第二章 文獻回顧
2.4 影響顆粒界達電位的因素
水中顆粒的界達電位受許多水質條件，如溫度、pH 值、離子強度、
電解質種類及濃度影響(Ntalikwa et al., 2001)，但討論最為廣泛的因素為pH 值及離子強度。
2.4.1 pH 值
pH 對無機氧化物顆粒之 ζ 值的影響已經被證實(Elimelech et al., 2006)；通 常水中 pH 值越低，顆粒表面的 ζ 會越偏向正值，而越高的 pH 值則 會促使 ζ 值偏負，主要原因為酸性環境下水中所含的 H+離子較多，
能與膠體表面的氫氧根離子作用，減少顆粒表面的負電荷所致(Vergouw et al., 1998)
。
Hsu & Huang (2002)指出，除了無機的膠體粒子之外，微生物如 Giardia 及 Cryptosporidium 的表面在中性 pH 時，也帶有強烈的負電
荷，其表面電荷主要受pH 影響，pH 值降低則 ζ 值會趨向零；在混凝 加藥過程中可藉由增加 H+濃度或含正電荷的電解質鹽類，促使其 ζ 趨向零，減少斥力，此方式有助於去除微生物，其機制與濁度雷同。
Wu et al. (2007)提出，使用傳統的鋁鹽混凝劑及含有大量 Alb 的 PACl，對含二氧化矽的人工原水進行試驗。結果顯示，原水加入 PACl 後在 pH 為 10.2 時會達到 IEP，而加入傳統鋁鹽要達到 IEP 的 pH 為 8.5；以 PACl 當混凝劑時，ζ 值在酸性範圍內隨著 pH 值增加而升高，
達到 pH 6.5 時為最高值，之後 pH 值持續增加，但已進入鹼性範圍，
ζ 值會保持下降的趨勢。然而，以 PACl 當混凝劑時的最佳加藥量發 生在IEP 之前，推測此時是因為混凝劑量少，加上水體系統還在鹼性 範圍內，所以發生了電性補釘的機制，也可能同時產生了架橋作用，
才會導致最低的殘餘濁度。
Sansalone & Kim (2008)指出，隨著 PACl 混凝劑的增加，顆粒表面 的負電荷會因水解鋁所產生的吸附-電性中和作用而減弱，使原本為 負的ζ 值趨正，其實驗結果顯示最適加藥量發生在 IEP 之前，主要原 因為ζ 值達到 IEP 時的 pH 值過低，可能釋放過多 H+離子，使顆粒發 生電性逆轉，或是此時溶液中產生之水質條件不利於混凝劑的最佳解 離狀態；歸納其結論為：形成最佳加藥量之混凝機制主要是由沉澱掃 除所形成的，而加藥後達到最適加藥量的pH 範圍為 6.8 至 8.3。
Lin et al. (2008)也指出，pH 除了影響顆粒的 ζ 值之外，也會影響 PACl 水解後產生的鋁物種，進而主導不同的混凝機制，使混凝效率 產生差異。以上的研究顯示，即使在不同的原水條件下，ζ 值與水質 參數的變化是有一致性的，只是變化幅度不同。
Lee et al. (2008)提出，以南韓漢江的河水為原水來源，並使用 FeCl3、PACl 以及 3 種不同比例的 FeCl3和PACl 調配而成的混凝劑，
在不同溫度(5℃、20℃及 35℃)及 pH 值(5、6、7 及 8)之下進行試驗。
結果顯示，單就PACl 來說，溫度升高，其對濁度的去除效率也會增 加，而最好的濁度去除效率出現在溫度為35℃且 pH 為 6 時，但此時 的效率與 pH 為 5 及 7 的數值相差無幾；而在較低溫時，不同 pH 值 所對應的濁度去除效率差異較大，甚至在 5℃，pH 為 7 時的濁度去 除效率還較 pH 為 6 時的數據為高；歸納其對 PACl 的研究，溫度升 高有助於PACl 去除濁度，但一般原水的水溫不會高至 35℃，所以現 實狀況下，pH 值對濁度去除效率的影響大於溫度
Yan et al. (2008)提出，pH會影響ζ值及PACl當中的水解鋁物種組 成。pH值降低則ζ值升高，且隨著PACl水解出越多的Alb，ζ值會增加；
雖然在中性及鹼性範圍之內，ζ值隨PACl的γ值增加而升高，在pH為 7.0時，γ值越高會形成越多的Alb，但當pH值降到5.5時，ζ值會發生逆 轉，此時即使γ值偏低仍能測得較高的ζ值，這是因為此狀況下也會生 成較多的Alb。另外，若γ值低，則PACl會形成較多的單體鋁，只生成 少許Alb，且在加藥後大多數單體鋁是溶解狀態，因此ζ值也不高；即 使PACl的劑量也少，但只要其γ值高，則其ζ值仍然相當高。
Chen et al. (2009)探討混凝過程中，AlCl3、PACl-Al13及 PACl-Al30
等 3 種混凝劑的水解沉澱行為之差異。結果顯示，最佳的 PACl-Al13
水解pH 條件為 8.5~9.5，且此時隨著劑量的增加，水解沉澱物的形成 效率也隨之提高，有利於沉澱掃除；pH 值上升，則 3 種混凝劑形成
之水解產物的ζ 值都會降低，而 PACl-Al13的IEP 為 pH 9.6。在不控 制pH 值的條件下，提高混凝劑量會增加 ζ 值，此現象導因於加入混 凝劑後會降低水體系統的pH 值。
所以在各種pH 狀況下，只要 PACl 的 γ 值夠高，能生成足夠的 Alb， 加藥後就越容易使顆粒去除穩定狀態；但若水體的 pH 值過低，則容 易加藥過量而形成再穩定狀態，此時可以降低PACl 的 γ 值以減少水 解形成過多的Alb，或是增加水體的鹼度以消耗過多的Alb。
2.4.2 離子強度
離子強度對顆粒 ζ 值的影響則是，若混凝劑解離出的金屬離子價數 越高或濃度越高，離子強度越大，則加藥後的 ζ 值會增加。這些現象 反映了ζ 值的變化，說明了在壓縮顆粒電雙層的過程中，藉由增加水 中陽離子的濃度可以使顆粒表面原本為負的 ζ 值趨向正值，所以由 ζ 值預測無機顆粒的去除是有效的。
Sansalone & Kim (2008)顯示都市逕流水當中的顆粒化學性質，發現 即使濁度並不直接影響膠體顆粒的靜電特性，但靜電特性是由離子強 度來影響電雙層所造成的，而逕流水濁度的高低與其離子強度的增減 有一致的趨勢，濁度越低則離子強度越低，所以其顆粒表面的ζ 會偏 向負值。
然而許多學者認為這些研究依然無法明確解釋界達電位在混凝過 程中所扮演的角色；雖然 ζ 值可以顯示顆粒在系統中的穩定狀態，卻 不見得能與達到去穩定效果的加藥量成正比關係(Letterman et al., 1999;Peffer- korn, 2006)。
Le Corre et al. (2007)指出，在結晶聚集時， EM 或界達電位只有在 以電性中和機制為主的混凝過程中才與混凝效率有關。
Xiao et al. (2008)則指出，pH 8左右時會使顆粒表面電位發生電性逆 轉；在加入PACl混凝劑後，即使EM值相當高或低，都能測得相當低
的殘餘濁度值，其主因在於混凝過程中，若無水解鋁物種沉澱及形成 膠羽，只靠電性中和的機制是很慢的，而良好的混凝機制主要是由沉 澱掃除所形成；實驗結果顯示，不管其ζ為高正電或高負電性，只要 pH的條件及水解出的鋁物種適當，有助於形成膠羽，產生沉澱掃除 機制，系統就有機會能出現相當好的混凝效率，也就是說其濁度的去 除率取決於系統當中的膠羽生長速率，而膠羽生長速率與pH及加藥 量較有關，並非受EM值控制；反之即使EM≒0，但如果pH條件及水 解鋁物種不能增進膠羽的生長，則此時的混凝效率仍舊不彰。
界達電位常用來評估顆粒的狀態是否穩定，但是它在混凝過程中會 受到許多因素的交互影響，有些學者的研究顯示等電位點時的加藥量 為最適加藥量，也有些學者的研究結論認為過量加藥形成沉澱掃除時 的加藥量才是最適加藥量，而以上研究文獻所使用的水體各不相同，
有些是人工原水，有些是天然原水，其中的水質條件也不一樣，且有 些添加藥劑來控制水質條件如pH 等，有些沒有，所以使用界達電位 來評估混凝效能是有爭議的。