凱得菲(KDF)濾料在水處理中的作用及作用機理
來源(yuan)：凱(kai)得菲(fei)流體(ti)技術（北京）有(you)限(xian)公(gong)司 閱讀(du)：7228 更(geng)新(xin)時(shi)間：2007-11-15 11:08凱得菲（KDF）是高純度的銅/鋅合金顆粒，它通過微電化學氧化-還原反應（Redox）進行水處理工作，在與水接觸時，合金中的兩種金屬在亞微觀尺度上構成無數小的原電池系統，這種材料在水中具有強大的反應能力和極快的反應速度，可以清除水中高達99%的氯和水中溶解的鉛、汞、鎳、鉻等金屬離子和化合物。對抑制細菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。被用于預處理、主處理與廢水處理設備。凱得菲(KDF)完善或取代現有技術，可大輻度延長了系統壽命，減少了重金屬、微生物、污垢，降低了總費用，減化系統維護。
1.去除強氧化劑(余氯)
凱得菲(fei)(KDF)具有強大的還原(yuan)能(neng)力，能(neng)去除(chu)水(shui)(shui)中的各(ge)種(zhong)強氧化劑，對余氯(lv)(lv)特(te)別有效。凱得菲(fei)(KDF)是(shi)(shi)由銅(tong)(tong)(tong)、鋅二種(zhong)不同(tong)(tong)的金屬組(zu)成(cheng)的，與(yu)水(shui)(shui)接觸時，合(he)金中電位(wei)正的銅(tong)(tong)(tong)成(cheng)為(wei)陰極，而(er)電位(wei)負的鋅是(shi)(shi)陽極，構成(cheng)原(yuan)電池(chi)。鋅陽極在反(fan)(fan)應中失去了電子(zi)(zi)(zi)，生成(cheng)鋅離(li)子(zi)(zi)(zi)進(jin)入溶液，銅(tong)(tong)(tong)陰極上發生游離(li)氯(lv)(lv)的還原(yuan)反(fan)(fan)應，而(er)不會發生金屬銅(tong)(tong)(tong)的溶解，水(shui)(shui)和(he)余氯(lv)(lv)成(cheng)為(wei)最后的電子(zi)(zi)(zi)接受者，同(tong)(tong)時生成(cheng)氫離(li)子(zi)(zi)(zi)、氫氧根離(li)子(zi)(zi)(zi)和(he)氯(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)總反(fan)(fan)應式如下(xia)：
Zn+HOCl+H2O+2e→Zn2++Cl-+H++2OH-
水中其他的氧化劑，如臭氧、溴、碘等與凱得菲(KDF)接觸后也能發生類似的氧化還原反應。
2.去除重金屬
凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)處理(li)(li)介質(zhi)(zhi)可以去除(chu)(chu)水中(zhong)的(de)(de)(de)(de)多(duo)種(zhong)重金(jin)(jin)(jin)屬離子(zi)(zi)，如(ru)(ru)(ru)鉛、汞(gong)、銅、鎳、鎘、砷、銻、鋁(lv)和其他許多(duo)可溶(rong)性重金(jin)(jin)(jin)屬離子(zi)(zi)，它們的(de)(de)(de)(de)去除(chu)(chu)是通過(guo)置換反(fan)應(ying)(ying)和物理(li)(li)和化學(xue)吸(xi)附反(fan)應(ying)(ying)來完成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)去除(chu)(chu)重金(jin)(jin)(jin)屬離子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)機(ji)理(li)(li)如(ru)(ru)(ru)下(xia)：金(jin)(jin)(jin)屬離子(zi)(zi)吸(xi)附于凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)處理(li)(li)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)并與(yu)凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鋅發(fa)生置換反(fan)應(ying)(ying)，生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬或吸(xi)附在凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)表(biao)面(mian)，或進入凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)晶格(ge)中(zhong)，從而使(shi)有毒重金(jin)(jin)(jin)屬污染(ran)物結合在凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)上。例如(ru)(ru)(ru)，水中(zhong)溶(rong)解的(de)(de)(de)(de)鉛離子(zi)(zi)還原(yuan)成(cheng)不溶(rong)性的(de)(de)(de)(de)鉛原(yuan)子(zi)(zi)，并吸(xi)附于凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian),汞(gong)離子(zi)(zi)與(yu)凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)也發(fa)生類似的(de)(de)(de)(de)反(fan)應(ying)(ying)，X射(she)線衍射(she)研究發(fa)現汞(gong)的(de)(de)(de)(de)去除(chu)(chu)是形(xing)成(cheng)了(le)銅－汞(gong)合金(jin)(jin)(jin)。凱(kai)(kai)(kai)得(de)菲(fei)(KDF)處理(li)(li)重金(jin)(jin)(jin)屬離子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)化學(xue)反(fan)應(ying)(ying)式如(ru)(ru)(ru)下(xia)：
Zn/Cu/Zn+Pb2+ →Zn/Cu/Pb+Zn2+
Zn/Cu/Zn+Hg2+→Zn/Cu/Hg+Zn2+
金屬離子在水的PH升高時水解形成金屬氫氧化物沉淀，也能去除金屬離子。
3.去除硫化氫
在應(ying)(ying)用膜法進(jin)行水(shui)處(chu)理時，如(ru)果選用地(di)下水(shui)作(zuo)水(shui)源，水(shui)中可能(neng)存在硫(liu)(liu)(liu)化(hua)氫，硫(liu)(liu)(liu)化(hua)氫如(ru)被氧(yang)化(hua)成(cheng)硫(liu)(liu)(liu)磺就會污(wu)染(ran)濾(lv)膜表面(mian)，凱得菲(KDF)過濾(lv)介質(zhi)有去(qu)除硫(liu)(liu)(liu)化(hua)氫的功能(neng)，生成(cheng)的硫(liu)(liu)(liu)化(hua)銅不溶于水(shui)，可在凱得菲(KDF)介質(zhi)反沖洗(xi)時去(qu)除，化(hua)學反應(ying)(ying)式(shi)如(ru)下：
Cu/Zn + H2S → Cu/Zn + CuS + H2
2H2 +02 →2H20
4.減少懸浮固體
凱得菲(fei)（KDF）處理(li)介(jie)質(zhi)的(de)(de)顆(ke)粒平(ping)均尺(chi)寸大約(yue)為60目(mu)，最小的(de)(de)顆(ke)粒約(yue)110目(mu)，也(ye)能(neng)起(qi)到物(wu)理(li)過(guo)濾去除(chu)懸(xuan)浮物(wu)質(zhi)的(de)(de)作用，通常凱得菲(fei)（KDF）過(guo)濾介(jie)質(zhi)能(neng)夠有效地去除(chu)直(zhi)徑小于至50μm的(de)(de)顆(ke)粒。
由鋼鐵材料制成(cheng)(cheng)的輸水管(guan)件腐蝕時，鐵氧(yang)化(hua)形成(cheng)(cheng)FeO膠體(ti)，FeO與凱(kai)得(de)菲（KDF）接(jie)觸，也可以發生氧(yang)化(hua)還原(yuan)反應，FeO最(zui)終形成(cheng)(cheng)Fe2O3固體(ti)沉淀在凱(kai)得(de)菲(KDF)表面，可用反沖(chong)洗方法將它們(men)去除，化(hua)學(xue)反應式如(ru)下：
Zn + FeO ＝ ZnO + Fe
2Fe + 3O2＝2Fe2O3
5.減少礦物質結垢
凱(kai)得菲(KDF)處理介質(zhi)對碳酸(suan)鈣(gai)垢的作用有兩上方面。
(1)一(yi)方面，根據(ju)PH、二氧(yang)化(hua)碳(tan)濃(nong)度和碳(tan)酸鈣(gai)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)度之間的關系(xi)，當(dang)二氧(yang)化(hua)碳(tan)從(cong)溶(rong)(rong)(rong)液中除去時，PH值(zhi)升高，因而使碳(tan)酸鈣(gai)的溶(rong)(rong)(rong)解(jie)度降(jiang)低。凱(kai)得菲(KDF)通過(guo)電化(hua)學反應也使水的PH值(zhi)升高，降(jiang)低碳(tan)酸鈣(gai)的溶(rong)(rong)(rong)解(jie)度，結果使碳(tan)酸鈣(gai)垢(gou)容易(yi)析(xi)出。
(2)另一方(fang)(fang)面，由于凱得菲(KDF)處理(li)(li)介質(zhi)中鋅(xin)(xin)離子的(de)(de)溶出，水中的(de)(de)鋅(xin)(xin)離子含量(liang)有所增加，水中鋅(xin)(xin)離子的(de)(de)存(cun)在(zai)能(neng)(neng)改變(bian)垢(gou)(gou)的(de)(de)晶體生(sheng)(sheng)長(chang)機理(li)(li)，使水中的(de)(de)碳酸鈣(gai)垢(gou)(gou)以文石的(de)(de)結晶形(xing)(xing)態產生(sheng)(sheng)沉淀，在(zai)容器的(de)(de)器壁上(shang)形(xing)(xing)成(cheng)軟(ruan)垢(gou)(gou)，而不(bu)是結晶為方(fang)(fang)解(jie)石型的(de)(de)硬垢(gou)(gou)。曾有人(ren)研究過水中雜質(zhi)存(cun)在(zai)對(dui)方(fang)(fang)解(jie)石結晶生(sheng)(sheng)長(chang)的(de)(de)影響(xiang)，研究發現(xian)，即使鋅(xin)(xin)離子的(de)(de)濃度很低(di)時，也能(neng)(neng)阻止方(fang)(fang)解(jie)石結晶的(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)。
通過試驗可以進一步證明，凱得菲(KDF)處理介質防止礦物硬垢的形成和積累，主要是阻止方解石形態碳酸鈣的結晶。采用掃描電子顯微鏡和X射線衍射進行結晶學研究證明，未經凱得菲(KDF)處理的水中產生的硬垢是一些相對大的、具有規則形態的針狀鈣鹽和鎂鹽的結晶，這些鹽類質地堅硬、溶解度低、具有網狀結構，是玻璃石灰石垢，經過凱得菲(KDF)處理介質的水中結成的垢，從根本上改變了碳酸鈣（鎂）結晶的形態，垢形相對變小，外觀平坦呈圓形、顆粒形和棒形，都是由不堅硬的粉狀成分組成的，這些成分不會粘附于金屬、塑料或陶瓷的表面，很容易用物理過濾方法將它們除去。
6.抑制微生物繁殖
凱得菲(KDF)處理介質不是通過一種機理、而是幾種機理控制微生物的生長繁殖，通過每一種的單獨作用或協同作用來達到抑制微生物的作用。主要機理包括：氧化還原電位的變化，氫氧根離子和過氧化氫的形成，介質中鋅的溶出等。在一般情況下，凱得菲(KDF)處理介質作為反滲透膜的預處理手段時，能夠抑制細菌、藻類等微生物的繁殖，從而防止了微生物對膜的破壞。
(1)氧化還原電位的變化
水通過凱得菲(KDF)處理介質時，其氧化還原電位從＋200mV變化到－500mV，在一般情況下，各種類型的微生物只能在特定的氧化還原電位下生長，電位的大幅度變化，能破壞細菌的細胞，從而控制了微生物的生長。但是，水的氧化還原電位變化很小，用凱得菲(KDF)控制細菌，必須使細菌與凱得菲(KDF)直接接觸，凱得菲(KDF)對細菌的抑制作用主要發生于凱得菲(KDF)與水接觸面上，所以僅靠氧化還原電位的變化并不能完全控制微生物。
(2)氫氧根離子和過氧化氫
在凱得菲(KDF)將二價鐵氧化到三價鐵的過程中會產生氫氧根離子和過氧化氫，這就可以抑制那些在低氧化電位時尚能存活，但對氫離子和過氧化氫敏感的微生物，但是氫氧根離子和過氧化氫的壽命短，只是在過濾過程中具有高的反應活性，對微生物的抑制效果比較明顯，在流出水中的殘余效應比較小。
(3)鋅離子對微生物的控制
凱得菲(KDF)處理介質中(zhong)釋(shi)放(fang)出(chu)來的(de)鋅對微(wei)生(sheng)物有(you)(you)明顯(xian)的(de)控(kong)制作用，鋅能阻(zu)止酶的(de)合(he)(he)成，從而影響(xiang)有(you)(you)機體(ti)的(de)正常生(sheng)長(chang)，達到抑制微(wei)生(sheng)物繁殖(zhi)的(de)目的(de).另外，凱得菲(KDF)介質通過(guo)阻(zu)止葉綠素合(he)(he)成而控(kong)制藻類生(sheng)長(chang)，鋅離子的(de)存在(zai)從本(ben)質上降低(di)了有(you)(you)機體(ti)從光(guang)合(he)(he)作用生(sheng)產食物的(de)能力，這將顯(xian)著影響(xiang)細菌的(de)生(sheng)長(chang)。
