KDF铜锌合金滤料在净水器水处理工艺中的作用

2018-05-11 10:38:37 849
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。拥有十多年净水器行业水处理经验的深圳沁诺净水器厂家技术部朱工解析:KDF铜锌合金滤料在净水器水处理工艺中的作用
 
什么是KDF
KDF是一种高纯度的铜锌合金,是美国Don HesKett博士在1984年发明的一种新型的水过滤介质。其净水原理是利用氧化还原反应,KDF介质与污染物进行电子交换,把许多污染物质变成无害物质。KDF颗粒在去除水中氯和水溶性重金属方面更有效。能有效去除水中氯、有机化合物、重金属、防止致癌物质三卤甲烷的产生,产水安全、可直接生饮。净水器品牌生产厂家深圳沁诺净水机多款净水机产品
 
KDF铜锌合金滤料在净水器水处理工艺中的作用
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。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) 净水机中KDF是去除强氧化剂(余氯)
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。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+HClO+H2O+2e         Zn2+Cl+H+2OH-
水中其他的氧化剂,如臭氧、溴、碘等与KDF接触后也能发生类似的氧化还原反应。
 
(2)净水器中KDF能去除重金属
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。KDF去除重金属离子的机理如下:金属离子吸附于KDF处理介质的表面并与KDF中的锌发生置换反应,生成的金属或吸附在KDF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,并吸附于KDF介质的表面,汞离子与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。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) 净水器中KDF能去除硫化氢
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,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KDF介质反冲洗时去除,化学反应式如下:
 
(4) 净水器中KDF可以减少悬浮固体
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:
Zn + FeO = ZnO + Fe
2Fe + 3O2=2Fe2O3
 
(5)沁诺净水器中KDF可以减少矿物质结垢
KDF处理介质对碳酸钙垢的作用有两上方面。
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。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。
 
(6) 净水器中KDF能抑制微生物繁殖
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,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 净水器中KDF氧化还原电位的变化
水通过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。
净水器中KDF氢氧根离子和过氧化氢
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。
净水器中KDF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,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。