炭負載錳氧化物或活性炭負載銅氧化物。

17、活性炭(pac)能促進臭氧水溶液的分解，生成更多的·oh，從而增強了難降解污染物的降解。此外pac還具有高比表面積和大孔隙率，可用作優(yōu)良的催化劑載體。氧化鐵因其成本低、溶解度低且在實驗室中即可制備出的一種鐵氧化物礦物(fe(oh)3)，其具有比表面積大、表面活性高的顯著特點，對水中的砷和磷酸鹽具有很高的吸附能力，可以催化o3產生·oh。在本實用新型中，o3在通過濾膜時會與陰極反應產生·oh，提高了·oh的產率，進一步提高污染物的去除效率。

18、更進一步地，所述陽極為鈦、鉑、鎳、鋅或鋁。

19、進一步地，所述陽極為表面鏤空的金屬電極管。鏤空的金屬電極管具有更大的比表面積，能夠提高電催化的反應速率。

20、更優(yōu)選地，所述陽極為表面鏤空的鈦金屬電極管。

21、本實用新型具有以下有益效果：

22、(1)本實用新型提供一種利用電催化膜接觸臭氧氧化控制n-亞硝基二甲基胺(ndma)生成的裝置，設置反應器和電催化組件，反應器內腔放置有濾膜，且濾膜的一面覆蓋陰極，實現(xiàn)了膜接觸工藝和電催化處理的配合。進入反應器內腔的混合氣體(臭氧+氧氣)先通過濾膜，為臭氧轉移提供較大的比表面積，提高臭氧的傳質效率；同時，混合氣體中的氧氣通過電催化生成過氧化氫(過氧化氫可以催化臭氧產生·oh)，使更多的o3分子可以被催化形成·oh，實現(xiàn)水體污染物的高效去除效率。本實用新型的電催化在這過程中使氧氣得到了有效的利用，在濾膜上產生的·oh也使得濾膜表面的污染物得到降解，延長了膜的使用壽命。本實用新型裝置結構簡單，容易操作，且能降低成本和提高氧化效率，可以應用在多種污染物氧化處理領域如先進的污水處理，微污染物去除和消毒副產物控制。

23、(2)本實用新型中陰極材料可以使用活性炭負載鐵氧化物、活性炭負載錳氧化物或活性炭負載銅氧化物，使臭氧在通過濾膜時也會與陰極反應產生·oh，提高了·oh的產率，進一步提高對水體污染物的去除效率。