地表水的混凝处理

水中悬浮杂质一般可以通过自然沉淀的方法去除，如大颗粒悬浮物可在重力作用下沉降；而细微颗粒包括悬浮物和胶体颗粒的自然沉降极其缓慢，在停留时间有限的水处理构筑物内不可能沉降下来。这类颗粒的去除有赖于破坏其胶体的稳定性，如加入混凝剂，使颗粒相互聚结形成容易去除的大絮凝体，再通过沉淀的方法得以去除。

2．1．1　胶体及其稳定性

1）胶体

分散体系是指由两种以上的物质混合在一起而组成的体系，其中被分散的物质称分散相，在分散相周围连续的物质称分散介质。水处理工程所研究的分散体系中，颗粒尺寸为1nm～0．1μm的称为胶体溶液，颗粒大于0．1μm的称为悬浮液。分散相是指那些微小悬浮物和胶体颗粒，它们可以使光散射造成水的浑浊，分散介质就是水。

（1）胶体的特性

①光学性质。胶体颗粒尺寸微小，一般由一个大分子或多个分子组成，可以透过普通滤纸，在水中能引起光的散射。

②布朗运动。由于水分子的热运动撞击胶体颗粒而发生的胶体颗粒的不规则运动，称为布朗运动，它是胶体颗粒不能自然沉降的原因之一。

③胶体的表面性能。胶体颗粒比较微小，其比表面积（即单位体积的表面积）较大，所以具有较大的表面自由能，产生特殊的吸附能力和溶解现象。

④电泳现象。胶体颗粒在外加电场的作用下能够发生运动，说明胶体带电。这种移动现象，称为电泳。在一个U形管中放入某种胶体溶液，两端插入电极并通电，可以发现胶体颗粒向某一电极移动。当胶体颗粒为黏土、细菌、蛋白质时，运动方向朝向阳极，说明这类胶体颗粒带负电；当水中胶体颗粒为氢氧化铝时，运动方向朝向阴极，说明带正电。

⑤电渗现象。液体在电场作用下可以透过多孔性材料的现象，称为电渗。在电泳现象中，也可以认为有部分液体渗透过胶体颗粒之间的孔隙移向相反的电极，带有负电的胶体颗粒在阳极附近浓集时，在阴极处的液面同时会出现升高的现象。

电泳和电渗都是在外加电场作用下引起的，胶体溶液系统内固液两相之间产生的相对移动现象，统称为动电现象。

（2）胶体的结构

通过对胶体结构的研究，可以清楚地了解胶体的带电现象和使胶体脱稳的途径。

胶体分子聚合而成的胶体颗粒称为胶核，胶核表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电。由于静电引力的作用，溶液中的异号离子（反离子）就会被吸引到胶体颗粒周围。这些异号离子会同时受到两种力的作用而形成双电层。双电层是指胶体颗粒表面所吸附的阴阳离子层。

①胶体颗粒表面离子的静电引力。它吸引异号离子靠近胶体颗粒的固体表面的电位形成离子，这部分反离子紧附在固体表面，随着颗粒一起移动，称为束缚反离子，与电位形成离子组成吸附层。

②颗粒的布朗运动、颗粒表面的水化作用力。异号离子本身热运动的扩散作用力及液体对这些异号离子的水化作用力可以使没有贴近固体表面的异号离子均匀分散到水中去。这部分离子受静电引力的作用相对较小，当胶体颗粒运动时，与固体表面脱开，而与液体一起运动，它们包围着吸附层形成扩散层，称为自由反离子。

图2．1　胶团结构式

上述两种力的作用结果，使贴近固体表面处的这些异号离子浓度最大，随着与固体表面距离的增加，浓度逐渐变小，直到等于溶液中的离子平均浓度。

通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒，胶粒与扩散层组成胶团。胶团的结构式如图2．1所示。