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KDF在净水器净化工艺中应用探析 ‖ 知识

2016-08-26 1977

KDF净化工艺

摘要:

本文试验分析了铜锌合金材料—KDF对重金属去除和对微生物抑制效果,进一步归纳了活性炭在净水器处理工艺中的应用,并分析了KDF应用过程中引起的锌浓度增加的影响。

关键词:铜锌合金,净水器,水处理,去除,氯,重金属

Abstract: In this paper, the removal performance of heavy metal and inhibitory effect on microorganism by the alloy of copper and zinc, KDF material is analyzed based on the experiment. Further more, the application process of KDF in the water treatment is reviewed and the Zinc concentration rising in the water purification is discussed.

Key words: Alloy of copper and zinc, Water purifier Water treatment, Remove, Chlorine, Heavy metal

1.引言

KDF,是高纯铜锌合金颗粒水处理材料,Cu和Zn各占比约50%,由美国Don Heskett上世纪80年代偶然发现,并进一步发展成为水处理材料,1992年在美国国家卫生基金会(NSF)认证,后来美国环境保护署(USEPA)将KDF处理介质定为“微生物抑制装置”,其后,被广泛应用在水净化工艺中。

2.KDF水处理原理

KDF是利用自身的还原特性,去除水中的余氯,重金属等污染物质,95%余氯能够被KDF去除,去除方程式如下:

Zn+HClO+H2O→Zn2++Cl-+H++2OH-

Zn/Cu/Zn+Pb(NO3)2→Zn/Cu/Pb+Zn(NO3)2

Zn/Cu/Zn+HgCl2→Zn/Cu/Hg+ZnCl2

Cu+H2S→CuS+H2↑

同时由于铜锌自身氧化还原特性,流经材料表面的水特性也会发生变化,即水的电势电位会由+200mv 变成-500mv,使得适应微生物生产的水环境发生剧烈变化,从而抑制微生物的生长。

3.KDF对水中污染物质去除效果

3.1.KDF对重金属去除

取250mlKDF于过滤柱中,分别配置Pb, Cu,Fe溶液,滤过KDF小柱。过滤速度为250ml/min, 每过滤30min取样分析,结果如图所示:

KDF

图1 KDF去除重金属效果

从图中可见,KDF能够有效去除重金属Pb,Cu和Fe, 去除率分别为90%,90%,95%。而且所配置重金属, Pb,Cu和Fe溶液浓度分别为98.38ppb,256ppb和231ppb,接近生活饮用水标准GB5749中所规定的限值,从而可见,KDF在重金属低浓度的条件下仍然可以较好的去除重金属。

为进一步研究pH值对KDF去除重金属的影响,进一步配置不同pH重金属溶液,过滤速度仍为1倍KDF体积,即250ml/min,结果如下表所示:

表1 pH对KDF去除重金属的影响

重金属

原溶液

不同pH值条件下出水中重金属浓度

5.5

6.5

7.5

8.4

9.5

Pb/ppb

86.3

15.98

9.2

8.9

0

4.8

Cu/ppb

689

195

139

82

59

26

从表中数据可见,随着pH升高,KDF去除重金属的效果越好,这里除了碱性条件下推动KDF氧化还原反应去除重金属,同时碱性条件下也使得重金属形成氢氧化物被KDF滤层过滤去除。

此外,有研究还表明KDF也能够有效去除水中的汞污染,在1994年,美国New Jersey部分家庭用水井中检测出汞污染,浓度约32ppb,污染来自于渗滤液,为对污染控制,当地对处理技术进行筛选,如KDF, 离子交换树脂,活性炭等,分别考察去除效率、处置方式,负产物以及使用寿命等因素,最终选择了KDF作为一级处理,降低饮用水水中汞污染[2]。

3.2.KDF 对微生物的抑制测试

取脱氯自来水,配置肠杆菌浓度约300cfu/ml,然后一定的流速流经装有KDF的滤柱,流速约1L/min,前七天,每天流过装置100L,七天后停止注入水,静置至第19天, 然后分别在第11天和第19天测试滤柱中水的菌落总数和肠杆菌总数,结果如下表所示:

表2 培养期肠杆菌数量


第一天

第二天

第三天

第四天

第五天

第六天

第七天

肠杆菌存活量

cfu/ml

6

6

4

2

1

0

2

3.3.KDF其他水处理中的应用

(1)KDF与活性炭联用。KDF与活性炭联用,作为活性炭预处理,能够提前去除水中95%余氯,使得活性炭能够主要用于去除水中有机污染,同时因为KDF能够能够抑制微生物的生长,从而降低活性炭被微生物表面包裹,使得有机污染更容易被活性炭吸附,进入到活性炭内孔,从而间接提高活性炭的使用寿命;此外如果KDF与活性炭联用,抑制活性炭内微生物生长,降低因微生物生长导致活性炭滤芯中亚硝酸盐增加的风险。

(2)KDF与反渗透膜联用,KDF作为反渗透膜预处理,当介质流经KDF滤料,氧化还原电位发生变化,由+200mv 变成-500mv,这将影响大多数细菌、溶解性物质和离子间相互反应,从而控制膜表面微生物的污染,试验表明,经过KDF预处理水流经反渗透膜,第一个月膜阻力下降4%,第二个月膜阻力下降10%[1]。

(3)KDF能够有效去除饮用水的硝酸根。华东理工大学陆柱研究表明,KDF去除硝酸根效果显著[3],以200ml/min的流速,流经KDF过滤柱,进水溶度40ppm,出水19ppm,去除率50%左右。反应过程如下:

N03 → NO2 → N2 → NH4

4.KDF 在水处理过程对水质的影响

KDF 在水处理应用中,主要是经过氧化还原反应,铜锌合金中Zn的活性高于铜,Zn是-0.76V,铜是+0.36V,导致合金中的锌更加失去电子被氧化,从而增加水中Zn离子的浓度。但是Zn浓度的增加,并不会给饮水健康带来负面影响,在我国《饮用天然矿泉水标准》中,规定锌的上限值是5mg/L。从KDF还原水中氯来计算,假设饮用水中含有1mg/l的自由氯全部由kDF去除,将可能会导致约1.2mg/l的锌进入到饮用水中,如果再在其他重金属和饮用水中其它氧化性物质的作用下,KDF作为水处理剂可能导致出水的锌浓度达到1-2mg/l,甚至更高,以我国生活饮用水标准(GB5749)来衡量,是超标的,但是根据WQA和《饮用天然矿泉水标准》,规定Zn的浓度,并不会对人体健康产生影响,相反,一定程度上对人体健康是有益的,从卫生学角度可知,锌与人体健康关系密切,是人体发育和生长的一种,很重要的痕量元素,锌也是大多数酶的一种必要组成部分,如果儿童缺锌,身高和体重将受到影响,所以婴儿出生初期,还需额外补锌。所以应用KDF作为水处理剂,尽管在一定程度导致水中锌的浓度升高,甚至超出我国生活饮用水卫生标准中的1mg/l,但并不会对人体的健康造成负面影响。

5.结束语

随着水源污染加剧和工业污染事故的频发,市政供水企业常规处理工艺难以及时应对水源污染事故,特别是重金属污染,KDF作为一种水处理滤料,应用在家庭净水设备的末端,作为一道重金属污染的屏障,同时也能够协同其他水处理工艺单元,提高其净化效果,如抑制活性炭滤芯中微生物生长,去除水中的余氯,让活性炭专于去除水中有机污染,其应用越来为净水行业所重视和推广

(用良芯造好水,CILLY水丽智能净水机,点滴纯净用爱过滤。转载分享自“开能股份”相关公开研究资料,图文版权归原作者所有。在此谨致谢意)

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