水中膠體粒子的去除

Posted on 2015/09/22 in 環境能源, 能源應用, 能源技術 with 有 1 則留言 6,273 views

水中膠體粒子的去除(Removal Colloidal Particle From Aqueous Solution)
國立臺灣大學環境工程學研究所羅哲偉

在自來水處理中，有一個程序稱為加藥混凝，顧名思義就是需要添加化學藥劑進入我們的處理水裡面，但是添加的這些化學藥劑到底是什麼功用呢？

就從自然水體說起，例如河川、湖泊、池塘等，會含有肉眼難以觀察到的小顆粒，這些粒子通常帶負電，我們稱它為膠體粒子，根據大家所學相同電荷相互排斥的原理，帶負電的粒子間彼此分離，在水體中呈現穩定的分布，但因為我們需要得到乾淨的水，那這些水中的粒子勢必得去除，一般靜置沉澱是沒有效果的，一方面小粒子會受到浮力作用漂浮於水體中，再加上粒子之間的靜電作用力，使得顆粒完全無法利用重力的方式去除，因此我們發明了一種藥品，混凝劑，如硫酸鋁、氯化鐵、硫酸鐵，這些藥劑都有一個共通點，在溶解水中時，會解離出帶正電的離子，如二價的鐵離子、三價的鋁離子，當混凝劑倒入水體中，正電離子會吸引周圍的負離子，原本穩定的負電粒子受到擾動，團聚於正電離子的周圍，越變越大，當重力大於浮力時就會開始往下沉澱，而通常隨著價數位高效果越好，如此一來我們便可以得到乾淨的水（如圖一所示）。

圖一、混凝去除程序（本文作者羅哲偉繪）

然而添加混凝劑量的多寡會影響整體的處理效率，簡單來說假使添加過量的藥劑，水體中藥品濃度過高，水體又會以正電荷的粒子存在，出現「再穩定」現象，粒子又無法沉澱去除，因此，通常在做藥劑添加前，會先以前試驗作為參考，避免添加過量，造成反效果，同時也可以節省藥劑量。

在混凝加藥的實驗中，會先準備相同體積的水於燒杯中，接著依不同的劑量同時添加於水中，接著利用攪拌器將混凝劑與水快速混和，接著靜置一段時間，我們就可以從杯子外清楚觀察到顆粒物生成，隨時間增加而蓄積於杯瓶的底部，最後藉由分析上層的水，找出最乾淨的試驗水，這個實驗也就是水處理中常見的「杯瓶試驗」(Jar test)，如圖二所示。

圖二杯瓶測驗（本文作者羅哲偉繪）

經過這一連串的添加測試後，便可得知最佳的添加量，如此一來不僅可以有效的將水中看不見得膠體粒子去除，也可以減少多餘的添加藥劑，應用於自來水廠的淨化單元中。此外，我們會視監測源水的混濁程度來微調加入的藥劑量，這也說明不同水質的狀態仍然需要透過小實驗(杯瓶試驗)去找出最適合的條件，下次不訪自己動手做，淨化我們平常看不到的微小顆粒，得到乾淨的自來水。

參考文獻