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銅鋅合金

KDF發展史
19世紀60年代中期,DON HESKETT作為MORTON鹽公司的顧問,推動了新的活性碳過濾技術的發展。1972年,DON與BILL STEGER研究出最初的非電子的水軟化器雛型,應用於水處理工業。這兩項發展均具有創新性、走在時代前沿。

1984年,DON又有新的發現。在一次用水泥做碳膠過濾器時,DON偶然發現銅梓合金可以對氯產生巨大作用。早上4點,他用黃銅圓珠筆攪拌一些化學品,其中有氯的成份。當他注意到氯存在的紅色逐漸消失時,他產生了極大的好奇心。第二天,他用不同的化學品與各種銅鋅合金進行實驗,直到他偶然發現的實驗現象不斷重覆出現。他發現的電化學氧化還原過程就是眾所皆知的『REDOX』,在氧化還原過程中氯被還原。

DON不僅發現了從水中去除氯的新反應,還開闢了水處理的新紀元。DON發明的新方法,即用金屬去除水中的重金屬與氯是和傳統的通過離子交換去除水中金屬的思路背道而馳的。他很快地將他的發明產業化,三年中他得到了許多該方面的專利。他還授權美國ZINC公司生產KDF處理介質。通過他的游說,面對面的交流,加上許多成功的水處理範例,使水處理工業逐漸認可了其『發明』的重要性與實用性。通過媒體廣告與市場營銷,開闢了許多新的應用領域,產品銷量也穩定提高,生意逐漸擴大。

1991年,美國環境保護署(USEPA)關閉了KDF液體處理公司- -直到DON HEDKETT向USEPA證實了KDF用於活性碳過濾設備中具有明顯的抑菌效果,USEPA才將廣受歡迎的KDF處理介質定為『微生物抑制裝置』。

1992年,KDF85與KDF55處理介質通過了美國國家衛生基金會(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聯盟成員10後,美國水質協會(WQA)把KDF水處理介質列入其GLOSSARY OF TEAMS AND RESIDENTIAL WATER PROCESSING,同一年,KDF55處理介質通過國國家標準化組織(ANSI)和NSF的飲用水42項標準。

1. 適用範圍:適用於氯氣處理過的自來水。包括居民(家用)、商業、學校、公用事業及輕工業、建築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)範圍內。

2. 什麼是KDF55處理介質:KDF處理介質是一種獨一無二的、新穎的,符合環保要求的水處理介質。是目前較為理想的水處理方法。KDF55的處理介質為高純銅/鋅合金,通過電化學氧化-還原(電子轉移)反應有效地減少或除去水中的氯和重金屬,並抑制水中微生物的生長繁殖。KDF55處理介質滿足美國環境保護署(EPA),聯邦藥物管理局(FDA)、水質協會(WQA)和國家衛生基金會(NSF)關於飲用水中最高鋅和銅含量的標準的要求,如KDF處理介質能去除水中濃度為10ppm的氯,但仍能滿足EPA關於飲用水中最高允許含鋅量的規定。

3. KDF55處理介質的作用及機理:KDF處理水的原理是利用氧化還原反應,KDF與水中氧化性有害物質進行電子交換,把許多有害物質變為無害物質。

3.1使用壽命長,可重覆循環使用。

3.2減少礦物結垢:KDF處理介質對碳酸鈣垢的作用有二個方面。
一方面:根據PH、二氧化碳濃度和碳酸鈣溶解度之間的關係,當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通過電化學反應也使水的PH值升高,降低碳酸鈣的溶解度,結果使碳酸鈣垢容易析出。

另一方面:由於KDF處理介質中鋅離子的溶出,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晶形態產生沉澱,在容器的器壁上形成軟垢,而不是結晶為方解石型的硬垢。曾有人研究過水中雜質存在對方解石結晶生長的影響,研究發現,即使鋅離子的濃度很低時,也能阻止方解石結晶的形成。

通過試驗可以進一步證明,KDF處理介質防止礦物硬垢的形成和積累,主要是阻止方解石形態碳酸鈣的結晶。采用掃描電子顯微鏡和X射線進行實驗證明,不經KDF處理的水中產生的硬垢是一些相對大的、具有規形態的針狀鈣鹽和鎂鹽的結晶,這些鹽類質地堅硬、溶解度低、具有網狀結構,是玻璃石灰石垢。經過KDF處理介質的水中結成的垢,從根本上改變了碳酸鈣(鎂)結晶的形態,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,這些成分不會粘附於金屬、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的作用,通常KDF55過濾介質能夠有效地去除直徑小至50μm的顆粒。由鋼鐵材料製成的輸水管件腐蝕時,鐵氧化形成Fe0與KDF接觸,也可以發生氧化還原反應,Fe0最終形成Fe203固體沉澱在KDF表面,可用反沖洗方法將它們去除,化學反應式如下:

2Cu+Fe0 → Cu20+Fe

4Fe+302 → 2Fe203

3.4去除氧化劑(餘氯): KDF55能去除水中的氧化劑例如餘氯。該作用是通過電化學氧化還原反應完成的。氧化還原反應的發生是因為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。在陰極發生還原反應,陽極發生氧化反應。鋅陽極在反應中失去了電子,鋅離子成為犧牲者進入溶液,銅陰極上發生游離氯的還原反應,而不會發生金屬銅的溶解,水和余氯成為最後的電子接受者,同時生成氫離子、氫氧根離子和氯離子,總反應式如下:

Zn + HOC1 + H20 +2e ←→ Zn2+ + C1- + H++ 20H-

水中其他的氧化劑,如臭氧、溴、碘等與KDF55接觸後也能進行氧化還原反應。

3.5抑制微生物的繁殖:美國環境保護署將KDF55處理介質作為一種微生物抑制劑,說明該處理介質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處理介質不是通過一種機理、而是几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,介質中鋅的溶出等。在一般情況下,KDF55處理介作為反滲透膜的預處理手段時,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處理介質時,其氧化還原電位從+200Mv變化到 –500mV,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生於KDF-水接觸面上,所以僅靠氧化還原電位的變化並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聖母大學在研究KDF處理介質降低水中鐵離子濃度時發現,在KDF將二價鐵氧化到三價鐵的過程中會產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活性,對微生物的抑制效果比較明顯,在流出水中的殘餘效應比較小。

3.5.3鋅離子對微生物的控制:KDF處理介質中釋放出來的鋅對微生物有明顯的控制作用。KDF55介質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上降低了有機體從光合作用生產食物的能力,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處理介質可以去除水中的重金屬離子,例如:鉛、汞、銅、鎳、熥、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氧化還原反應和催化作用完成的。KDF55去除重金屬離子的機理如下:金屬離子鍍覆於KDF處理介質的表面或進入KDF晶格中,從而使有毒重金屬污染物結會在KDF上。例如:水中溶解的鉛離子還原成不溶性的鉛原子,並鍍覆於KDF介質的表面;X射線衍射研究發現汞的去除是形成了銅-汞合金。KDF處理重金屬離子的化學反應式如下:

Zn/Cu/Zn + Pb(NO3)2 → Zn/Cu/Pb + Zn(NO3)2

Zn/Cu/Zn +HgC12 → Zn/Cu/Hg + ZnC12
金屬離子在水的PH升高時水解形成金屬氫氧化物沉澱,也能去除金屬離子。

3.7去除硫化氫:在應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過濾介質有去除硫化氫的功能,生成的硫化銅不溶於水,可在KDF55介質反沖洗時去除,化學反應式如下:

Cu/Zn + H2S → Cu/Zn + CuS + H2

2H2 +02 → 2H20

           
 

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