界達電位與顆粒去穩定效果的關係

由前2.2.1章節已述，界達電位值可約略表現出膠體顆粒的穩定性：

ζ的絕對值高代表顆粒之間的分離力高，較不容易聚集，整個懸浮液 的系統狀態較為穩定；反之則系統較不穩定。

水中大部分的膠體顆粒表面帶負電荷，其所帶電荷之多寡及負電性 受pH值影響；在中性pH狀態下，大多數顆粒表面的ζ為負值，介於−15 至−30 mV之間(Ongerth and Pecoraro, 1996)；當兩個帶有相同電性之表面電荷的 膠體粒子逐漸靠近，至兩者的電雙層開始重疊時，此時的作用力除了 原本的凡得瓦吸引力之外，還會新增兩電雙層之間的斥力。引力與斥 力結合時會形成兩膠體粒子間凝聚的勢能障礙，如果兩膠體顆粒的動 能均無法超越此能量障礙，則懸浮溶液會呈現穩定狀態，也就是說膠 體粒子之間不會發生聚集；為了讓顆粒之間產生凝聚，首先必須去除 膠體顆粒之間的穩定性，而加入混凝劑能藉由電性中和來壓縮電雙 層，降低ζ，縮小顆粒之間聚集所要克服的能量障礙，減輕顆粒間的 穩定狀態進而去除之，使其產生有效碰撞而聚集，形成較大的膠體顆 粒沉降，增進混凝效果，以及促進之後的膠凝現象，有助於隨後的沉 澱及過濾單元操作。

因此在壓縮電雙層的過程中，能用電位勢(electrophoretic mobility , EM)或界達電位來當作衡量顆粒表面電位的指標，以評估顆粒之間

的穩定性，並且可能以它來評估混凝劑與顆粒之間的相互作用及顆粒 的去除效率(Holt et al., 2002; Narong et al., 2006; EI Samrani et al., 2008; Sansalone et al., 2008)。 在水及廢水處理過程中，測量 ζ 值來作為其後水處理單元的品管控 制指標已是常例，尤其是測量快混後顆粒的表面ζ 值更是個有效且明 顯的評估項目，其值代表了顆粒之間的斥力強弱；許多文獻顯示，顆 粒表面達到電性中和，即ζ 值為零，稱為等電位點(isoelectric point, IEP) 時的加藥量為最適加藥量，此時顆粒的聚集狀態最佳(Holt et al., 2002; Narong et al., 2006; Sansalone et al., 2008; Morfesis et al., 2009)。

一般而言，以顆粒的去穩定效果來說，PACl 中的 Al137+是最佳的水 解鋁物種，其機制主要以強大的正電性對表面帶負電荷的顆粒進行電 性中和，進而有機會在適當條件下再產生其他的混凝機制，提高濁度 去除效率，所以測量加藥後的顆粒表面電荷有助於了解整個系統的去 穩定狀態。

Hu et al. (2006)指出，以 AlCl3及 2 種不同 Al137+比例的PACl 為混 凝劑處理含有營養源的天然水體，實驗結果顯示，在低劑量的狀況 下，投藥後的 ζ 值可以代表混凝劑的電性中和能力，即越快水解轉化 出最多Al137+的混凝劑其電性中和能力越強。

Wang & Tang (2006)指出，以 PACl 做為混凝劑，對 EM 值及 RT 值 作圖比較，結果與部分文獻之結果相同；加藥後EM 值一開始上升得

相當快，而後趨緩，相對應的 RT 值初期亦是下降地非常快速，然則 到達最低值之後，水體系統因持續加藥形成再穩定狀態，所以後續的 RT 值反而升高。然而，此研究與其他文獻不同點在於，該論文利用 modified precipitation neutralization model 來模擬 PACl 在不同 pH 之 下，加藥後的顆粒 ζ 值變化趨勢；此模式可解釋某些與正常狀況相異 的混凝現象，它提供了一些不同於傳統混凝機制的想法，主要為該論 文指出PACl 之中的 Alb及Alc在投藥後形成的氫氧化鋁，其型態不同 一般，可以同時在沉澱過程中進行電性中和，增加去除濁度的能力。

Morfesis et al. (2009)指出，當加藥使 ζ 值為零時，可看出水中的 RT 值低於原始濁度值的，但加藥量超過此一劑量時，RT 值升高；此現 象很明顯地導因於過量加藥，致使顆粒表面電性逆轉，因此ζ 值為零 時，代表水中顆粒達到最佳的聚集狀態。此篇文獻探討之原水的ζ 及 RT 值是取自於實廠的沉澱池，其結論認為，沉澱池中的水體，ζ 值介 於-5~5 mV 時，再經接續的淨水程序後，能使產出的飲用水達到最佳 的水質。所以作者們認為量測 ζ 值來控制加藥量及濃度是相當重要 的；ζ 值及其所對應的濁度可做為評估混凝劑效能的指標，同時應用 在淨水過程中，找出最適化的操作條件，以符合水質要求及經濟效 率，甚至認為藉由頻繁地記錄 ζ 值及其所對應的濁度及加藥量，可以 取代瓶杯試驗，經由計算得出最適加藥量。

未經處理的原水，因其濁度顆粒所帶之負電荷，使顆粒之間產生斥 力，系統呈現靜電穩定狀態，此時的ζ 值偏負；加入混凝劑去穩定後，

顆粒表面能因去除靜電穩定狀態而有機會互相凝聚，進而沉降並去除 之，此時的 ζ 值會增加，由負趨零，而有許多文獻認為其值接近零時 的混凝劑量為最適加藥量，所以界達電位值可用來評估濁度顆粒之間 去穩定的狀態，進而作為混凝加藥之依據。