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行业动态

KDF过滤材料

[编辑:深圳市美源环保有限公司] [时间:2016-08-12]

KDF用于活性炭过滤设备中具有明显的抑菌效果,美国环境保护署(USEPA)将KDF处理介质定为“微生物抑制装置”。KDF适用于氯气处理过的市政自来水,水处理介质符合环保要求,是目前较为理想的水处理方法。其原理是利用氧化还原反应,KDF与水中氧化性有害物质进行电子交换,把许多有害物质变为无害物质。KDF目前有两种主要产品:KDF55和KDF85。KDF55处理介质使用反冲洗装置且寿命长,受污染时可用盐酸清洗。用KDF55处理介质可以进行高纯水生产预处理,在厨房水龙头到工业冷却水处理中均可应用。
适用范围
本指南适用于氯气处理过的市政自来水。包括居民(家用)、商业、学校、公用事业及轻工业、建筑工地和工厂等使用自来水的场所,其用水流量在3~324加仑/分钟(11~1226 L/min)范围内。(其他的KDF处理介质和使用手册函索即寄)
作用及机理
KDF处理水的原理是利用氧化还原反应,KDF与水中氧化性有害物质进行电子交换,把许多有害物质变为无害物质。
减少矿物结垢
KDF处理介质对碳酸钙垢的作用有二个方面。
一方面,根据pH、二氧化碳浓度和碳酸钙溶解度之间的关系,当二氧化碳从溶液中除去时,pH值升高,因而使碳酸钙的溶解度降低;KDF55通过电化学反应也使水的pH值升高,降低碳酸钙的溶解度,结果使碳酸钙垢容易析出。
另一方面,由于KDF处理介质中锌离子的溶出,水中的锌离子含量有所增加,水中锌离子的存在能改变垢的晶体生长机理,使水中的碳酸钙垢以文石的结晶形态产生沉淀,在容器的器壁上形成软垢,而不是结晶为方解石型的硬垢。曾有人研究过水中杂质存在对方解石结晶生长的影响,研究发现,即使锌离子的浓度很低时,也能阻止方解石结晶的形成。
通过试验可以进一步证明,KDF处理介质防止矿物硬垢的形成和积累,主要是阻止方解石形态碳酸钙的结晶。采用扫描电子显微镜和X射线衍射进行结晶学研究证明,未经KDF处理的水中产生的硬垢是一些相对大的、具有规则形态的针状钙盐和镁盐的结晶,这些盐类质地坚硬、溶解度低、具有网状结构,是玻璃石灰石垢。经过KDF处理介质的水中结成的垢,从根本上改变了碳酸钙(镁)结晶的形态,垢形相对变小,外观平坦呈圆形、颗粒形和棒形,都是由不坚硬的粉状成分组成的,这些成分不会粘附于金属、塑料或陶瓷的表面,很容易用物理过滤方法将它们除去。
减少悬浮固体
KDF55处理介质的颗粒平均尺寸大约为60目,最小的颗粒约115目,也能起到物理过滤去除悬浮物质的作用,通常KDF55过滤介质能够有效地去除直径小至50μm的颗粒。
由钢铁材料制成的输水管件腐蚀时,铁氧化形成FeO胶体,FeO与KDF接触,也可以发生氧化还原反应,FeO最终形成Fe2O3固体沉淀在KDF表面,可用反冲洗方法将它们去除,化学反应式如下:
2Cu+FeO Cu2O+Fe
4Fe+3O2 2Fe2O3
去除氧化剂(余氯
KDF55能去除水中的氧化剂,例如余氯。该作用是通过电化学氧化还原反应完成的。氧化还原反应的发生是因为KDF55是由二种不同的金属组成的,与水接触时,合金中电位正的铜成为阴极,而电位负的锌是阳极。在阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应。锌阳极在反应中失去了电子,锌离子成为牺牲者进入溶液,铜阴极上发生游离氯的还原反应,而不会发生金属铜的溶解,水和余氯成为最后的电子接受者,同时生成氢离子、氢氧根离子和氯离子,总反应式如下:
Zn+HOCl+H2O+2e- Zn2+ +Cl-+H++2OH-
水中其他的氧化剂,如臭氧、溴、碘等与KDF55接触后也能进行氧化还原反应。
抑制微生物的繁殖
美国环境保护署将KDF55处理介质作为一种微生物抑制剂,说明该处理介质能起到抑制微生物繁殖的作用,但不能完全杀灭微生物种群。KDF55处理介质不是通过一种机理、而是几种机理控制微生物的生长繁殖,通过每一种的单独作用或协同作用来达到抑制微生物的作用。主要机理包括:氧化还原电位的变化,氢氧根离子和过氧化氢的形成,介质中锌的溶出等。在一般情况下,KDF55处理介质作为反渗透膜的预处理手段时,能够抑制细菌、藻类等微生物的繁殖,从而防止了微生物对膜的破坏。
1 氧化还原电位的变化
水通过KDF55处理介质时,其氧化还原电位从+200mV变化到-500 mV,在一般情况下,各种类型的微生物只能在特定的氧化还原电位下生长,电位的大幅度变化,能破坏细菌的细胞,从而控制了微生物的生长。但是,水的氧化还原电位变化很小,用KDF控制细菌,必须使细菌与KDF直接接触,KDF对细菌的抑制作用主要发生于KDF-水接触面上,所以仅靠氧化还原电位的变化并不能完全控制微生物。
2 氢氧根离子和过氧化氢
美国印第安纳州南本德圣母大学在研究KDF处理介质降低水中铁离子浓度时发现,在KDF将二价铁氧化到三价铁的过程中会产生氢氧根离子和过氧化氢,这就可以抑制那些在低氧化电位时尚能存活,但对氢氧根离子和过氧化氢敏感的微生物,但是氢氧根离子和过氧化氢的寿命短,只是在过滤过程中具有高的反应活性,对微生物的抑制效果比较明显,在流出水中的残余效应比较小。
3 锌离子对微生物的控制
KDF处理介质中释放出来的锌对微生物有明显的控制作用,锌能阻止酶的合成,从而影响有机体的正常生长,达到抑制微生物繁殖的目的。
另外,KDF55介质通过阻止叶绿素合成而控制藻类生长,锌离子的存在从本质上降低了有机体从光合作用生产食物的能力,细菌种群的食物和能量来源是依靠藻类群落,藻类的减少将显著影响细菌的生长。
重金属的去除
KDF处理介质可以去除水中的重金属离子,如铅、汞、铜、镍、镉、砷、锑和其他许多可溶性重金属离子,它们的去除是通过电化学氧化还原反应和催化作用完成的。
KDF55去除重金属离子的机理如下:金属离子镀覆于KDF处理介质的表面或进入KDF晶格中,从而使有毒重金属污染物结合在KDF上。例如,水中溶解的铅离子还原成不溶性的铅原子,并镀覆于KDF介质的表面; X射线衍射研究发现汞的去除是形成了铜—汞合金。
KDF处理重金属离子的化学反应式如下:
Zn/Cu/Zn+Pb(NO3)2 Zn/Cu/Pb + Zn(NO3)2
Zn/Cu/Zn+HgCl2 Zn/Cu/Hg+ ZnCl2
金属离子在水的pH升高时水解形成金属氢氧化物沉淀,也能去除金属离子。
去除硫化氢
在应用膜法进行水处理时,如果选用地下水作水源,水中可能存在硫化氢,硫化氢如被氧化成硫磺就会污染膜表面,KDF55过滤介质有去除硫化氢的功能,生成的硫化铜不溶于水,可在KDF55介质反冲洗时去除,化学反应式如下:
Cu/Zn+H2S Cu/Zn+CuS+H2
2H2+O2 2H2O
使用方法及寿命
使用反冲洗装置
在大多数以电化学氧化还原过程为基础的水中会形成少量的氧化物,随之而产生的钙/镁沉淀物必须定时清除。选择知名厂家生产的3步循环反冲控制阀、采用高流量反冲装置,可以除去任何滞留在KDF表面的污物,反冲流速应是正常使用流速的2倍。反冲洗时间为10分钟,然后净化漂洗3分钟。每周至少进行两次反冲,如必要时可适当增加,但每次反冲时间不宜超过10分钟。反冲流速受反冲水温、介质的类型、颗粒尺寸、介质密度等因素的影响。
KDF55处理介质堆积密度为171磅/立方英尺(2.74g/cm3)。这样高密度介质反冲水流速要达到正常用水流速的2倍,需39gpm/平方英尺(2.65cm/s)的回流速率。如水温比较低可采用稍低的反冲速度。温度稍高的水用较高的水流速度反冲。如果由于泵及管子的尺寸限制使反冲水流速率达不到正常流速的2倍,应使用2个KDF55反应床,并使每一个反应床都达到正常流速的1.5倍。依次类推,当KDF反应床足够多时,反冲也可使用正常的水流速度来完成。(计算略)
推荐的操作条件(用3步循环反冲控制阀)
正常水流流速(10"床深) 15gpm/平方英尺(57升/分钟)
反冲10分钟 速率:正常水流流速的2倍
净化/漂洗3分钟 速率; 正常水流流速的2倍
介质床扩张 反冲:10~15%
无基板 20%
最小床深(6") 10英尺
pH范围:饮用水 6.5~8.5
溶解性总固体流量 >150ppm(毫克/升)/分钟
水温(水流) 350-2120F
高寿命
所有的水处理介质都具有一个有效期。硅砂(SiO2)无疑是寿命最长的过滤介质,其次就是使用KDF55处理介质。
有两种情况会降低KDF55处理介质的使用寿命,每一种都需很长时间。第一种是水中余氯的含量比锌的溶解量要大得多时,余氯浓度为0.55ppm的市政自来水通过KDF55仅产生0.25ppm的锌,除去10ppm的氯,其锌的含量也不会超标。第二种是KDF55的物理降解,如腐蚀、磨擦或消耗,但是物理作用对KDF55使用寿命影响很小。根据保守的估计,KDF55处理介质的使用寿命为10年。其主要依据如下:
* 经过6年的实际应用,由氯的减少量推算出消耗1/3立方英尺的KDF55这样计算其寿命可达25年。
* 在实验室内用含10ppm氯的水进行加速实验,使KDF55介质完全消耗掉,推算KDF寿命可达26.5年。
* 1/3立方英尺的KDF55介质用200万加仑含0.5~1.2ppm氯的自来水处理两年,推算出其寿命达23.4年。
* 一个五口之家(每人每天耗50加仑水)每天用250加仑自来水,含0.5ppm氯通过1/3立方英尺KDF55介质推算出理论寿命为24.4年。
清洗
用盐酸可以清洗受污染的KDF55介质。注意必须在通风良好的地方使用盐酸,切记禁止吸烟和明火,因为处理时产生的氢气易爆。
清洗步骤为:将浓盐酸溶解于水中制得稀酸液,使pH值不低于2.5,将稀酸液倒入KDF介质床上,直至稀酸液浸过介质床,然后持续进行反冲约20分钟。反冲直至流出清水,当流出水的pH与进水pH相同时即可。
本公司强烈推荐使用Quick Brite 公司生产的KDF55清洁剂。
用Quick Brite.清洁剂清洗KDF55介质的方法:
1) 排出净水器中的水;
2) 加入足够量的强力Quick Brite 浸过KDF介质(1加仑Quick Brite可清洗1/3立方英尺KDF55);
3) 浸泡至少10分钟;
4) 搅拌溶液和介质;
5) 再浸泡5分钟以上;
6) 将清洗剂排放进下水道;
7) 用水反冲,漂洗干净,冲洗水排入下水道;
8) 用新鲜水重复反冲、漂洗、排水、直至流出清水,pH值达到Quick Brite的值即可。
标准
介质组成 原子化高纯铜锌合金
颜色 金黄
外观状态 颗粒
目数(U.S.Mesh) 10~100目
颗粒大小范围 2.00~0.145mm
堆积密度 2.4~2.9克/立方厘米(171磅/立方英尺)
浊度 >20 NTU
味道 无