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KDF金属滤料在水处理中的应用

  德甲直播吧( 1. 南京工业大学 城市建设与安全环境学院 ,江苏 南京 210009; 2. 南京信息工程大学 环境工程系 ,江苏 南京 210044 )

  摘 : KDF是一种新型的水处理材料 ,由铜 、 要 锌两种金属按一定的比例组合而成 ,具有多种水处理功能 。介绍了

  KDF降解机理 ,及其在去除水中苯酚 、 致突变物 、 反渗透预处理系统等方面的研究进展 ,并对 KDF 过滤器在设计和

  合金水处理材料 ,由 Don Heskett 教授 1984 年发明 , 并通过了美国国家卫生基金会 ( NSF ) 、 质协 会 水 [1] (WQA ) 等机构的认证 。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 [ 1, 2 ] 得了令人瞩目的成就 。美国佛罗里达州好莱坞有 一 100 t/ 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

  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 。

  位为 - 0176 V , 铜为 0134 V , 两者间净电位差为 料时水的电势发生急剧变化 ,达到 700 mV。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 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 。 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

  质进行电子交换时 ,把许多污染物质变为无害物质 。 水中锌离子的存在 , 有助于水质的处理 。 KDF

  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 。

  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 。

  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 0125 mg /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 8 mg /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. 2 在反渗透预处理系统中的研究

  北京工业大学吕亚文等 采用直径 15 mm 的 玻璃管 、 滤床高度为 6315 cm 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

  ( 4 )阻垢效能 实验用高硬度的 M gC l2 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 去除水中致突变物 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 C l2 消毒后形成的三致物质 (致诱 、 致畸 、 致癌 )及其前驱物 ( THM FP ) , 更是常规处理方法难 [ 12 ~14 ] 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 。 [ 15 ] 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 。 214 对铅 、 汞的去除 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 0103 m g /L 以上的水 [ 16, 17 ] [ 18 ] 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 99146% ; 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

  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 。 217 对水的消毒

  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 100 gKDF 滤料置于玻璃管内 , 滤柱高 20 cm , 滤 3 3 床体 积 38 cm , 滤 料 密 度 2163 g / cm , 流 速 014 L /m in,采用大肠杆菌总数 、 细菌总数和耗氧量 3 个 指标 。 冲洗等问题 。 3. 1 过滤器的流速 过滤的流速是实验的关键参数 , 同济大学张寿 [ 23 ] 恺教授 对于 KDF55 推 荐 采 用 72 m / h, 而 对 于 KDF85 则采用 36 m / 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 。 [ 11 ] 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 ~10 μg / g 的 范围内 ,滤速可达 96 m / 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 [8] 人 用 KDF55 对苯酚的去除实验中 ,苯酚质量浓度 为 11147 m g /L 时 , 滤速由 1516 m / h 提高到 3112 m / h,去除率则由 2113%降为 0; 而流速设定为 1516 可见对苯酚废水应根据水中苯酚的质量浓度确定滤

  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 01043 3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 。 [ 22 ] 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、 、 、 、 h 15 24 48 72 及 1 周的时间后的水质 。发现水中 pH 值由 6178 上升到一周后的 713,浊度在 72 h 内能基本控制在

  速 ,质量浓度增加 ,应降低滤速 。 3. 2 滤床深度 当容器直径为 150 mm 时 , 滤床深度不应小于 250 mm ,随着容器直径的增加 , 相应的床深亦应增 加 ,直径每增加 25 mm , 床深亦应增加 25 mm , 直到 床深增加到 625 mm 后便不能再增加 。 3. 3 KDF的用量 KDF的用量用以下公式计算 : 2 G = л / 4 ・h ・ r d 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 , 2 740 3 kg /m 。 3. 4 反冲洗 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 10 m in, 然后静化漂 洗 3 m in。 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 215, 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 其它参数 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 615 ~815, 非 饮用水控制在 515 ~815。

  处理效果 。 ( 3 ) KDF 对 pH 值要求高 、 滤料的反冲洗等问题 对过滤器的使用提出了要求 , 应用自动控制以便操 作。

  染 ,还能对重金属进行回收 ,是重金属及其它有毒有 害废水处理的一个新趋势 。它将在超纯水的制备 、 反渗透预处理和重金属去除等方面发挥更大作用 , 还会在中水的深度处理 、 微型水处理设备等领域得 到新的应用 。 参考文献 :

  [ 14 ] 李圭白 ,马 . 用高锰酸钾去除和控制受污染水源水中的 军

  [ 16 ] ,余 ,刘 . 高锰酸钾预处理去除饮用水中微理 马 军 敏 伟

  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 ,避免滤料被沉积物粘连而堵塞滤床 。 ( 2 )只能处理低浓度原水 , 当原水含氯量较高 [ 24 ] 时 ,出水有含锌量超标的现象 , 在对高浓度的废 水处理之前 ,应进行预处理 ,降低浓度以达到满意的