KDF濾芯

摘要：介紹高純銅鋅合金（KDF）的特性，在水處理行業(yè)的應(yīng)用范圍及前景

關(guān)鍵詞：高純銅鋅合金、（KDF）、電化反應(yīng)、重金屬、余氯、阻垢、水處理

19世紀(jì)60年代中期，DON HESKETT作為MORTON鹽公司的顧問(wèn)，推動(dòng)了新的活性炭過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展。1972年，DON與BILL STEGER研究出了最初的非電子的水軟化器雛型，應(yīng)用于水處理工業(yè)。這兩項(xiàng)發(fā)展均具有創(chuàng)新性、走在時(shí)代前沿。

1984年，DON又有新的發(fā)現(xiàn)。在一次用水泥做碳膠過(guò)濾器時(shí)，DON偶然發(fā)現(xiàn)銅鋅合金可以對(duì)氯產(chǎn)生巨大作用。早上4點(diǎn)，他用黃銅圓珠筆攪拌一些化學(xué)品，其中有氯的成份。當(dāng)他注意到代表氯存在的紅色逐漸消失時(shí)，他產(chǎn)生了極大的好奇心。第二天，他用不同的化學(xué)品與各種銅鋅合金進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到他偶然發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不斷重復(fù)出現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)的電化學(xué)氧化還原過(guò)程就是眾所周知的“REDOX", 在氧化還原過(guò)程中氯被還原。

DON不僅發(fā)現(xiàn)了從水中去除氯的新反應(yīng)，還開(kāi)辟了水處理的新紀(jì)元。DON發(fā)明的新方法，即用金屬去除 水中的重金屬與氯是和傳統(tǒng)的通過(guò)離子交換去除水中金屬的思路背道而馳的。他很快地將他的發(fā)明產(chǎn)業(yè)化，三年中他得到了許多該方面的專(zhuān)利。他還授權(quán)美國(guó)ZINC公司生產(chǎn)KDF處理介質(zhì)。通過(guò)他的游說(shuō)，面對(duì)面的交流，加上許多成功的水處理范例，使水處理工業(yè)逐漸認(rèn)可了其“發(fā)明”的重要性與實(shí)用性。通過(guò)媒體廣告與市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)，開(kāi)辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品銷(xiāo)量也穩(wěn)定提高，生意逐漸擴(kuò)大。

1991年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（USEPA）關(guān)閉了KDF液體處理公司——直到DON HEDKETT向USEPA證實(shí)了KDF用于活性炭過(guò)濾設(shè)備中具有明顯的抑菌效果，USEPA才將廣受歡迎的KDF處理介質(zhì)定為“微生物抑制裝置”。

1992年，KDF85與KDF55處理介質(zhì)通過(guò)了美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生基金會(huì)（NSF）認(rèn)證，符合飲用水的61項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。1997年，在KDF液體處理公司成為美國(guó)水質(zhì)聯(lián)盟成員10年后，美國(guó)水質(zhì)協(xié)會(huì)（WQA）把KDF水處理介質(zhì)列入其GLOSSARY OF TEAMS AND RESIDENTIAL WATER PROCESSING，同一年，KDF55處理介質(zhì)通過(guò)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織（ANSI ）和NSF的飲用水42項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

KDF處理水的原理是利用氧化還原反應(yīng)，KDF與水中氧化性有害物質(zhì)進(jìn)行電子交換，把許多有害物質(zhì)變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)。

3.1 使用壽命長(zhǎng)，可重復(fù)循環(huán)使用（詳見(jiàn)4、5類(lèi)介紹）

3.2 減少礦物結(jié)垢

KDF處理介質(zhì)對(duì)碳酸鈣垢的作用有二個(gè)方面。

一方面，根據(jù)pH、二氧化碳濃度和碳酸鈣溶解度之間的關(guān)系，當(dāng)二氧化碳從溶液中除去時(shí)，pH值升高，因而使碳酸鈣的溶解度降低；KDF55通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)也使水的pH值升高，降低碳酸鈣的溶解度，結(jié)果使碳酸鈣垢容易析出。

另一方面，由于KDF處理介質(zhì)中鋅離子的溶出，水中的鋅離子含量有所增加，水中鋅離子的存在能改變垢的晶體生長(zhǎng)機(jī)理，使水中的碳酸鈣垢以文石的結(jié)晶形態(tài)產(chǎn)生沉淀，在容器的器壁上形成軟垢，而不是結(jié)晶為方解石型的硬垢。曾有人研究過(guò)水中雜質(zhì)存在對(duì)方解石結(jié)晶生長(zhǎng)的影響，研究發(fā)現(xiàn)，即使鋅離子的濃度很低時(shí)，也能阻止方解石結(jié)晶的形成。

通過(guò)試驗(yàn)可以進(jìn)一步證明，KDF處理介質(zhì)防止礦物硬垢的形成和積累，主要是阻止方解石形態(tài)碳酸鈣的結(jié)晶。采用掃描電子顯微鏡和X射線(xiàn)衍射進(jìn)行結(jié)晶學(xué)研究證明，未經(jīng)KDF處理的水中產(chǎn)生的硬垢是一些相對(duì)大的、具有規(guī)則形態(tài)的針狀鈣鹽和鎂鹽的結(jié)晶，這些鹽類(lèi)質(zhì)地堅(jiān)硬、溶解度低、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是玻璃石灰石垢。經(jīng)過(guò)KDF處理介質(zhì)的水中結(jié)成的垢，從根本上改變了碳酸鈣（鎂）結(jié)晶的形態(tài)，垢形相對(duì)變小，外觀平坦呈圓形、顆粒形和棒形，都是由不堅(jiān)硬的粉狀成分組成的，這些成分不會(huì)粘附于金屬、塑料或陶瓷的表面，很容易用物理過(guò)濾方法將它們除去。

3.3 減少懸浮固體

KDF55處理介質(zhì)的顆粒平均尺寸大約為60目，最小的顆粒約115目，也能起到物理過(guò)濾去除懸浮物質(zhì)的作用，通常KDF55過(guò)濾介質(zhì)能夠有效地去除直徑小至50μm的顆粒。

由鋼鐵材料制成的輸水管件腐蝕時(shí)，鐵氧化形成FeO膠體，F(xiàn)eO與KDF接觸，也可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)eO最終形成Fe2O?固體沉淀在KDF表面，可用反沖洗方法將它們?nèi)コ?，化學(xué)反應(yīng)式如下：

2Cu+FeO Cu2O+Fe

4Fe+3O2 2Fe2O3

3.4 去除氧化劑（余氯）

KDF55能去除水中的氧化劑，例如余氯。該作用是通過(guò)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)完成的。氧化還原反應(yīng)的發(fā)生是因?yàn)镵DF55是由二種不同的金屬組成的，與水接觸時(shí)，合金中電位正的銅成為陰極，而電位負(fù)的鋅是陽(yáng)極。在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)。鋅陽(yáng)極在反應(yīng)中失去了電子，鋅離子成為犧牲者進(jìn)入溶液，銅陰極上發(fā)生游離氯的還原反應(yīng)，而不會(huì)發(fā)生金屬銅的溶解，水和余氯成為最后的電子接受者，同時(shí)生成氫離子、氫氧根離子和氯離子，總反應(yīng)式如下：

Zn+HOCl+H2O+2e- Zn2+ +Cl-+H++2OH-

水中其他的氧化劑，如臭氧、溴、碘等與KDF55接觸后也能進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。

3.5 抑制微生物的繁殖

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署將KDF55處理介質(zhì)作為一種微生物抑制劑，說(shuō)明該處理介質(zhì)能起到抑制微生物繁殖的作用，但不能完全殺滅微生物種群。KDF55處理介質(zhì)不是通過(guò)一種機(jī)理、而是幾種機(jī)理控制微生物的生長(zhǎng)繁殖，通過(guò)每一種的單獨(dú)作用或協(xié)同作用來(lái)達(dá)到抑制微生物的作用。主要機(jī)理包括：氧化還原電位的變化，氫氧根離子和過(guò)氧化氫的形成，介質(zhì)中鋅的溶出等。在一般情況下，KDF55處理介質(zhì)作為反滲透膜的預(yù)處理手段時(shí)，能夠抑制細(xì)菌、藻類(lèi)等微生物的繁殖，從而防止了微生物對(duì)膜的破壞。

3.5.1 氧化還原電位的變化

水通過(guò)KDF55處理介質(zhì)時(shí)，其氧化還原電位從+200mV變化到-500 mV，在一般情況下，各種類(lèi)型的微生物只能在特定的氧化還原電位下生長(zhǎng)，電位的大幅度變化，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞，從而控制了微生物的生長(zhǎng)。但是，水的氧化還原電位變化很小，用KDF控制細(xì)菌，必須使細(xì)菌與KDF直接接觸，KDF對(duì)細(xì)菌的抑制作用主要發(fā)生于KDF-水接觸面上，所以?xún)H靠氧化還原電位的變化并不能完全控制微生物。

3.5.2 氫氧根離子和過(guò)氧化氫

美國(guó)印第安納州南本德圣母大學(xué)在研究KDF處理介質(zhì)降低水中鐵離子濃度時(shí)發(fā)現(xiàn)，在KDF將二價(jià)鐵氧化到三價(jià)鐵的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫氧根離子和過(guò)氧化氫，這就可以抑制那些在低氧化電位時(shí)尚能存活，但對(duì)氫氧根離子和過(guò)氧化氫敏感的微生物，但是氫氧根離子和過(guò)氧化氫的壽命短，只是在過(guò)濾過(guò)程中具有高的反應(yīng)活性，對(duì)微生物的抑制效果比較明顯，在流出水中的殘余效應(yīng)比較小。

3.5.3 鋅離子對(duì)微生物的控制

KDF處理介質(zhì)中釋放出來(lái)的鋅對(duì)微生物有明顯的控制作用，鋅能阻止酶的合成，從而影響有機(jī)體的正常生長(zhǎng)，達(dá)到抑制微生物繁殖的目的。

另外，KDF55介質(zhì)通過(guò)阻止葉綠素合成而控制藻類(lèi)生長(zhǎng)，鋅離子的存在從本質(zhì)上降低了有機(jī)體從光合作用生產(chǎn)食物的能力，細(xì)菌種群的食物和能量來(lái)源是依靠藻類(lèi)群落，藻類(lèi)的減少將顯著影響細(xì)菌的生長(zhǎng)。

3.6 重金屬的去除

KDF處理介質(zhì)可以去除水中的重金屬離子，如鉛、汞、銅、鎳、鎘、砷、銻、鋁和其他許多可溶性重金屬離子，它們的去除是通過(guò)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)和催化作用完成的。

KDF55去除重金屬離子的機(jī)理如下：金屬離子鍍覆于KDF處理介質(zhì)的表面或進(jìn)入KDF晶格中，從而使有毒重金屬污染物結(jié)合在KDF上。例如，水中溶解的鉛離子還原成不溶性的鉛原子，并鍍覆于KDF介質(zhì)的表面； X射線(xiàn)衍射研究發(fā)現(xiàn)汞的去除是形成了銅—汞合金。

KDF處理重金屬離子的化學(xué)反應(yīng)式如下：

Zn/Cu/Zn+Pb(NO3)2 Zn/Cu/Pb + Zn(NO3)2

Zn/Cu/Zn+HgCl2 Zn/Cu/Hg+ ZnCl2

金屬離子在水的pH升高時(shí)水解形成金屬氫氧化物沉淀，也能去除金屬離子。

3.7 去除硫化氫

在應(yīng)用膜法進(jìn)行水處理時(shí)，如果選用地下水作水源，水中可能存在硫化氫，硫化氫如被氧化成硫磺就會(huì)污染膜表面，KDF55過(guò)濾介質(zhì)有去除硫化氫的功能，生成的硫化銅不溶于水，可在KDF55介質(zhì)反沖洗時(shí)去除，化學(xué)反應(yīng)式如下：

Cu/Zn+H2S Cu/Zn+CuS+H2

2H2+O2 2H2O

4.1 使用反沖洗裝置

在大多數(shù)以電化學(xué)氧化還原過(guò)程為基礎(chǔ)的水中會(huì)形成少量的氧化物，隨之而產(chǎn)生的鈣/鎂沉淀物必須定時(shí)清除。選擇知名廠家生產(chǎn)的3步循環(huán)反沖控制閥、采用高流量反沖裝置，可以除去任何滯留在KDF表面的污物，反沖流速應(yīng)是正常使用流速的2倍。反沖洗時(shí)間為10分鐘，然后凈化漂洗3分鐘。每周至少進(jìn)行兩次反沖，如必要時(shí)可適當(dāng)增加，但每次反沖時(shí)間不宜超過(guò)10分鐘。反沖流速受反沖水溫、介質(zhì)的類(lèi)型、顆粒尺寸、介質(zhì)密度等因素的影響。

KDF55處理介質(zhì)堆積密度為171磅/立方英尺（2.74g/cm3）。這樣高密度介質(zhì)反沖水流速要達(dá)到正常用水流速的2倍，需39gpm/平方英尺（2.65cm/s）的回流速率。如水溫比較低可采用稍低的反沖速度。溫度稍高的水用較高的水流速度反沖。如果由于泵及管子的尺寸限制使反沖水流速率達(dá)不到正常流速的2倍，應(yīng)使用2個(gè)KDF55反應(yīng)床，并使每一個(gè)反應(yīng)床都達(dá)到正常流速的1.5倍。依次類(lèi)推，當(dāng)KDF反應(yīng)床足夠多時(shí)，反沖也可使用正常的水流速度來(lái)完成。（計(jì)算略）

推薦的操作條件（用3步循環(huán)反沖控制閥）

正常水流流速（10"床深） 15gpm/平方英尺（57升/分鐘）

反沖10分鐘 速率：正常水流流速的2倍

凈化/漂洗3分鐘 速率； 正常水流流速的2倍

介質(zhì)床擴(kuò)張 反沖：10～15%

無(wú)基板 20%

最小床深（6"） 10英尺

H范圍：飲用水 6.5~8.5

溶解性總固體流量 >150ppm(毫克/升)/分鐘

水溫(水流) 350-2120F

4.2 KDF55處理介質(zhì)的高壽命

所有的水處理介質(zhì)都具有一個(gè)有效期。硅砂（SiO2）無(wú)疑是壽命最長(zhǎng)的過(guò)濾介質(zhì)，其次就是使用KDF55處理介質(zhì)。

有兩種情況會(huì)降低KDF55處理介質(zhì)的使用壽命，每一種都需很長(zhǎng)時(shí)間。第一種是水中余氯的含量比鋅的溶解量要大得多時(shí)，余氯濃度為0.55ppm的市政自來(lái)水通過(guò)KDF55僅產(chǎn)生0.25ppm的鋅，除去10ppm的氯，其鋅的含量也不會(huì)超標(biāo)。第二種是KDF55的物理降解，如腐蝕、磨擦或消耗，但是物理作用對(duì)KDF55使用壽命影響很小。根據(jù)保守的估計(jì)，KDF55處理介質(zhì)的使用壽命為10年。其主要依據(jù)如下：

* 經(jīng)過(guò)6年的實(shí)際應(yīng)用，由氯的減少量推算出消耗1/3立方英尺的KDF55這樣計(jì)算其壽命可達(dá)25年。

* 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用含10ppm氯的水進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)，使KDF55介質(zhì)完全消耗掉，推算KDF壽命可達(dá)26.5年。

* 1/3立方英尺的KDF55介質(zhì)用200萬(wàn)加侖含0.5~1.2ppm氯的自來(lái)水處理兩年，推算出其壽命達(dá)23.4年。

* 一個(gè)五口之家（每人每天耗50加侖水）每天用250加侖自來(lái)水，含0.5ppm氯通過(guò)1/3立方英尺KDF55介質(zhì)推算出理論壽命為24.4年。

用鹽酸可以清洗受污染的KDF55介質(zhì)。注意必須在通風(fēng)良好的地方使用鹽酸，切記禁止吸煙和明火，因?yàn)樘幚頃r(shí)產(chǎn)生的氫氣易爆。

清洗步驟為：將濃鹽酸溶解于水中制得稀酸液，使pH值不低于2.5，將稀酸液倒入KDF介質(zhì)床上，直至稀酸液浸過(guò)介質(zhì)床，然后持續(xù)進(jìn)行反沖約20分鐘。反沖直至流出清水，當(dāng)流出水的pH與進(jìn)水pH相同時(shí)即可。

本公司強(qiáng)烈推薦使用Quick Brite 公司生產(chǎn)的KDF55清潔劑。

用Quick Brite.清潔劑清洗KDF55介質(zhì)的方法：

1) 排出凈水器中的水；

2) 加入足夠量的強(qiáng)力Quick Brite 浸過(guò)KDF介質(zhì)（1加侖Quick Brite可清洗1/3立方英尺KDF55）；

3) 浸泡至少10分鐘；

4) 攪拌溶液和介質(zhì)；

5) 再浸泡5分鐘以上；

6) 將清洗劑排放進(jìn)下水道；

7) 用水反沖，漂洗干凈，沖洗水排入下水道；

8) 用新鮮水重復(fù)反沖、漂洗、排水、直至流出清水，pH值達(dá)到Quick Brite的值即可。

用KDF55介質(zhì)進(jìn)行水的預(yù)處理是一種簡(jiǎn)單、低耗的方法。對(duì)于微濾、超濾、反滲透膜、離子交換樹(shù)脂、顆粒狀活性炭，KDF介質(zhì)能夠保護(hù)這些昂貴易損的水處理組件不受氯、微生物、結(jié)垢的影響。此外，KDF55介質(zhì)能去除高達(dá)98%的重金屬，如Pb 、Cd、 Ce、 Ag、 Ar、Al、 Se、 Cu、 Hg，另外，借助沉淀在KDF介質(zhì)上發(fā)生的氧化還原反應(yīng)還可以降低水中碳酸鹽、硝酸鹽和硫酸鹽。

影響膜分離工藝效率的主要問(wèn)題是各種污染物在膜表面的沉積，造成膜表面孔的堵塞，這已是無(wú)可爭(zhēng)議的事實(shí)。KDF55介質(zhì)與微濾、超濾、反滲透膜、離子交換樹(shù)脂、顆?；钚蕴肯啾?，在提高水處理效率和持續(xù)保持高效方面具有更多的優(yōu)勢(shì)，消耗更低。

KDF水處理介質(zhì)是一種獨(dú)一無(wú)二的、新穎的，符合環(huán)保要求的水處理介質(zhì)。是如今較為理想的水處理方法。KDF55處理介質(zhì)為高純銅/鋅合金，通過(guò)電化學(xué)氧化-還原(電子轉(zhuǎn)移)反應(yīng)有效地減少或除去水中的氯和重金屬，并抑制水中微生物的生長(zhǎng)繁殖。

KDF55處理介質(zhì)滿(mǎn)足美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)，聯(lián)邦藥物管理局(FDA)、水質(zhì)協(xié)會(huì)(WQA)和國(guó)家衛(wèi)生基金會(huì)(NSF)關(guān)于飲用水中最高鋅和銅含量的標(biāo)準(zhǔn)的要求，如KDF處理介質(zhì)能去除水中濃度為10ppm的氯，但仍能滿(mǎn)足EPA關(guān)于飲用水中最高允許含鋅量的規(guī)定。

KDF處理水的原理是利用氧化還原反應(yīng)，KDF與水中氧化性有害物質(zhì)進(jìn)行電子交換，把許多有害物質(zhì)變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)。

減少礦物結(jié)垢

KDF處理介質(zhì)對(duì)碳酸鈣垢的作用有二個(gè)方面。

一方面，根據(jù)pH、二氧化碳濃度和碳酸鈣溶解度之間的關(guān)系，當(dāng)二氧化碳從溶液中除去時(shí)，pH值升高，因而使碳酸鈣的溶解度降低;KDF55通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)也使水的pH值升高，降低碳酸鈣的溶解度，結(jié)果使碳酸鈣垢容易析出。

另一方面，由于KDF處理介質(zhì)中鋅離子的溶出，水中的鋅離子含量有所增加，水中鋅離子的存在能改變垢的晶體生長(zhǎng)機(jī)理，使水中的碳酸鈣垢以文石的結(jié)晶形態(tài)產(chǎn)生沉淀，在容器的器壁上形成軟垢，而不是結(jié)晶為方解石型的硬垢。曾有人研究過(guò)水中雜質(zhì)存在對(duì)方解石結(jié)晶生長(zhǎng)的影響，研究發(fā)現(xiàn)，即使鋅離子的濃度很低時(shí)，也能阻止方解石結(jié)晶的形成。

通過(guò)試驗(yàn)可以進(jìn)一步證明，KDF處理介質(zhì)防止礦物硬垢的形成和積累，主要是阻止方解石形態(tài)碳酸鈣的結(jié)晶。采用掃描電子顯微鏡和X射線(xiàn)衍射進(jìn)行結(jié)晶學(xué)研究證明，未經(jīng)KDF處理的水中產(chǎn)生的硬垢是一些相對(duì)大的、具有規(guī)則形態(tài)的針狀鈣鹽和鎂鹽的結(jié)晶，這些鹽類(lèi)質(zhì)地堅(jiān)硬、溶解度低、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是玻璃石灰石垢。經(jīng)過(guò)KDF處理介質(zhì)的水中結(jié)成的垢，從根本上改變了碳酸鈣(鎂)結(jié)晶的形態(tài)，垢形相對(duì)變小，外觀平坦呈圓形、顆粒形和棒形，都是由不堅(jiān)硬的粉狀成分組成的，這些成分不會(huì)粘附于金屬、塑料或陶瓷的表面，很容易用物理過(guò)濾方法將它們除去。

減少懸浮固體

KDF55處理介質(zhì)的顆粒平均尺寸大約為60目，最小的顆粒約115目，也能起到物理過(guò)濾去除懸浮物質(zhì)的作用，通常KDF55過(guò)濾介質(zhì)能夠有效地去除直徑小至50μm的顆粒。

由鋼鐵材料制成的輸水管件腐蝕時(shí)，鐵氧化形成FeO膠體，F(xiàn)eO與KDF接觸，也可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)eO最終形成Fe2O3固體沉淀在KDF表面，可用反沖洗方法將它們?nèi)コ?，化學(xué)反應(yīng)式如下:

2Cu+FeO Cu2O+Fe

4Fe+3O2 2Fe2O3

去除氧化劑(余氯)

KDF55能去除水中的氧化劑，例如余氯。該作用是通過(guò)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)完成的。氧化還原反應(yīng)的發(fā)生是因?yàn)镵DF55是由二種不同的金屬組成的，與水接觸時(shí)，合金中電位正的銅成為陰極，而電位負(fù)的鋅是陽(yáng)極。在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)。鋅陽(yáng)極在反應(yīng)中失去了電子，鋅離子成為犧牲者進(jìn)入溶液，銅陰極上發(fā)生游離氯的還原反應(yīng)，而不會(huì)發(fā)生金屬銅的溶解，水和余氯成為最后的電子接受者，同時(shí)生成氫離子、氫氧根離子和氯離子，總反應(yīng)式如下:

Zn+HOCl+H2O+2e- Zn2+ +Cl-+H++2OH-

水中其他的氧化劑，如臭氧、溴、碘等與KDF55接觸后也能進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。

抑制微生物的繁殖

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署將KDF55處理介質(zhì)作為一種微生物抑制劑，說(shuō)明該處理介質(zhì)能起到抑制微生物繁殖的作用，但不能完全殺滅微生物種群。KDF55處理介質(zhì)不是通過(guò)一種機(jī)理、而是幾種機(jī)理控制微生物的生長(zhǎng)繁殖，通過(guò)每一種的單獨(dú)作用或協(xié)同作用來(lái)達(dá)到抑制微生物的作用。主要機(jī)理包括:氧化還原電位的變化，氫氧根離子和過(guò)氧化氫的形成，介質(zhì)中鋅的溶出等。在一般情況下，KDF55處理介質(zhì)作為反滲透膜的預(yù)處理手段時(shí)，能夠抑制細(xì)菌、藻類(lèi)等微生物的繁殖，從而防止了微生物對(duì)膜的破壞。

1 氧化還原電位的變化

水通過(guò)KDF55處理介質(zhì)時(shí)，其氧化還原電位從+200mV變化到-500 mV，在一般情況下，各種類(lèi)型的微生物只能在特定的氧化還原電位下生長(zhǎng)，電位的大幅度變化，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞，從而控制了微生物的生長(zhǎng)。但是，水的氧化還原電位變化很小，用KDF控制細(xì)菌，必須使細(xì)菌與KDF直接接觸，KDF對(duì)細(xì)菌的抑制作用主要發(fā)生于KDF-水接觸面上，所以?xún)H靠氧化還原電位的變化并不能完全控制微生物。

2 氫氧根離子和過(guò)氧化氫

美國(guó)印第安納州南本德圣母大學(xué)在研究KDF處理介質(zhì)降低水中鐵離子濃度時(shí)發(fā)現(xiàn)，在KDF將二價(jià)鐵氧化到三價(jià)鐵的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫氧根離子和過(guò)氧化氫，這就可以抑制那些在低氧化電位時(shí)尚能存活，但對(duì)氫氧根離子和過(guò)氧化氫敏感的微生物，但是氫氧根離子和過(guò)氧化氫的壽命短，只是在過(guò)濾過(guò)程中具有高的反應(yīng)活性，對(duì)微生物的抑制效果比較明顯，在流出水中的殘余效應(yīng)比較小。

3 鋅離子對(duì)微生物的控制

KDF處理介質(zhì)中釋放出來(lái)的鋅對(duì)微生物有明顯的控制作用，鋅能阻止酶的合成，從而影響有機(jī)體的正常生長(zhǎng)，達(dá)到抑制微生物繁殖的目的。

另外，KDF55介質(zhì)通過(guò)阻止葉綠素合成而控制藻類(lèi)生長(zhǎng)，鋅離子的存在從本質(zhì)上降低了有機(jī)體從光合作用生產(chǎn)食物的能力，細(xì)菌種群的食物和能量來(lái)源是依靠藻類(lèi)群落，藻類(lèi)的減少將顯著影響細(xì)菌的生長(zhǎng)。

重金屬的去除

KDF處理介質(zhì)可以去除水中的重金屬離子，如鉛、汞、銅、鎳、鎘、砷、銻和其他許多可溶性重金屬離子，它們的去除是通過(guò)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)和催化作用完成的。

KDF55去除重金屬離子的機(jī)理如下:金屬離子鍍覆于KDF處理介質(zhì)的表面或進(jìn)入KDF晶格中，從而使有毒重金屬污染物結(jié)合在KDF上。例如，水中溶解的鉛離子還原成不溶性的鉛原子，并鍍覆于KDF介質(zhì)的表面; X射線(xiàn)衍射研究發(fā)現(xiàn)汞的去除是形成了銅-汞合金。

KDF處理重金屬離子的化學(xué)反應(yīng)式如下:

Zn/Cu/Zn+Pb(NO3)2 Zn/Cu/Pb + Zn(NO3)2

Zn/Cu/Zn+HgCl2 Zn/Cu/Hg+ ZnCl2

金屬離子在水的pH升高時(shí)水解形成金屬氫氧化物沉淀，也能去除金屬離子。

去除硫化氫

在應(yīng)用膜法進(jìn)行水處理時(shí)，如果選用地下水作水源，水中可能存在硫化氫，硫化氫如被氧化成硫磺就會(huì)污染膜表面，KDF55過(guò)濾介質(zhì)有去除硫化氫的功能，生成的硫化銅不溶于水，可在KDF55介質(zhì)反沖洗時(shí)去除，化學(xué)反應(yīng)式如下:

Cu/Zn+H2S Cu/Zn+CuS+H2

2H2+O2 2H2O

使用反沖洗裝置

在大多數(shù)以電化學(xué)氧化還原過(guò)程為基礎(chǔ)的水中會(huì)形成少量的氧化物，隨之而產(chǎn)生的鈣/鎂沉淀物必須定時(shí)清除。選擇知名廠家生產(chǎn)的3步循環(huán)反沖控制閥、采用高流量反沖裝置，可以除去任何滯留在KDF表面的污物，反沖流速應(yīng)是正常使用流速的2倍。反沖洗時(shí)間為10分鐘，然后凈化漂洗3分鐘。每周至少進(jìn)行兩次反沖，如必要時(shí)可適當(dāng)增加，但每次反沖時(shí)間不宜超過(guò)10分鐘。反沖流速受反沖水溫、介質(zhì)的類(lèi)型、顆粒尺寸、介質(zhì)密度等因素的影響。

KDF55處理介質(zhì)堆積密度為171磅/立方英尺(2.74g/cm3)。這樣高密度介質(zhì)反沖水流速要達(dá)到正常用水流速的2倍，需39gpm/平方英尺(2.65cm/s)的回流速率。如水溫比較低可采用稍低的反沖速度。溫度稍高的水用較高的水流速度反沖。如果由于泵及管子的尺寸限制使反沖水流速率達(dá)不到正常流速的2倍，應(yīng)使用2個(gè)KDF55反應(yīng)床，并使每一個(gè)反應(yīng)床都達(dá)到正常流速的1.5倍。依次類(lèi)推，當(dāng)KDF反應(yīng)床足夠多時(shí)，反沖也可使用正常的水流速度來(lái)完成。(計(jì)算略)

推薦的操作條件(用3步循環(huán)反沖控制閥)

正常水流流速(10"床深) 15gpm/平方英尺(57升/分鐘)

反沖10分鐘 速率:正常水流流速的2倍

凈化/漂洗3分鐘 速率; 正常水流流速的2倍

介質(zhì)床擴(kuò)張 反沖:10~15%

無(wú)基板 20%

最小床深(6") 10英尺

pH范圍:飲用水 6.5~8.5

溶解性總固體流量 >150ppm(毫克/升)/分鐘

水溫(水流) 350-2120F

高壽命

所有的水處理介質(zhì)都具有一個(gè)有效期。硅砂(SiO2)無(wú)疑是壽命最長(zhǎng)的過(guò)濾介質(zhì)，其次就是使用KDF55處理介質(zhì)。

有兩種情況會(huì)降低KDF55處理介質(zhì)的使用壽命，每一種都需很長(zhǎng)時(shí)間。第一種是水中余氯的含量比鋅的溶解量要大得多時(shí)，余氯濃度為0.55ppm的市政自來(lái)水通過(guò)KDF55僅產(chǎn)生0.25ppm的鋅，除去10ppm的氯，其鋅的含量也不會(huì)超標(biāo)。第二種是KDF55的物理降解，如腐蝕、磨擦或消耗，但是物理作用對(duì)KDF55使用壽命影響很小。根據(jù)保守的估計(jì)，KDF55處理介質(zhì)的使用壽命為10年。其主要依據(jù)如下:

* 經(jīng)過(guò)6年的實(shí)際應(yīng)用，由氯的減少量推算出消耗1/3立方英尺的KDF55這樣計(jì)算其壽命可達(dá)25年。

* 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用含10ppm氯的水進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)，使KDF55介質(zhì)完全消耗掉，推算KDF壽命可達(dá)26.5年。

* 1/3立方英尺的KDF55介質(zhì)用200萬(wàn)加侖含0.5~1.2ppm氯的自來(lái)水處理兩年，推算出其壽命達(dá)23.4年。

* 一個(gè)五口之家(每人每天耗50加侖水)每天用250加侖自來(lái)水，含0.5ppm氯通過(guò)1/3立方英尺KDF55介質(zhì)推算出理論壽命為24.4年。

用鹽酸可以清洗受污染的KDF55介質(zhì)。注意必須在通風(fēng)良好的地方使用鹽酸，切記禁止吸煙和明火，因?yàn)樘幚頃r(shí)產(chǎn)生的氫氣易爆。

清洗步驟為:將濃鹽酸溶解于水中制得稀酸液，使pH值不低于2.5，將稀酸液倒入KDF介質(zhì)床上，直至稀酸液浸過(guò)介質(zhì)床，然后持續(xù)進(jìn)行反沖約20分鐘。反沖直至流出清水，當(dāng)流出水的pH與進(jìn)水pH相同時(shí)即可。

本公司強(qiáng)烈推薦使用Quick Brite 公司生產(chǎn)的KDF55清潔劑。

用Quick Brite.清潔劑清洗KDF55介質(zhì)的方法:

1) 排出凈水器中的水;

2) 加入足夠量的強(qiáng)力Quick Brite 浸過(guò)KDF介質(zhì)(1加侖Quick Brite可清洗1/3立方英尺KDF55);

3) 浸泡至少10分鐘;

4) 攪拌溶液和介質(zhì);

5) 再浸泡5分鐘以上;

6) 將清洗劑排放進(jìn)下水道;

7) 用水反沖，漂洗干凈，沖洗水排入下水道;

8) 用新鮮水重復(fù)反沖、漂洗、排水、直至流出清水，pH值達(dá)到Quick Brite的值即可。

介質(zhì)組成 原子化高純銅鋅合金

顏色 金黃

外觀狀態(tài) 顆粒

目數(shù)(U.S.Mesh) 10~100目

顆粒大小范圍 2.00~0.145mm

堆積密度 2.4~2.9克/立方厘米(171磅/立方英尺)

濁度 >20 NTU

味道 無(wú)

KDF介質(zhì)可應(yīng)用于很多的水處理預(yù)處理及污水處理方面。以下為幾個(gè)例子:

國(guó)內(nèi)研究結(jié)果

北京工業(yè)大學(xué)呂亞文等對(duì)KDF的反滲透預(yù)處理系統(tǒng)中的可行性研究證明:

(1) KDF去除余氯的效果明顯

在實(shí)驗(yàn)條件下，出水完全能夠滿(mǎn)足反滲預(yù)處理對(duì)余氯含量的要求，甚至在濾速為96m/min的條件下，余氯的去除率仍在99%以上，對(duì)霉菌和酵母的去除率更高;除此以外還具有延時(shí)殺菌的效果。

(2) KDF對(duì)重金屬離子具有非常強(qiáng)的去除作用

(3) KDF具有一定的阻垢效能

國(guó)外應(yīng)用情況

(1) 去除市政飲用水中的余氯

KDF處理介質(zhì)正日益被用來(lái)替代或與活性炭過(guò)濾器聯(lián)合使用，去除市政自來(lái)水中的余氯(可高達(dá)99%)，其主要特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)。進(jìn)行KDF介質(zhì)預(yù)處理可延長(zhǎng)顆?；钚蕴康氖褂脡勖⒈Ｗo(hù)活性炭濾層(床)免受細(xì)菌污染。

同時(shí)KDF介質(zhì)可去除鉛及其他重金屬，去除率高達(dá)98%，重金屬的污染問(wèn)題正日益引起衛(wèi)生部門(mén)的高度重視。是水處理中最先進(jìn)的技術(shù)

(2) 抑制冷卻水中細(xì)菌及藻類(lèi)的繁殖、減少結(jié)垢

冷卻塔及水冷式熱交換器中的水常被加溫并曝于空氣--因而成為細(xì)菌、藻類(lèi)繁殖的絕好溫床(例如Legionella(軍團(tuán)病)可得自冷卻塔)。傳統(tǒng)化學(xué)法通過(guò)投加藥劑控制冷卻塔中藻類(lèi)及細(xì)菌生長(zhǎng)，其費(fèi)用昂貴，后續(xù)污水處理成本也高。

KDF處理介質(zhì)處理冷卻水成本低，可有效控制藻類(lèi)及細(xì)菌生長(zhǎng)，不使用對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。另外，經(jīng)KDF介質(zhì)處理后的水可減少硬水垢的生成。

(3) KDF處理介質(zhì)與其它凈水系統(tǒng)

KDF介質(zhì)可以控制顆粒活性炭層或活性炭濾芯內(nèi)細(xì)菌、藻類(lèi)的繁殖。當(dāng)活性炭與KDF處理介質(zhì)一起使用時(shí)，活性炭去除有機(jī)雜質(zhì)及余氯的能力增強(qiáng)。

KDF處理介質(zhì)也可以代替滲銀活性炭。因?yàn)殂y是有毒金屬，故滲銀活性炭必須在美國(guó)環(huán)境保護(hù)署注冊(cè)。KDF介質(zhì)則不必作為有毒的微生物抑制劑在美國(guó)環(huán)保署注冊(cè)。KDF處理介質(zhì)通過(guò)廢金屬回收(循環(huán))系統(tǒng)來(lái)達(dá)到自我循環(huán)，比滲銀活性炭成本低得多。

(4) KDF介質(zhì)也能有效地保護(hù)昂貴的離子交換器免受氯及微生物的污染。

注:

* KDF55獲中國(guó)衛(wèi)生部衛(wèi)生許可:進(jìn)口國(guó)衛(wèi)字(1998)JS0006號(hào)

* 制造公司:美國(guó)KDF FLUID TREATMENT，INC.

* 美國(guó)專(zhuān)利4642192，5122274;5135654。專(zhuān)利發(fā)明人Don Heskett

目前有兩種主要產(chǎn)品:KDF55，它是50%銅和50%鋅的合金;KDF85，它是85%的銅和15%鋅的合金。KDF作為過(guò)濾介質(zhì)的濾水器具有許多優(yōu)點(diǎn):使用壽命長(zhǎng);可以100%恢復(fù)過(guò)濾能力;可以去除水中的余氯;能有效地控制微生物的生長(zhǎng);阻止硬垢的積累等。

KDF55 是一種高純度的銅鋅合金。由于它在水中會(huì)產(chǎn)生電解質(zhì)的環(huán)境，使細(xì)菌不能增長(zhǎng)，KDF55作為凈水器中使用的濾料，起到抑制細(xì)菌，去除重金屬，防止硬垢的作用。

KDF是美國(guó)科學(xué)家發(fā)明的高效銅鋅合金水處理濾料，因其昂貴，俗稱(chēng)"水黃金"。它是利用銅和鋅在水中的氧化還原反應(yīng)，或者說(shuō)是一種電化學(xué)反應(yīng)，來(lái)去除水中的重金屬(如鉛、汞、銅、鐵等)、氯、硫化氫。由于它在水中會(huì)產(chǎn)生電解質(zhì)的環(huán)境，使細(xì)菌不能增長(zhǎng)，KDF-55作為凈水器中使用的主濾料。

有六大功能:

①去除氧化劑(余氯)

②去除重金屬

③去除硫化氫

④阻擋懸浮固體

⑤阻止礦物結(jié)垢

⑥抑制微生物的繁殖。