kdf水处理材料的研究

kdf水处理材料的研究

sdf是一种新型、多功能、可重建的铜锌合金处理材料，由首席教授于1984年发明，并通过了美国国家卫生协会（ssf）和水质协会（wqa）等机构的批准。与传统滤料相比,KDF具有使用寿命长,可以100%恢复过滤能力,能有效减少或去除水中的氯和重金属、控制微生物,维护方便,综合性能优良等特点。近几年KDF滤料在美国得到试验性的应用,取得了令人瞩目的成就。美国佛罗里达州好莱坞有一100t/d冷却塔,应用KDF滤料进行了两年的试验;美国现代中西部门诊部实验室安装了处理量为355L/d、带有KDF55滤料的反渗透系统设备,运行8a,均取得良好的效果,使设备寿命明显延长。我国1994年底才引进KDF,对它的研究和应用刚刚起步,使用条件及实际应用还需要结合国情。1铜的合成及其除氯剂KDF由高纯度的铜、锌两种金属按一定的比例组合而成,有KDF55和KDF85两种型号。KDF55由50%的铜和50%的锌组成,颜色金黄,颗粒直径0.145~2.000mm,表观密度为2.4~2.9g/cm3,在去除氯及可溶性重金属方面最为有效;KDF85由85%的铜和15%的锌组成,红褐色,颗粒直径0.149~2.00mm,表观密度2.2~2.7g/cm3,在去除铁及H2S方面最有效。1.1kf培训原理KDF净水原理是多方面的,如电化学氧化还原反应、锌离子、催化作用和过滤等。1.1.1不溶性金属元素还原环境电化学氧化还原是主要因素。锌的标准电位为-0.76V,铜为+0.34V,两者间净电位差为1.1V。原水作为电解质传导电流,当流过KDF滤料时水的电势发生急剧变化,达到700mV。所产生的这种还原环境加上大量感应电子,将带正电的阳离子还原为不溶性金属元素。KDF介质与污染物质进行电子交换时,把许多污染物质变为无害物质。1.1.2锌离子的产生水中锌离子的存在,有助于水质的处理。KDF介质中锌离子的溶出,使水中锌离子含量增加。锌离子的存在有两方面的作用:①防止矿物硬垢的形成,在容器壁上仅形成易去除的软垢;②阻止微生物酶的合成,从而影响有机体的正常生长,达到抑制微生物繁殖的目的。1.1.3氧化剂对苯酚的氧化在KDF降解苯酚时,KDF通过催化水中溶解氧等氧化剂对苯酚进行氧化,将苯酚转化成其它物质而将其去除。陈克正等人的研究表明Cu-Zn合金材料对苯的降解也具有催化性。1.2除余氯余氯KDF介质净水原理是多方面的,所以它具有多种功能:去除水中的余氯;去除可溶性的重金属;控制微生物生长;阻止硬垢的积累;除铁;降低氟化物、硝酸盐、碳酸盐和硫酸盐等。2研究由于KDF良好的性能和广阔的应用前景,引起了国内外研究人员的关注,目前的研究主要集中在以下几方面。2.1与活性炭联合的处理清华大学张凡等用KDF55对水中苯酚的去除效果、与活性炭联合去除苯酚的作用作了研究。实验表明,KDF可以有效去除中低浓度的苯酚,进水中苯酚的浓度越低去除率越高。对苯酚质量浓度<0.25mg/L的微污染水,其去除率可达99%以上。而且对不同浓度的苯酚,KDF的净去除量相差不大。用KDF与活性炭联合去除苯酚,可以克服活性炭不能对低浓度苯酚进行有效处理的不足,使含苯酚质量浓度为8mg/L以下的原水经处理达到饮用水水质标准。实验表明,先用GAC再用KDF处理的串联方式处理水中苯酚效果最好。2.2df对余氯的去除北京工业大学吕亚文等采用直径15mm的玻璃管、滤床高度为63.5cm处理装置,对KDF55在反渗透预处理系统中的去除余氯、细菌、重金属离子及有毒离子和阻垢效果等方面进行了研究。实验表明:(1)去除余氯明显进水余氯在3~10μg/g、滤速96m/h条件下,出水余氯含量均小于0.1μg/g,去除率大于99%;余氯含量、流速越低,去除余氯的效率越高,这也说明余氯与KDF接触时间越长作用越明显。(2)除菌在滤速为50m/h时,对大肠杆菌、霉菌和酵母菌的去除率平均在90%以上,对总细菌数的去除率平均在60%以上;滤速降为9m/h时,KDF对大肠杆菌、杂菌的去除率平均在90%以上。(3)As3+、Cr6+的去除在滤速为9m/h时,As3+质量浓度从0.75mg/L提高到5.0mg/L时,出水的去除率由60%下降到36%;水中Cr6+的质量浓度由0.306mg/L提高到2.431mg/L时,去除率则由35.9%下降到6.2%。见图1。说明KDF对As3+、Cr6+的去除有一定的效果,As3+、Cr6+的质量浓度对其去除率有影响。(4)阻垢效能实验用高硬度的MgCl2水溶液经KDF处理后,发现结垢,其垢呈疏松的片状,易清除。2.3饮用水污染引起的致突变物水厂常规二级处理后的出水,在一定程度上已不能满足人们对水质的要求。研究表明,受污染水经常规工艺处理只能去除水中部分有机物,剩余的有机物与Cl2消毒后形成的三致物质(致诱、致畸、致癌)及其前驱物(THMFP),更是常规处理方法难以去除的。饮用水的污染与肿瘤的发病率存在一定的相关关系,原因正是与饮用水中存在的致突变物有关。上海市卫生防疫站叶于薇等用KDF滤料对水中致突变物的去除进行了研究。实验用TA98、TA100两种组氨酸缺陷型菌株,对自来水进行致突变性研究。在与空白自来水对照实验中,TA98呈阳性结果,且在S9活化系统中更为明显,说明自来水中存在有移码型致突变物;而经过KDF净化处理后的水质,结果未见诱变性,说明KDF能去除移码型致突变物。2.4慢性范畴的确定水中重金属的存在对居民的健康构成潜在威胁,大量的资料表明饮用水中的重金属成份与某些疾病有相关性,人饮用含铅量0.03mg/L以上的水会导致慢性中毒。解放军理工大学孙兵用KDF55对水中铅、汞的去除进行了研究。结果表明,KDF滤料对饮水中铅、汞有较好的去除能力,稳定运行时去除率均能达到80%以上,最高去除率达99.46%;重金属离子自身特性会影响其去除率,铅离子的去除率远好于汞离子;接触时间是决定处理效果的最重要因素,其影响是由滤速、滤床高度共同决定;滤床床型应采用流化型,以提高处理效果。2.5净水器去除率比较上海市卫生防疫站的试验将各为320g的KDF55介质分别置于直径为3cm、3.5cm和6.5cm的圆筒中,然后用实验室配制的余氯为2.5mg/L的水样通过圆筒,过滤后水中的余氯均在0.05mg/L以下,去除率≥98%。上海市自来水公司分别对100%KDF55,30%KDF55+70%GAC和100%GAC组装的净水器进行了试验。结果显示:①KDF55净水材料组成的净水器能有效地去除水中余氯达100%;②KDF55+GAC组合净水器去除水中余氯达95.4%;③GAC组成的净水器去除余氯只能达到78.5%。由此充分说明在水中对氯的去除,KDF起了主要的作用。澳大利亚政府分析实验室对KDF与活性炭组成的净水器的除氯效果也进行了分析,结果表明原水中余氯为3.0mg/L,过滤后<0.2mg/L,去除率达93.3%。2.6碳酸锌的去除美国KDF液体处理公司对KDF55控制结垢的形成进行了研究。实验表明:KDF在控制结垢方面效果明显。分析经KDF55处理后的水,pH值从7.5增加到7.55,CO2从93.8mg/L减少到84.8mg/L,Zn增加,但在19h后有所减少,表明形成的碳酸锌已经沉淀。测试结果如表1、表2。分析可知,控制结垢的机理一是CO2从溶液中除去时,pH值增加,方解石的溶解度减少;二是水中的含锌量从0.1mg/L增加到2.55mg/L和2.43mg/L,阻止了结垢生长,仅在容器壁上形成软垢,而不会出现硬的结垢。因为锌在极低的浓度下,也能阻止方解石结晶的形成。2.7df滤料去除水中细菌中国预防医学科学院凌波用KDF对农村居民储存于水窖中的雨水消毒效果进行了研究。实验将100gKDF滤料置于玻璃管内,滤柱高20cm,滤床体积38cm3,滤料密度2.63g/cm3,流速0.4L/min,采用大肠杆菌总数、细菌总数和耗氧量3个指标。结果表明:KDF滤料能使出水细菌指标下降,但不能降低耗氧量。丰水期消毒试验合格率达100%,枯水期合格率为0,处理成本为0.0433元/L。这说明,KDF滤料处理效果与水的细菌浓度有关。枯水期雨水少,储存于水窖中的雨水存在时间长而细菌数大大增加,所以去除效果差。连晓文等用KDF材料浸泡于水质处理器中,分别检验室温条件下纯水经5、15、24、48、72h及1周的时间后的水质。发现水中pH值由6.78上升到一周后的7.3,浊度在72h内能基本控制在0.5以下,最初COD1.0mg/L,48h内维持在0.85~1.08mg/L。3sdf过滤器设计KDF过滤器的设计主要是滤速、滤床深度、反冲洗等问题。3.1去除氯和苯酚过滤的流速是实验的关键参数,同济大学张寿恺教授对于KDF55推荐采用72m/h,而对于KDF85则采用36m/h。本人认为对不同的处理对象及物质浓度的水质,应区别对待。如去除氯时,可用更高的流速。吕亚文等人用KDF55介质处理水中余氯时,在3~10μg/g的范围内,滤速可达96m/h,对氯的去除率达99%以上。苯酚废水的浓度会影响滤速的确定。张凡等人用KDF55对苯酚的去除实验中,苯酚质量浓度为1.147mg/L时,滤速由15.6m/h提高到31.2m/h,去除率则由21.3%降为0;而流速设定为15.6m/h,进水苯酚质量浓度分别为0.241mg/L和0.549mg/L时,去除率分别为99.2%和53.9%。可见对苯酚废水应根据水中苯酚的质量浓度确定滤速,质量浓度增加,应降低滤速。3.2容器直径大小对床深的影响当容器直径为150mm时,滤床深度不应小于250mm,随着容器直径的增加,相应的床深亦应增加,直径每增加25mm,床深亦应增加25mm,直到床深增加到625mm后便不能再增加。3.3滤床及滤床深度KDF的用量用以下公式计算:G=лd2/4·h·r式中:G为KDF滤料的用量,kg;d为容器直径,m;H为滤床深度,m;r为KDF滤料的密度,2740kg/m3。3.4反冲洗时间及流量在电化学还原过程中,KDF设备会形成一些不溶性固态物质,应用反冲洗方法将它们除掉。反冲洗每周至少3次,根据供水质量有时冲洗的次数需要更多。每次反冲洗的时间为10min,然后静化漂洗3min。由于KDF的密度很大,应采用较大的流量进行反冲洗,一般采用2倍工作流量。流量受反冲水温、介质的类型、颗粒尺寸、介质密度等因素的影响,如水温较低时可采用稍低的反冲流量,较高则应采用提高反冲洗流速。对于已污染较重的KDF滤料,通常用盐酸清洗。清洗步骤为:将浓盐酸溶解于水中制得稀酸液,使pH值不低于2.5,将稀酸液倒入KDF介质床上直至稀酸浸过介质床,然后持续进行反冲洗。3.5滤层膨胀率控制滤层的膨胀率对反冲洗的效果影响很大,膨胀率过小,下层滤料悬浮不起来,过大则会使上层滤料流失。滤层膨胀率一般控制在10%~15%,膨胀空间则采用20%。饮用水pH值限制在6.5~8.5,非饮用水控制在5.5~8.5。4对原水及重金属的预处理和污水处理,尤其是kf滤料KDF滤料在控制污染物质浓度较低的水中有非常明显的效果,但也存在一些问题应当引起关注。(1)KDF滤料应采用流化床形式,并应控制好膨胀率