凱得菲(KDF)濾料在水處理中的作用及作用機(jī)理
來(lái)源：凱得菲流體技術(shù)（北京）有限公司 閱讀：7028 更新時(shí)間：2007-11-15 11:08凱得菲（KDF）是高純度的銅/鋅合金顆粒，它通過(guò)微電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)（Redox）進(jìn)行水處理工作，在與水接觸時(shí)，合金中的兩種金屬在亞微觀尺度上構(gòu)成無(wú)數(shù)小的原電池系統(tǒng)，這種材料在水中具有強(qiáng)大的反應(yīng)能力和極快的反應(yīng)速度，可以清除水中高達(dá)99%的氯和水中溶解的鉛、汞、鎳、鉻等金屬離子和化合物。對(duì)抑制細(xì)菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。被用于預(yù)處理、主處理與廢水處理設(shè)備。凱得菲(KDF)完善或取代現(xiàn)有技術(shù)，可大輻度延長(zhǎng)了系統(tǒng)壽命，減少了重金屬、微生物、污垢，降低了總費(fèi)用，減化系統(tǒng)維護(hù)。
1.去除強(qiáng)氧化劑(余氯)
凱得菲(KDF)具有強(qiáng)大的還原能力，能去除水中的各種強(qiáng)氧化劑，對(duì)余氯特別有效。凱得菲(KDF)是由銅、鋅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，構(gòu)成原電池。鋅陽(yáng)極在反應(yīng)中失去了電子，生成鋅離子進(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、碘等與凱得菲(KDF)接觸后也能發(fā)生類似的氧化還原反應(yīng)。
2.去除重金屬
凱得菲(KDF)處理介質(zhì)可以去除水中的多種重金屬離子，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)置換反應(yīng)和物理和化學(xué)吸附反應(yīng)來(lái)完成的。凱得菲(KDF)去除重金屬離子的機(jī)理如下：金屬離子吸附于凱得菲(KDF)處理介質(zhì)的表面并與凱得菲(KDF)中的鋅發(fā)生置換反應(yīng)，生成的金屬或吸附在凱得菲(KDF)表面，或進(jìn)入凱得菲(KDF)晶格中，從而使有毒重金屬污染物結(jié)合在凱得菲(KDF)上。例如，水中溶解的鉛離子還原成不溶性的鉛原子，并吸附于凱得菲(KDF)介質(zhì)的表面,汞離子與凱得菲(KDF)也發(fā)生類似的反應(yīng)，X射線衍射研究發(fā)現(xiàn)汞的去除是形成了銅－汞合金。凱得菲(KDF)處理重金屬離子的化學(xué)反應(yīng)式如下：
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(shí)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(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)污染濾膜表面，凱得菲(KDF)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，可在凱得菲(KDF)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 +02 →2H20
4.減少懸浮固體
凱得菲（KDF）處理介質(zhì)的顆粒平均尺寸大約為60目，最小的顆粒約110目，也能起到物理過(guò)濾去除懸浮物質(zhì)的作用，通常凱得菲（KDF）過(guò)濾介質(zhì)能夠有效地去除直徑小于至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與凱得菲（KDF）接觸，也可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)eO最終形成Fe2O3固體沉淀在凱得菲(KDF)表面，可用反沖洗方法將它們?nèi)コ瘜W(xué)反應(yīng)式如下：
Zn + FeO ＝ ZnO + Fe
2Fe + 3O2＝2Fe2O3
5.減少礦物質(zhì)結(jié)垢
凱得菲(KDF)處理介質(zhì)對(duì)碳酸鈣垢的作用有兩上方面。
(1)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。凱得菲(KDF)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。
(2)另一方面，由于凱得菲(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，凱得菲(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射線衍射進(jìn)行結(jié)晶學(xué)研究證明，未經(jīng)凱得菲(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)凱得菲(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。
6.抑制微生物繁殖
凱得菲(KDF)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，凱得菲(KDF)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)凱得菲(KDF)處理介質(zhì)時(shí)，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(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，用凱得菲(KDF)控制細(xì)菌，必須使細(xì)菌與凱得菲(KDF)直接接觸，凱得菲(KDF)對(duì)細(xì)菌的抑制作用主要發(fā)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(guò)氧化氫
在凱得菲(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
凱得菲(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，凱得菲(KDF)介質(zhì)通過(guò)阻止葉綠素合成而控制藻類生長(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，這將顯著影響細(xì)菌的生長(zhǎng)。
