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  • 水黄金凯得菲(KDF)在水行业的应用   阅读:Loading...[2012-03-30]

 

摘要:介绍高纯铜锌合金凯得菲(KDF)的特性,在水处理行业的应用范围及前景
一、凯得菲(KDF)的作用及作用机理
凯得菲(KDF)是高纯度的铜/锌合金颗粒,它通过微电化学氧化-还原反应(Redox)进行水处理工作,在与水接触时,合金中的两种金属在亚微观尺度上构成无数小的原电池系统,这种材料在水中具有强大的反应能力和极快的反应速度,可以清除水中高达99%的氯和水中溶解的铅、汞、镍、铬等金属离子和化合物。对抑制细菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。被用于预处理、主处理与废水处理设备。凯得菲(KDF)完善或取代现有技术,可大辐度延长了系统寿命,减少了重金属、微生物、污垢,降低了总费用,减化系统维护。
(1) 去除强氧化剂(余氯)
凯得菲(KDF)具有强大的还原能力,能去除水中的各种强氧化剂,对余氯特别有效。凯得菲(KDF)是由铜、锌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,构成原电池。锌阳极在反应中失去了电子,生成锌离子进入溶液,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、碘等与凯得菲(KDF)接触后也能发生类似的氧化还原反应。
(2)去除重金属
凯得菲(KDF)处理介质可以去除水中的多种重金属离子,如铅、汞、铜、镍、镉、砷、锑、铝和其他许多可溶性重金属离子,它们的去除是通过置换反应和物理和化学吸附反应来完成的。凯得菲(KDF)去除重金属离子的机理如下:金属离子吸附于凯得菲(KDF)处理介质的表面并与凯得菲(KDF)中的锌发生置换反应,生成的金属或吸附在凯得菲(KDF)表面,或进入凯得菲(KDF)晶格中,从而使有毒重金属污染物结合在凯得菲(KDF)上。例如,水中溶解的铅离子还原成不溶性的铅原子,并吸附于凯得菲(KDF)介质的表面,汞离子与凯得菲(KDF)也发生类似的反应,X射线衍射研究发现汞的去除是形成了铜-汞合金。凯得菲(KDF)处理重金属离子的化学反应式如下:
Zn/Cu/Zn+Pb2+ Zn/Cu/Pb+Zn2+
Zn/Cu/Zn+Hg2+Zn/Cu/Hg+Zn2+
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。
(3)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滤膜表面,凯得菲(KDF)过滤介质有去除硫化氢的功能,生成的硫化铜不溶于水,可在凯得菲(KDF)介质反冲洗时去除,化学反应式如下:
Cu/Zn + H2S Cu/Zn + CuS + H2
2H2 +02 2H20
(4)减少悬浮固体
凯得菲(KDF)处理介质的颗粒平均尺寸大约为60目,最小的颗粒约110目,也能起到物理过滤去除悬浮物质的作用,通常凯得菲(KDF)过滤介质能够有效地去除直径小于至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与凯得菲(KDF)接触,也可以发生氧化还原反应,FeO最终形成Fe2O3固体沉淀在凯得菲(KDF)表面,可用反冲洗方法将它们去除,化学反应式如下:
Zn + FeO ZnO + Fe
2Fe + 3O22Fe2O3
(5)减少矿物质结垢
凯得菲(KDF)处理介质对碳酸钙垢的作用有两个方面:
①一方面,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。凯得菲(KDF)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。
②另一方面,由于凯得菲(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,凯得菲(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,未经凯得菲(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,经过凯得菲(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。
(6)抑制微生物繁殖
凯得菲(KDF)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,凯得菲(KDF)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
水通过凯得菲(KDF)处理介质时,其氧化还原电位从+200mV变化到-500mV,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,用凯得菲(KDF)控制细菌,必须使细菌与凯得菲(KDF)直接接触,凯得菲(KDF)对细菌的抑制作用主要发生于凯得菲(KDF)与水接触面上,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
在凯得菲(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
凯得菲(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,凯得菲(KDF)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,这将显著影响细菌的生长。
二、凯得菲(KDF)的可应用范围
凯得菲(KDF)可广泛应用于预处理、主处理与废水处理设备中。它们多与活性碳颗粒过滤器,碳块或管内过滤器共同使用,也可单独使用。
用凯得菲(KDF)介质进行水的预处理是一种简单、低耗的方法。对于微滤、超滤、反渗透膜、离子交换树脂、颗粒状活性碳,凯得菲(KDF)介质能够保护这些昂贵易损的水处理组件不受氯、微生物、结垢影响。此外,凯得菲(KDF)介质能去除高达98%的重金属,如Pb、Cd、Ce、Ag、Ar、Al、Se、Cu、Hg,另外,借助沉淀在凯得菲(KDF)介质上发生的氧化还原反应还可以降低水中碳酸盐、硝酸盐和硫酸盐。
影响膜分离工艺效率的主要问题是各种污染物在膜表面的沉积,造成膜表面孔的堵塞,这已是无可争议的事实。凯得菲(KDF)介质与微滤、超滤、反渗透膜、离子交换树脂、颗粒状活性碳相比,在提高水处理效率和持续保持高效方面具有更多的优势,消耗更低。
(1)去除市政饮用水中的余氯
凯得菲(KDF)处理介质正日益被用来替代或与活性碳过滤器联合使用,去除市政自来水中的余氯(可高达99%),其主要特点是使用寿命长。进行凯得菲(KDF)介质预处理可延长颗粒活性炭的使用寿命,并保护活性炭层(床)免受细菌污染。使碳的去污能力提升到原来的15倍,并且凯得菲(KDF)使更小型的碳过滤器的使用成为可能,从而降低了使用成本。
(2)保护反渗透装置
反渗透膜很容易受氯腐蚀。凯得菲(KDF)介质可代替活性炭处理以保护反渗透(RO)免受氯气、细菌污染。活性炭过滤器也可有效地去除余氯,但是由于活性炭在高氯水中会很快吸附饱和,所以在操作时必须严格控制水中氯气的浓度,而且活性炭过滤床容易孳生细菌。凯得菲(KDF)处理介质除氯率高。有抑制微生物繁殖的作用,因而可为反渗透膜提供了稳定、长期的保护。
(3)抑制冷却水中细菌及藻类的繁殖、减少结垢
冷却塔及水冷式热交换器中的水常被加温并曝于空气——因而成为细菌、藻类繁殖的绝好温床(例如LEGIONELLA(军团菌)可得自冷却塔)。传统化学方法通过投加药剂控制冷却塔中藻类及细菌生长、其费用昂贵,后续污水处理成本也高。凯得菲(KDF)处理介质处理冷却水成本低,可有效控制藻类及细菌生长,不使用对环境有害的化学物质。另外,经凯得菲(KDF)介质处理后的水可减少硬水垢的生成。
(4)凯得菲(KDF)处理介质与其它净水系统
凯得菲(KDF)介质可以控制颗粒活性碳层或活性碳滤芯内细菌、藻类和繁殖。当活性碳与凯得菲(KDF)处理介质一起使用时,活性碳去除有机杂质及余氯的能力增强。
凯得菲(KDF)处理介质也可以代替渗银活性炭。从而降低成本。也避免了渗银活性炭银的毒性造成的潜在危险。
(5)去除有害重金属及其他可溶性重金属离子
凯得菲(KDF)介质,可单独用来从水中除去铅、汞、砷等有害重金属以达到满足饮用水的要求。以除砷为例,美国《水工业》杂志1994年第4期报导,当进水含砷量为5mg/l,凯得菲(KDF)过滤处理后水中含砷量为0.01mg/l,去除率达99.7%。在应用凯得菲(KDF)除砷时,毋须投加药剂,所需设备也较简单,仅需配备一台凯得菲(KDF)过滤器,处理过程也十分迅速,其过滤速度是一般采用石英砂的机械过滤器的三倍,因而设备占地面积也较小。
三、凯得菲(KDF)的其他优点
凯得菲(KDF)处理介质的高寿命
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,其次就是使用凯得菲(KDF)处理介质。有两种情况会降低凯得菲(KDF)的使用寿命,每一种都有很长的时间。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的市政自来水通过凯得菲(KDF)仅产生0.25ppm的锌,除去10ppm的氯,其锌的含量也不会超标。第二种是凯得菲(KDF)的物理降解,如腐蚀、磨擦或消耗,但是物理作用对凯得菲(KDF)使用寿命影响很小,据保守估计使用寿命在10年以上。
提供高质量家庭用水
天然无毒的高纯铜锌合金凯得菲(KDF)减少了饮用水与其它家庭用水中的细菌、重金属、氯及其它有害成份,使用户看不到氯的影响,如片状皮肤干燥、头发粗糙、浴缸蓬头中的青苔、绿藻的减少,从而得到口感更好,杂味更少的水质。

 

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