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第二章、混凝 第一节、混凝机理 一、水中胶体稳定性 常规处理工艺中主要去除对象是悬浮物和胶体，而重点是去除胶体。水中的胶体颗粒可分成憎水的和亲水的两大类。 憎水胶体指与水分子间缺乏亲和性的胶体。如水中粘土以及投加的无机混凝剂所形成的胶体等无机物质。 亲水胶体指与水分子能结合的胶体。如蛋白质、淀粉、细菌、部分藻类及胶质等有机物质则属于亲水胶体。 胶体颗粒在水中长时间保持分散状态的性质称为胶体的稳定性。对于憎水的胶体，其稳定性可以通过它的双电层结构来说明；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它所吸附的大量水分子所构成的水化膜来说明。 1、胶体的表面电性及双电层结构 天然水中胶体杂质通常带负电荷，由于胶核表面吸附了水中与其电荷符号相反的离子（反离子）且电荷相等，故整个胶体（胶团）在水中表现为电中性。其双电层结构如图2－1所示（以粘土为例）。 图2－1 胶体双电层结构 双电层一般包括内层和外层两部分： 内层为Stern吸附层，即紧靠胶核表面被吸附较紧密的一层反离子，厚度为δ； 外层为离子扩散层，即吸附层外围的反离子层，厚度为d。 吸附层与扩散层之间的分界面称为滑动面。 胶核表面电位为总电位，以 表示，胶体滑动面上的电位为动电位，即Zeta电位，以ζ表示。胶体在运动过程中表现出来的是ζ电位，而不是 电位。各种杂质的ζ电位是不相同的，ζ电位可用电泳法来测定。 2、胶体稳定性 胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分为： 动力学稳定性：指胶粒由于布朗运动而无法下沉的特性； 聚集稳定性：指由于静电斥力或水化作用所引起的使胶粒之间保持分散稳定状态的特性。 所以，综合起来说，胶体颗粒在水中处于稳定状态的主要原因是：颗粒的布朗运动、胶体颗粒间的静电斥力、胶体颗粒表面的水化作用。 （1）布朗运动 布朗运动指胶粒在水中作无规则的高速运动并趋于均匀分散状态。 布朗运动的平均位移为： （2-1） 由上式可知，布朗运动的平均位移与颗粒半径成反比。颗粒半径越小，布朗运动的摆动幅度越大，反之颗粒半径越大，摆动幅度越小。当粒径大于5 时，布朗运动基本上已经消失。 （2）静电斥力 胶体在运动过程中，其滑动面上表现出ζ电位。对憎水性胶体而言，两胶粒之间相互排斥不能聚集主要是由ζ电位引起的，ζ电位越高，两胶粒之间静电斥力越大，则两胶粒越不容易相互接触凝聚。 在研究静电斥力的影响时，通常从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系来进行讨论。苏联的德加根（Derjaguin）、兰道（Landon）和荷兰的伏维（Verwey）、奥伏贝克（Overbeek）各自从胶粒之间相互作用能的角度阐明胶粒相互作用理论，简称DLVO理论。 DLVO理论的理论要点如下： ①当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，便产生了静电斥力（如图2－2）。静电斥力与两胶粒表面间距x有关，用排斥势能ER表示，当x＜r时，则有： （2-2） 由公式（2－2）可知，当x＝0时，ER有极大值，ER＝0.35εrφ2。随着x增大，ER按指数函数急剧减小（见图2－3）。 图2－2 双电层重叠 图2－3 胶体相互作用势能曲线 ②相互接近的两胶粒之间还存在范德华引力，范德华引力也与颗粒表面间距x有关，用吸引势能EA表示。 （2-3） 式中，l ——两胶粒中心间距，l＝x＋2r。 当x很小时，EA可近似计算为： （2－4） 由公式（2－3）和（2－4）可知，吸引势能与间距x成反比关系。 ③将排斥势能ER与吸