KDF發(fā)展史

　　19世紀60年代中期，DON HESKETT作為MORTON鹽公司的顧問，推動了新的活性炭過濾技術(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)。這兩項發(fā)展均具有創(chuàng)新性、走在時代前沿。
　　1984年，DON又有新的發(fā)現(xiàn)。在一次用水泥做碳膠過濾器時，DON偶然發(fā)現(xiàn)銅鋅合金可以對氯產(chǎn)生巨大作用。早上4點，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，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行實驗，直到他偶然發(fā)現(xiàn)的實驗現(xiàn)象不斷重復(fù)出現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)的電化學(xué)氧化還原過程就是眾所周知的“REDOX”, 在氧化還原過程中氯被還原。
　　DON不僅發(fā)現(xiàn)了從水中去除氯的新反應(yīng)，還開辟了水處理的新紀元。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利。他還授權(quán)美國ZINC公司生產(chǎn)KDF處理介質(zhì)。通過他的游說，面對面的交流，加上許多成功的水處理范例，使水處理工業(yè)逐漸認可了其“發(fā)明”的重要性與實用性。通過媒體廣告與市場營銷，開辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品銷量也穩(wěn)定提高，生意逐漸擴大。
　　1991年，美國環(huán)境保護署（USEPA）關(guān)閉了KDF液體處理公司——直到DON HEDKETT向USEPA證實了KDF用于活性炭過濾設(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)通過了美國國家衛(wèi)生基金會（NSF）認證，符合飲用水的61項標準。1997年，在KDF液體處理公司成為美國水質(zhì)聯(lián)盟成員10年后，美國水質(zhì)協(xié)會（WQA）把KDF水處理介質(zhì)列入其GLOSSARY OF TEAMSAND RESIDENTIAL WATER PROCESSING，同一年，KDF55處理介質(zhì)通過美國國家標準化組織（ANSI ）和NSF的飲用水42項標準。

1．適用范圍

　　本指南適用于氯氣處理過的市政自來水。包括居民（家用）、商業(yè)、學(xué)校、公用事業(yè)及輕工業(yè)、建筑工地和工廠等使用自來水的場所，其用水流量在3～324加侖/分鐘（11～1226 L/min）范圍內(nèi)。

2．什么是KDF55處理介質(zhì)

　　KDF水處理介質(zhì)是一種獨一無二的、新穎的，符合環(huán)保要求的水處理介質(zhì)。是目前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繁殖。
　　KDF55處理介質(zhì)滿足美國環(huán)境保護署（EPA），聯(lián)邦藥物管理局（FDA）、水質(zhì)協(xié)會（WQA）和國家衛(wèi)生基金會（NSF）關(guān)于飲用水中最高鋅和銅含量的標準的要求，如KDF處理介質(zhì)能去除水中濃度為10ppm的氯，但仍能滿足EPA關(guān)于飲用水中最高允許含鋅量的規(guī)定。

3．KDF55處理介質(zhì)的作用及機理

　　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)進行電子交換，把許多有害物質(zhì)變?yōu)闊o害物質(zhì)。
3.1 使用壽命長，可重復(fù)循環(huán)使用（詳見4、5類介紹）
3.2 減少礦物結(jié)垢
　　KDF處理介質(zhì)對碳酸鈣垢的作用有二個方面。
　　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，pH值升高，因而使碳酸鈣的溶解度降低；KDF55通過電化學(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機理，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。曾有人研究過水中雜質(zhì)存在對方解石結(jié)晶生長的影響，研究發(fā)現(xiàn)，即使鋅離子的濃度很低時，也能阻止方解石結(jié)晶的形成。
　　通過試驗可以進一步證明，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射線衍射進行結(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)地堅硬、溶解度低、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是玻璃石灰石垢。經(jīng)過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。
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，也能起到物理過濾去除懸浮物質(zhì)的作用，通常KDF55過濾介質(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，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

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)生是因為KDF55是由二種不同的金屬組成的，與水接觸時，合金中電位正的銅成為陰極，而電位負的鋅是陽極。在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。鋅陽極在反應(yīng)中失去了電子，鋅離子成為犧牲者進入溶液，銅陰極上發(fā)生游離氯的還原反應(yīng)，而不會發(fā)生金屬銅的溶解，水和余氯成為最后的電子接受者，同時生成氫離子、氫氧根離子和氯離子，總反應(yīng)式如下：

　　

　　水中其他的氧化劑，如臭氧、溴、碘等與KDF55接觸后也能進行氧化還原反應(yīng)。
3.5 抑制微生物的繁殖
　　美國環(huán)境保護署將KDF55處理介質(zhì)作為一種微生物抑制劑，說明該處理介質(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(xié)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(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，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。
3.5.1 氧化還原電位的變化
　　水通過KDF55處理介質(zhì)時，其氧化還原電位從+200mV變化到-500 mV，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KDF控制細菌，必須使細菌與KDF直接接觸，KDF對細菌的抑制作用主要發(fā)生于KDF-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。
3.5.2 氫氧根離子和過氧化氫
　　美國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發(fā)現(xiàn)，在KDF將二價鐵氧化到三價鐵的過程中會產(chǎn)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，但對氫氧根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(yīng)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(yīng)比較小。
3.5.3 鋅離子對微生物的控制
　　KDF處理介質(zhì)中釋放出來的鋅對微生物有明顯的控制作用，鋅能阻止酶的合成，從而影響有機體的正常生長，達到抑制微生物繁殖的目的。
　　另外，KDF55介質(zhì)通過阻止葉綠素合成而控制藻類生長，鋅離子的存在從本質(zhì)上降低了有機體從光合作用生產(chǎn)食物的能力，細菌種群的食物和能量來源是依靠藻類群落，藻類的減少將顯著影響細菌的生長。
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理如下：金屬離子鍍覆于KDF處理介質(zhì)的表面或進入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)用膜法進行水處理時，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污染膜表面，KDF55過濾介質(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)反沖洗時去除，化學(xué)反應(yīng)式如下：

　　Cu/Zn+H₂S →Cu/Zn+CuS+H₂

　 2H₂+O_{2 →} 2H₂O

4．KDF55處理介質(zhì)的使用方法及壽命

4.1 使用反沖洗裝置
　　 在大多數(shù)以電化學(xué)氧化還原過程為基礎(chǔ)的水中會形成少量的氧化物，隨之而產(chǎn)生的鈣/鎂沉淀物必須定時清除。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。反沖洗時間為10分鐘，然后凈化漂洗3分鐘。每周至少進行兩次反沖，如必要時可適當(dāng)增加，但每次反沖時間不宜超過10分鐘。反沖流速受反沖水溫、介質(zhì)的類型、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不到正常流速的2倍，應(yīng)使用2個KDF55反應(yīng)床，并使每一個反應(yīng)床都達到正常流速的1.5倍。依次類推，當(dāng)KDF反應(yīng)床足夠多時，反沖也可使用正常的水流速度來完成。（計算略）
　　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)床擴張：反沖：10～15%
　　無基板：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
4.2 KDF55處理介質(zhì)的高壽命
　　所有的水處理介質(zhì)都具有一個有效期。硅砂（SiO₂）無疑是壽命最長的過濾介質(zhì)，其次就是使用KDF55處理介質(zhì)。
　　有兩種情況會降低KDF55處理介質(zhì)的使用壽命，每一種都需很長時間。第一種是水中余氯的含量比鋅的溶解量要大得多時，余氯濃度為0.55ppm的市政自來水通過KDF55僅產(chǎn)生0.25ppm的鋅，除去10ppm的氯，其鋅的含量也不會超標。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KDF55使用壽命影響很小。根據(jù)保守的估計，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6年的實際應(yīng)用，由氯的減少量推算出消耗1/3立方英尺的KDF55這樣計算其壽命可達25年。
　　* 在實驗室內(nèi)用含10ppm氯的水進行加速實驗，使KDF55介質(zhì)完全消耗掉，推算KDF壽命可達26.5年。
　　* 1/3立方英尺的KDF55介質(zhì)用200萬加侖含0.5～1.2ppm氯的自來水處理兩年，推算出其壽命達23.4年。
　　* 一個五口之家（每人每天耗50加侖水）每天用250加侖自來水，含0.5ppm氯通過1/3立方英尺KDF55介質(zhì)推算出理論壽命為24.4年。

5．如何清洗已污染的KDF55介質(zhì)

　　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，因為處理時產(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，直至稀酸液浸過介質(zhì)床，然后持續(xù)進行反沖約20分鐘。反沖直至流出清水，當(dāng)流出水的pH與進水pH相同時即可。
　　本公司強烈推薦使用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)　　　 加入足夠量的強力Quick Brite 浸過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值達到Quick Brite的值即可。

6．KDF55介質(zhì)標準

　　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

7．用KDF55處理介質(zhì)進行高純水生產(chǎn)預(yù)處理簡介

　　用KDF55介質(zhì)進行水的預(yù)處理是一種簡單、低耗的方法。對于微濾、超濾、反滲透膜、離子交換樹脂、顆粒狀活性炭，KDF介質(zhì)能夠保護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，這已是無可爭議的事實。KDF55介質(zhì)與微濾、超濾、反滲透膜、離子交換樹脂、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，消耗更低。

8．從廚房水龍頭到工業(yè)冷卻水處理中的應(yīng)用

　　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。以下為幾個例子：
8.1 國內(nèi)研究結(jié)果
　　北京工業(yè)大學(xué)呂亞文等對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
　　在實驗條件下，出水完全能夠滿足反滲預(yù)處理對余氯含量的要求，甚至在濾速為96m/min的條件下，余氯的去除率仍在99%以上，對霉菌和酵母的去除率更高；除此以外還具有延時殺菌的效果。
　　（2）　 KDF對重金屬離子具有一定的去除作用
　　（3）　 KDF具有一定的阻垢效能
8.2 國外應(yīng)用情況
　?。?）　 去除市政飲用水中的余氯
　　KDF處理介質(zhì)正日益被用來替代或與活性炭過濾器聯(lián)合使用，去除市政自來水中的余氯（可高達99%），其主要特點是使用壽命長。進行KDF介質(zhì)預(yù)處理可延長顆?；钚蕴康氖褂脡勖⒈Ｗo活性炭濾層（床）免受細菌污染。
　　同時KDF介質(zhì)可去除鉛及其他重金屬，去除率高達98%，重金屬的污染問題正日益引起衛(wèi)生部門的高度重視。
　　（2）　 保護反滲透裝置
　　反滲透膜很容易受氯腐蝕。KDF介質(zhì)可代替活性炭處理以保護反滲透（RO）裝置免受氯氣、細菌污染。
　　活性炭過濾器也可有效地去除余氯，但是由于活性炭在高氯水中會很快吸附飽和，所以在操作時必須嚴格控制水中氯氣的濃度，而且活性炭過濾床容易孳生細菌。KDF處理介質(zhì)除氯率高，有抑制微生物繁殖的作用，因而可為反滲透膜提供了穩(wěn)定、長期的保護。
　　美國美國現(xiàn)代中西部門診部實驗室處理量為 355L/d的反滲透裝置，裝了KDF55過濾介質(zhì)預(yù)處理設(shè)備后，膜的使用壽命明顯延長。實驗室的操作管理人員的報告表明：反滲透膜工作了整整八年，給美國病理學(xué)院提供了大量試劑用水，出水水質(zhì)一直保持在一級水平。
　?。?）　 抑制冷卻水中細菌及藻類的繁殖、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——因而成為細菌、藻類繁殖的絕好溫床（例如Legionella（軍團?。┛傻米岳鋮s塔）。傳統(tǒng)化學(xué)法通過投加藥劑控制冷卻塔中藻類及細菌生長，其費用昂貴，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，可有效控制藻類及細菌生長，不使用對環(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。
　　（4）　 KDF處理介質(zhì)與其它凈水系統(tǒng)
　　KDF介質(zhì)可以控制顆?；钚蕴繉踊蚧钚蕴繛V芯內(nèi)細菌、藻類的繁殖。當(dāng)活性炭與KDF處理介質(zhì)一起使用時，活性炭去除有機雜質(zhì)及余氯的能力增強。
　　KDF處理介質(zhì)也可以代替滲銀活性炭。因為銀是有毒金屬，故滲銀活性炭必須在美國環(huán)境保護署注冊。KDF介質(zhì)則不必作為有毒的微生物抑制劑在美國環(huán)保署注冊。KDF處理介質(zhì)通過廢金屬回收（循環(huán)）系統(tǒng)來達到自我循環(huán)，比滲銀活性炭成本低得多。
　　（5）　 KDF介質(zhì)也能有效地保護昂貴的離子交換器免受氯及微生物的污染。

注:* KDF55獲中國衛(wèi)生部衛(wèi)生許可：進口國衛(wèi)字(1998)JS0006號
　　* 制造公司：美國KDF FLUIDTREATMENT，INC.
　　* 美國專利4642192，5122274；5135654。專利發(fā)明人Don Heskett
　　* 中國區(qū)域總經(jīng)銷商：上海開能環(huán)保設(shè)備有限公司
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