KDF、活性碳、超滤介绍

“超能芯”介绍净来“超能芯”是净来牌净水机各系列产品核心技术的总称，它包含了现今净来公司掌握的各项先进的水处理技术：KDF、GAC、UF、RO等以及与之相关的各种控制系统。

它是净来公司“家庭饮用水五星净化中心”的核心驱动器，为实现家庭饮用水净化中心的超能化运行，保证整个系统的高标准运作提供动力和保障，它是一个包容性的概念，今后净来掌握的一切先进水处理技术都将丰富超能芯的内涵。

“超能芯”一：KDF铜锌合金滤料一、什么是KDF KDF是一种高纯度的铜锌合金，是美国Don HesKett博士在1984年发明的一种新型的水过滤介质。

其净水原理是利用氧化还原反应，KDF介质与污染物进行电子交换，把许多污染物质变成无害物质。

KDF颗粒在去除水中氯和水溶性重金属方面更有效。

能有效去除水中氯、有机化合物、重金属、防止致癌物质三卤甲烷的产生，产水安全、可直接生饮。

二、KDF的作用及作用机理KDF是高纯度的铜/锌合金颗粒，它通过微电化学氧化-还原反应（Redox）进行水处理工作，在与水接触时，合金中的两种金属在亚微观尺度上构成无数小的原电池系统，这种材料在水中具有强大的反应能力和极快的反应速度，可以清除水中高达99%的氯和水中溶解的铅、汞、镍、铬等金属离子和化合物。

对抑制细菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。

被用于预处理、主处理与废水处理设备。

KDF完善或取代现有技术，可大辐度延长了系统寿命，减少了重金属、微生物、污垢，降低了总费用，减化系统维护。

(1) 去除强氧化剂(余氯) KDF具有强大的还原能力，能去除水中的各种强氧化剂，对余氯特别有效。

KDF是由铜、锌二种不同的金属组成的，与水接触时，合金中电位正的铜成为阴极，而电位负的锌是阳极，构成原电池。

锌阳极在反应中失去了电子，生成锌离子进入溶液，铜阴极上发生游离氯的还原反应，而不会发生金属铜的溶解，水和余氯成为最后的电子接受者，同时生成氢离子、氢氧根离子和氯离子总反应式如下： Zn＋HClO＋H2O ＋2e Zn2＋＋Cl－＋H＋＋2OH- 水中其他的氧化剂，如臭氧、溴、碘等与KDF接触后也能发生类似的氧化还原反应。

(2) 去除重金属 KDF处理介质可以去除水中的多种重金属离子，如铅、汞、铜、镍、镉、砷、锑、铝和其他许多可溶性重金属离子，它们的去除是通过置换反应和物理和化学吸附反应来完成的。

KDF去除重金属离子的机理如下：金属离子吸附于KDF处理介质的表面并与KDF中的锌发生置换反应，生成的金属或吸附在KDF表面，或进入KDF晶格中，从而使有毒重金属污染物结合在KDF上。

例如，水中溶解的铅离子还原成不溶性的铅原子，并吸附于KDF介质的表面,汞离子与KDF也发生类似的反应，X射线衍射研究发现汞的去除是形成了铜－汞合金。

KDF处理重金属离子的化学反应式如下： Zn/Cu/Zn+Pb2+ →Zn/Cu/Pb+Zn2+ Zn/Cu/Zn+Hg2+→Zn/Cu/Hg+Zn2+ 金属离子在水的PH升高时水解形成金属氢氧化物沉淀，也能去除金属离子。

(3) 去除硫化氢在应用膜法进行水处理时，如果选用地下水作水源，水中可能存在硫化氢，硫化氢如被氧化成硫磺就会污染滤膜表面，KDF过滤介质有去除硫化氢的功能，生成的硫化铜不溶于水，可在KDF介质反冲洗时去除。

(4) 减少悬浮固体 KDF处理介质的颗粒平均尺寸大约为60目，最小的颗粒约110目，也能起到物理过滤去除悬浮物质的作用，通常KDF过滤介质能够有效地去除直径小于至50μm的颗粒。

由钢铁材料制成的输水管件腐蚀时，铁氧化形成FeO胶体，FeO与KDF接触，也可以发生氧化还原反应，FeO最终形成Fe2O3固体沉淀在KDF表面，可用反冲洗方法将它们去除，化学反应式如下： Zn + FeO ＝ ZnO + Fe 2Fe + 3O2＝2Fe2O3(5) 减少矿物质结垢 KDF处理介质对碳酸钙垢的作用有两上方面。

①一方面，根据PH、二氧化碳浓度和碳酸钙溶解度之间的关系，当二氧化碳从溶液中除去时，PH值升高，因而使碳酸钙的溶解度降低。

KDF通过电化学反应也使水的PH值升高，降低碳酸钙的溶解度，结果使碳酸钙垢容易析出。

②另一方面，由于KDF处理介质中锌离子的溶出，水中的锌离子含量有所增加，水中锌离子的存在能改变垢的晶体生长机理，使水中的碳酸钙垢以文石的结晶形态产生沉淀，在容器的器壁上形成软垢，而不是结晶为方解石型的硬垢。

曾有人研究过水中杂质存在对方解石结晶生长的影响，研究发现，即使锌离子的浓度很低时，也能阻止方解石结晶的形成。

通过试验可以进一步证明，KDF处理介质防止矿物硬垢的形成和积累，主要是阻止方解石形态碳酸钙的结晶。

采用扫描电子显微镜和X射线衍射进行结晶学研究证明，未经KDF 处理的水中产生的硬垢是一些相对大的、具有规则形态的针状钙盐和镁盐的结晶，这些盐类质地坚硬、溶解度低、具有网状结构，是玻璃石灰石垢，经过KDF处理介质的水中结成的垢，从根本上改变了碳酸钙（镁）结晶的形态，垢形相对变小，外观平坦呈圆形、颗粒形和棒形，都是由不坚硬的粉状成分组成的，这些成分不会粘附于金属、塑料或陶瓷的表面，很容易用物理过滤方法将它们除去。

(6) 抑制微生物繁殖 KDF处理介质不是通过一种机理、而是几种机理控制微生物的生长繁殖，通过每一种的单独作用或协同作用来达到抑制微生物的作用。

主要机理包括：氧化还原电位的变化，氢氧根离子和过氧化氢的形成，介质中锌的溶出等。

在一般情况下，KDF处理介质作为反渗透膜的预处理手段时，能够抑制细菌、藻类等微生物的繁殖，从而防止了微生物对膜的破坏。

①氧化还原电位的变化水通过KDF处理介质时，其氧化还原电位从＋200mV 变化到－500mV，在一般情况下，各种类型的微生物只能在特定的氧化还原电位下生长，电位的大幅度变化，能破坏细菌的细胞，从而控制了微生物的生长。

但是，水的氧化还原电位变化很小，用KDF控制细菌，必须使细菌与KDF直接接触，KDF对细菌的抑制作用主要发生于KDF与水接触面上，所以仅靠氧化还原电位的变化并不能完全控制微生物。

②氢氧根离子和过氧化氢在KDF将二价铁氧化到三价铁的过程中会产生氢氧根离子和过氧化氢，这就可以抑制那些在低氧化电位时尚能存活，但对氢离子和过氧化氢敏感的微生物，但是氢氧根离子和过氧化氢的寿命短，只是在过滤过程中具有高的反应活性，对微生物的抑制效果比较明显，在流出水中的残余效应比较小。

③锌离子对微生物的控制 KDF处理介质中释放出来的锌对微生物有明显的控制作用，锌能阻止酶的合成，从而影响有机体的正常生长，达到抑制微生物繁殖的目的.另外，KDF介质通过阻止叶绿素合成而控制藻类生长，锌离子的存在从本质上降低了有机体从光合作用生产食物的能力，这将显著影响细菌的生长。

三、KDF的可应用范围 KDF可广泛应用于预处理、主处理与废水处理设备中。

它们多与活性碳颗粒过滤器，碳块或管内过滤器共同使用，也可单独使用。

用KDF介质进行水的预处理是一种简单、低耗的方法。

对于微滤、超滤、反渗透膜、离子交换树脂、颗粒状活性碳，KDF介质能够保护这些昂贵易损的水处理组件不受氯、微生物、结垢影响。

此外，KDF介质能去除高达98%的重金属，如Pb、Cd、Ce、Ag、Ar、Al、Se、Cu、Hg，另外，借助沉淀在KDF介质上发生的氧化还原反应还可以降低水中碳酸盐、硝酸盐和硫酸盐。

影响膜分离工艺效率的主要问题是各种污染物在膜表面的沉积，造成膜表面孔的堵塞，这已是无可争议的事实。

KDF介质与微滤、超滤、反渗透膜、离子交换树脂、颗粒状活性碳相比，在提高水处理效率和持续保持高效方面具有更多的优势，消耗更低。

1、除市政饮用水中的余氯 KDF处理介质正日益被用来替代或与活性碳过滤器联合使用，去除市政自来水中的余氯（可高达99%），其主要特点是使用寿命长。

进行KDF 介质预处理可延长颗粒活性炭的使用寿命，并保护活性炭层（床）免受细菌污染。

使碳的去污能力提升到原来的15倍，并且KDF使更小型的碳过滤器的使用成为可能，从而降低了使用成本。

2、护反渗透装置反渗透膜很容易受氯腐蚀。

KDF介质可代替活性炭处理以保护反渗透（RO）免受氯气、细菌污染。

活性炭过滤器也可有效地去除余氯，但是由于活性炭在高氯水中会很快吸附饱和，所以在操作时必须严格控制水中氯气的浓度，而且活性炭过滤床容易孳生细菌。

KDF处理介质除氯率高。

有抑制微生物繁殖的作用，因而可为反渗透膜提供了稳定、长期的保护。

3、制冷却水中细菌及藻类的繁殖、减少结垢冷却塔及水冷式热交换器中的水常被加温并曝于空气——因而成为细菌、藻类繁殖的绝好温床（例如LEGIONELLA（军团菌）可得自冷却塔）。

传统化学方法通过投加药剂控制冷却塔中藻类及细菌生长、其费用昂贵，后续污水处理成本也高。

KDF处理介质处理冷却水成本低，可有效控制藻类及细菌生长，不使用对环境有害的化学物质。

另外，经KDF介质处理后的水可减少硬水垢的生成。

4、 DF处理介质与其它净水系统 KDF介质可以控制颗粒活性碳层或活性碳滤芯内细菌、藻类和繁殖。

当活性碳与KDF处理介质一起使用时，活性碳去除有机杂质及余氯的能力增强。

KDF处理介质也可以代替渗银活性炭。

从而降低成本。

也避免了渗银活性炭银的毒性造成的潜在危险。

5、除有害重金属及其他可溶性重金属离子 KDF介质，可单独用来从水中除去铅、汞、砷等有害重金属以达到满足饮用水的要求。

以除砷为例，美国《水工业》杂志1994年第4期报导，当进水含砷量为5mg/l，KDF过滤处理后水中含砷量为0.01mg/l，去除率达99.7%。

在应用KDF除砷时，毋须投加药剂，所需设备也较简单，仅需配备一台KDF过滤器，处理过程也十分迅速，其过滤速度是一般采用石英砂的机械过滤器的三倍，因而设备占地面积也较小。

四、KDF的其他优点1、KDF处理介质的高寿命所有的水处理介质都具有一个有效期。

硅砂（SiO2）无疑是寿命最长的过滤介质，其次就是使用KDF处理介质。

有两种情况会降低KDF的使用寿命，每一种都有很长的时间。

第一种是水中余氯的含量比锌的溶解量要大得多时，余氯浓度为0.55ppm的市政自来水通过KDF仅产生0.25ppm的锌，除去10ppm的氯，其锌的含量也不会超标。

第二种是KDF的物理降解，如腐蚀、磨擦或消耗，但是物理作用对KDF使用寿命影响很小，据保守估计使用寿命在10年以上。

2、提供高质量家庭用水天然无毒的高纯铜锌合金KDF减少了饮用水与其它家庭用水中的细菌、重金属、氯及其它有害成份，使用户看不到氯的影响，如片状皮肤干燥、头发粗糙、浴缸蓬头中的青苔、绿藻的减少，从而得到口感更好，杂味更少的水质。

五、总结 KDF已经在国外水处理行业中得到普遍使用，但国内企业应用较少，KDF在我公司自有产品中使用，有良好的使用效果，从国内外用户反馈来看，也达到了国外同类产品的水平。