第四章 結果與討論
4.2 顆粒快混後界達電位與混凝機制之關係
在快混階段加入混凝劑會改變懸浮液中顆粒的表面電性，使顆粒之 間發生去穩定的機制，而有機會凝聚形成更大的顆粒，影響後續慢混 階段當中，顆粒之間碰撞聚集的機率，進而增加濁度顆粒的沉澱能 力，提高濁度顆粒的去除效率。
由於低濁度同時意味著水體裡的懸浮膠體粒子數目不足，雖然顆粒 之間的斥力會被混凝劑水解後產生之離子抵消，當界達電位值為零，
此時的混凝機制為電性中和，不過因粒子數目不足，所以顆粒之間碰 撞機會不高，仍不易聚集形成較大的膠體顆粒沉降，也就是說低濁度 原水產生的混凝機制以電性中和為主，但因加藥量低，所以很難再形 成沉澱掃除。
隨著濁度增加，帶負電的顆粒增多，其膠體表面 ζ 值會降低，加入 混凝劑後，理論上其達到電性中和的劑量應該也會隨之增加，其則不 然，原因在於濁度增加往往也代表了其他影響加藥量的水質參數會有 變化，這些因素會交互作用，因此不能只以單一的水質參數進行探 討，稍後將有更詳盡的說明。
較高濁度的原水，其|ζ|值較高且為負值，理論上得加入較多混凝劑 量才能令其ζ 值由負趨向零，使混凝機制達到電性中和，但混凝機制 如果只靠電性中和，則效果是相當慢且不理想的；以較高濁度的原水
做Jar Test 有時能發現到，最適加藥量所對應的快混後 ζ 值為負，也 就是說系統尚未達到電性中和，卻能使顆粒形成良好的聚集並沉降，
其原因可能在於濁度升高，代表水體裡的懸浮膠體粒子增加，則其相 互之間的碰撞效率也會隨之增加，有助於促進沉澱掃除及因電性中和 或電性補釘(林， 2008)所形成的顆粒聚集。
一般來說，不同濁度及水質條件會產生不同的混凝現象，所以如圖 4.1 所示，藉由三種不同且具有典型差異性的原水濁度，來探討加藥 量與顆粒表面界達電位及快混後殘餘濁度之間的關係，並分析混凝機 制與界達電位的相關性。而混凝機制中，沉澱掃除的濁度去除效率遠 高於電性中和，所以此時所對應的 RT 值會低於達到等電位點時的 RT 值，再對照最佳加藥量的定義，可知大多數的最適加藥量是由沉澱掃 除所形成的。
圖 4.1 (a)的水樣為低濁度的原水，此圖顯示，加藥之前的顆粒表面 ζ 值相當低，而快混加藥後，ζ 值會隨著加藥量的增加而升高，其相 對應之RT 值也有逐漸下降的趨勢；但持續加藥後，顆粒發生電性逆 轉，ζ 值由負轉為正，會使得顆粒間再度產生斥力，並使得系統趨於 穩定，同時過量加藥也會產生過多的Al(OH)3膠體懸浮於上層液，導 致RT 值反而增加。
但若是再持續加藥，使得加藥量遠高於達到 IEP 時的劑量，則顆粒
之間也有可能形成沉澱掃除，結果使得一度因加藥過量而上升的 RT 值再度下降。加藥量為 1.5 mg/L as Al 時，其所對應的上層液 RT 值最 低，ζ 值達到電中性，剛好符合多數文獻所顯示，最適加藥量為顆粒 達到電性中和，即為 IEP 時的加藥量，故判斷此次試驗的最適加藥量 為1.5 mg/L as Al。
當原水濁度增加，如圖 4.1 (b)所示，達到 IEP 時的混凝劑量有隨之 增加的趨勢；濁度增加代表水中顆粒數增加，且其加藥前的ζ 值亦隨 之降低，因此需要更多混凝劑才能使 ζ 值為零，使其達到電性中和及 去穩定，然而其最適加藥量並非出現在IEP 時。
當加藥量超過IEP 時，水中的膠體顆粒有機會形成沉澱掃除，此機 制去除濁度的效果遠大於電性中和，但如果水體濁度過低，水中顆粒 數不夠，則最良好的濁度去除機制為電性中和，且很難形成沉澱掃 除；所以圖4.1 (a)顯示了低濁度水體的濁度去除機制，以電性中和為 主，IEP 時的混凝劑量即為最適加藥量，而圖 4.1 (b)則說明，隨著濁 度升高，水中顆粒數增加到某種程度時，有機會產生沉澱掃除，此機 制對於濁度的去除較電性中和有效，且此時相對應的最適加藥量通常 會稍微超過達到IEP 時的劑量。
隨著原水濁度暴增，如圖 4.1 (c)，也可看出其最適加藥量並非顆粒 達到電性中和時的加藥劑量，其達到IEP 時的劑量上升到 4 mg/L as Al
以上。推測原因可能為原水濁度較高，水中顆粒數多，ζ 值較為偏負，
所以需要較多混凝劑才能達到電性中和，且其在加藥3 mg/L as Al 時 的RT 值還比在加藥 4 mg/L as Al 時的 RT 值低，原因可能在於高濁度 原水的鹼度偏低，所以很容易使得加藥後的 pH 值低於 7，而前者較 後者接近中性，所以有較好的去除效果；或因高濁度原水中的顆粒數 相當多，加藥後即使未達IEP 也可能發生沉澱掃除現象。
圖 4.1 (c)的最適加藥量落在 5 mg/L as Al，推測此結果乃因沉澱掃 除作用所致，接著再增加藥量就會形成過量加藥，顆粒之間斥力增 加，此時的RT 值就又升高了。
由以上結果可知，最適加藥量是有隨著原水濁度上升而增加的趨 勢，但在原水濁度較高的狀況下，濁度的去除機制以沉澱掃除作用為 主，而低濁度原水雖然也有沉澱掃除的現象，但跟電性中和的機制比 較起來並不明顯。對照先前文獻回顧所述，界達電位值為零，即為等 電位點時，膠體顆粒混凝的機制為電性中和；而加藥量超過等電位點 之後，顆粒之間有可能形成再穩定現象，此時殘餘濁度值反而升高；
但若再持續加藥，界達電位值會升高到某種程度時，則顆粒之間也有 可能形成沉澱掃除。
0 1 2 3 4 5 6
圖 4.2 顯示每批數據的最適加藥量與其所對應的 RT 值及 ζ 值；由 此圖可知，加藥量越高，則ζ 值有增加的趨勢，但所對應之 RT 值卻 不一定是最低的。
雖然最適加藥量也稍微有隨著ζ 值增加的趨勢，但其實並不明顯，
且其對應之最低 RT 值的分佈也沒有一致性，僅能看出劑量在 2~3 mg/L 時出現最適加藥量的機會最高；而最適加藥量所對應之 ζ 值為 IEP 的比例不高，顯示較佳的混凝機制很少單獨由電性中和形成，大 多數的最低RT 值是由電性中和加沉澱掃除，甚至其它如架橋作用或 電性補釘等機制所造成的。
然而圖 4.1 不過就眾多數據中舉例，說明不同混凝機制達到最適加 藥量的狀況，實際上每批原水達到最適加藥量時的混凝機制不一，有 些主要是靠電性中和，有些藉由沉澱掃除，有些二者兼具，也有可能 發生電性補釘或架橋作用，即使已經先將濁度區分範圍，但同一濁度 範圍之下的各批數據，其達到最佳加藥量的混凝機制依然沒有一致 性，有些數據的最適加藥量剛好是IEP 時，有些不是，所以有必要進 一步就濁度、pH、鹼度等等不同水質條件來進行探討。
optimal dose (mg/L)
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
R es idual T ur bi di ty ( N T U )
0
Z eta P ote ntia l ( m V )
-5