地表水的消毒处理

图2．4　相互作用势能与颗粒间距离关系

③范德华引力产生的势能与微粒间距有关。

可以从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系进行分析，当两个胶粒相互接近至双电层发生重叠时（图2．4（a）），就会产生静电斥力。相互接近的两胶粒能否凝聚，取决于由静电斥力产生的排斥势能量ER和由范德华引力产生的吸引势能EA，二者相加即为总势能E。ER与EA均与两胶粒表面间距x有关，如图2．4（b）所示。

从图2．4可知，两胶粒表面间距x＝oa～oc时，排斥势能占优势。x＝ob时，排斥势能最大，用Emax表示，称排斥能峰。

当x＜oa或x＞oc时，吸引势能均占优势。x＞oc时，虽然两胶粒表现出相互吸引趋势，但存在着排斥能峰这一屏障，两胶粒仍无法靠近。只有当x＜oa时，吸引势能随间距减小急剧增大，凝聚才会发生。

要使两胶粒表面间距小于oa，布朗运动的动能首先要能克服排斥能峰Emax才行。然而，胶粒布朗运动的动能远小于Emax，两胶粒之间距离无法靠近到oa以内，故胶体处于分散稳定状态。

（2）亲水胶体的聚集稳定性

亲水胶体指与水分子能结合的胶体，胶体微粒直接吸附水分子、有机胶体或高分子物质，如蛋白质、淀粉及胶质等属于亲水胶体。

水化作用是亲水胶体聚集稳定性的主要原因。亲水胶体的水化作用往往来源于粒子表面极性基团对水分子的强烈吸附，使粒子周围包裹一层较厚的水化膜，阻碍胶体微粒相互靠近，范德华引力不能发挥作用。水化膜越厚，胶体稳定性越好。

亲水胶体的一个最突出的性质是，它们能够在吸水自动分散形成胶体溶液后，又可脱水恢复成原来的物质，并再重新分散于水中产生胶体。因此，亲水胶体也称为可逆的胶体。

对于亲水胶体，虽然也具有一种双电层结构，但它的稳定主要由其所吸附的大量水分子所构成的水壳来说明，亲水胶体保持分散的能力，即它的稳定性比憎水胶体高。

2．1．2　混凝机理

混凝是指水中胶体颗粒及微小悬浮物的聚集过程，它是凝聚和絮凝的总称。凝聚（Coagulation），是指水中胶体被压缩双电层而失去稳定性的过程；絮凝（Flocculation），是指脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程。凝聚是瞬时的，而絮凝则需要一定的时间才能完成，二者在一般情况下不好截然分开。因此，把能起凝聚和絮凝作用的药剂统称为混凝剂。

水处理工程中的混凝现象比较复杂。不同种类混凝剂以及不同的水质条件，混凝机理都有所不同。混凝的目的是为了使胶体颗粒能够通过碰撞而彼此聚集。实现这一目的，就要消除或降低胶体颗粒的稳定因素，使其失去稳定性。

胶体颗粒的脱稳可分为两种情况：一种是通过混凝剂的作用，使胶体颗粒本身的双电层结构发生变化，致使ξ电位降低或消失，达到胶体稳定性破坏的目的；另一种就是胶体颗粒的双电层结构未有多大变化，而主要是通过混凝剂的媒介作用，使颗粒彼此聚集。

目前普遍用4种机理来定性描述水的混凝现象。

1）压缩双电层作用机理

对于憎水胶体，要使胶粒通过布朗运动相互碰撞而结成大颗粒，必须降低或消除排斥能峰才能实现。降低排斥能峰的办法是降低或消除胶粒的ξ电位。在胶体系统中，加入电解质可降低ξ电位。

根据胶体双电层结构，决定了颗粒表面处反离子浓度最大。胶体颗粒所吸附的反离子浓度与距颗粒表面的距离成反比，随着与颗粒表面的距离增大，反离子浓度逐渐降低，直至与溶液中离子浓度相等，如图2．5所示。

当向溶液中投加电解质盐类时，溶液中反离子浓度增高，胶体颗粒能较多地吸引溶液中的反离子，使扩散层的厚度减小。图2．5中扩散层的厚度将从图中的oa减小至ob。