基于DLVO理論探究不同因素下土壤膠體遷移堵塞問(wèn)題

張 凡，張永祥，王祎嘯

(北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院 水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124)

地下水人工回補(bǔ)技術(shù)從探索至今在我國(guó)已有近60年的探索經(jīng)歷，堵塞問(wèn)題一直是制約其廣泛投入使用的制約因素之一[1-11]。堵塞從機(jī)理上可以分為生物堵塞、化學(xué)堵塞和物理堵塞[12-13]。澳大利亞學(xué)者Dillon[1]從40例回灌實(shí)例的研究中發(fā)現(xiàn)，有30例回灌設(shè)施發(fā)生了不同類型的堵塞問(wèn)題，其中物理堵塞、化學(xué)堵塞和生物堵塞分別占70%、10%和15%，還有5%是不明原因造成。造成化學(xué)堵塞的主要因素有溶液離子強(qiáng)度、溶液pH值、溶液背景離子種類等。Liu等[14]探究了pH值對(duì)膠體遷移的影響，發(fā)現(xiàn)高pH值條件下膠體具有較好遷移能力。造成物理堵塞的主要因素有徑流流速、顆粒物濃度、顆粒物粒徑、顆粒物形態(tài)、介質(zhì)孔隙度、介質(zhì)含水率等因素。杜磊[7]在室內(nèi)研究不飽和條件下氣相對(duì)堵塞的影響，發(fā)現(xiàn)氣液界面能加劇回灌堵塞。造成生物堵塞的因素有菌體種類、營(yíng)養(yǎng)類型等。張洪龍等探究回灌中pH值對(duì)生物堵塞的影響，結(jié)果顯示堿性條件下菌群生長(zhǎng)更好，堵塞現(xiàn)象更嚴(yán)重[11]。針對(duì)顆粒物粒徑，研究時(shí)習(xí)慣上將粒徑分為大顆粒、中間顆粒和小顆粒三個(gè)粒徑區(qū)間，粒徑分別為>30 μm 、0～30 μm和<30 μm。

現(xiàn)有研究中，學(xué)者們多針對(duì)大顆粒和物理堵塞展開(kāi)研究，而對(duì)中間顆粒和小顆粒以及其他堵塞機(jī)理研究較少[15]。因此本次研究針對(duì)小粒徑和中間粒徑顆粒物，對(duì)化學(xué)堵塞中的pH值和離子強(qiáng)度因素以及顆粒物粒徑因素進(jìn)行探究，并結(jié)合DLVO理論進(jìn)行結(jié)果分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 多孔介質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)砂柱試驗(yàn)多孔介質(zhì)采用分析純石英砂，實(shí)驗(yàn)前用2 mol/L濃鹽酸溶液浸泡24 h再用清水浸洗后烘干，去除表面雜質(zhì)。用比重法測(cè)得石英砂顆粒密度為2.64 g/cm3，有效孔隙度為42.1%。分別于20目、28目、40目、60目和100目篩對(duì)石英砂進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果如表1所示，得中位粒徑為0.25 mm。

表1 石英砂粒徑級(jí)配表

1.1.2 土壤膠體

本次試驗(yàn)采用土壤膠體采集自密懷順某處河床底泥，擬探究沉積物中土壤膠體的穿透行為。將采集底泥烘干，用孔徑2 mm的紗網(wǎng)粗篩去除雜質(zhì)。采用離心法，采用sigma高速離心機(jī)，在轉(zhuǎn)速分別為1633 r/min和3628 r/min下分別離心5 min，分離得到粒徑為0～0.45 μm和0.45～10 μm兩個(gè)個(gè)粒徑區(qū)間的土壤膠體。所得膠體烘干保存?zhèn)溆?。?duì)兩種粒徑土壤膠體進(jìn)行通過(guò)XRD測(cè)定其組分，測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 XRD測(cè)試結(jié)果

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置主要由供液裝置、砂柱、取樣裝置和收集回流裝置4部分組成，如圖1所示。膠體溶液采用上向流方式注入砂柱內(nèi)。 砂柱規(guī)格D H為4 cm×15 cm，填充工作在每次柱試驗(yàn)前均要人為保持一致，填充砂柱時(shí)，在砂柱底層敷設(shè)一層1 cm厚礫石，防止上向流入水對(duì)石英砂擾動(dòng)，再分層填裝石英砂，即每填裝2～3 cm石英砂時(shí)用玻璃棒均勻壓實(shí)，這樣可以避免石英砂填充不均，也可減短沖水時(shí)砂柱的保水時(shí)間，更能保證砂柱每次實(shí)驗(yàn)時(shí)的一致性。在填充完石英砂時(shí)，在砂柱頂層同樣敷設(shè)1 cm礫石，防止出流對(duì)石英砂擾動(dòng)。

如水由蠕動(dòng)泵提供動(dòng)力，采用上向流的方式供水，這樣可以有效減少砂柱中產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，有效減短保水時(shí)間。在穿透試驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)每個(gè)砂柱采用排水法測(cè)定孔隙度n，測(cè)定結(jié)果均未定為0.42左右，出入0.01，此后實(shí)驗(yàn)因探究中對(duì)孔隙度未作要求，故統(tǒng)一按0.42計(jì)，故可計(jì)算得1PV=188.55 mL。

圖1 試驗(yàn)裝置圖

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 膠體穿透試驗(yàn)

為了探究不同pH值、不同離子強(qiáng)度和不同膠體粒徑條件下膠體表面的電化學(xué)特性及對(duì)遷移穩(wěn)定性造成的影響，本實(shí)驗(yàn)分別采用pH值為4、5、6、7、8、9、10的7組試樣，離子強(qiáng)度為0.001 IS、0.01 IS、0.1 IS、0.3 IS和0.5 IS的5組試樣和粒徑為0～0.45、0.45～2和2～10 μm的3組試樣進(jìn)行土柱穿透批試驗(yàn)，依據(jù)DLVO理論探究堵塞機(jī)理。

經(jīng)典DLVO理論認(rèn)為，在DLVO總位能曲線上有兩個(gè)最低位能點(diǎn)，分別稱之為初級(jí)勢(shì)阱和次級(jí)勢(shì)阱，也可叫做第一極小值和第二極小值。當(dāng)粒子動(dòng)能足夠大時(shí)，粒子便會(huì)越過(guò)排斥勢(shì)壘，進(jìn)入第一極小值距離附近，體系發(fā)生絮凝沉降，此時(shí)的絮凝沉降認(rèn)為是穩(wěn)定的，不可逆轉(zhuǎn)的。而顆粒間動(dòng)能不足時(shí)，當(dāng)顆粒間距離在第二極小值附近時(shí)也可發(fā)生動(dòng)態(tài)的不穩(wěn)定的沉降，此時(shí)認(rèn)為沉降是可逆的和不穩(wěn)定的，會(huì)通過(guò)外界條件的影響而變化。

針對(duì)DLVO勢(shì)能曲線，我們對(duì)穿透試驗(yàn)進(jìn)行如下三階段設(shè)計(jì)：通入5 PV的膠體溶液，待5 PV膠體溶液通入完成后第一階段結(jié)束，此時(shí)膠體出流液膠體的回收率減少量認(rèn)為是由膠體堵塞和第一極小值的穩(wěn)定吸附共同造成；將第一階段出流液進(jìn)行回收，再通入砂柱中，進(jìn)行循環(huán)入流，直到出流液中膠體濃度為零，第二階段結(jié)束，此時(shí)認(rèn)為第二階段較第一階段回收率減小值為第二極小值造成；改接入超純水3～5 PV沖洗砂柱，此時(shí)，會(huì)有由于初級(jí)勢(shì)阱和次級(jí)勢(shì)阱共同作用下的吸附膠體顆粒和部分堵塞造成的截留膠體被回收，此時(shí)認(rèn)為回收膠體與初始注入砂柱中的膠體差值為不可逆的膠體堵塞造成。實(shí)驗(yàn)中由于不需討論流速影響，故設(shè)計(jì)流速均為50 m/d，即43.63 mL/min，所以設(shè)計(jì)每隔0.25 PV進(jìn)行一次取樣，即每隔65進(jìn)行一次取樣。實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示。

1.3.2 膠體濃度測(cè)定

膠體濃度采用分光光度法測(cè)定，如表2為土壤膠體的理化性質(zhì)，可見(jiàn)粒徑不同，對(duì)應(yīng)的土壤膠體組分也有差異。本實(shí)驗(yàn)土壤膠體濃度測(cè)定采用分光光度法測(cè)定，由于組分不同，因此濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線亦有差異。為粒徑為0～0.45 μm和0.45～10 μm的土壤膠體分別配置濃度條件為10、20、50、100、150、200、250 mg/L的溶液，用紫外分光光度儀(2082S UV/VIS)測(cè)定吸光度值，并繪制吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示。

圖2 膠體濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

Fig.2 Standard curve of colloid's concentration

1.3.3 示蹤離子溴離子Br-

本次穿透試驗(yàn)采用溴離子Br-作為示蹤離子，穿透試驗(yàn)回收率以溴離子穿透曲線與X軸所圍面積為回收率1計(jì)，即認(rèn)為溴離子全部回收。通過(guò)計(jì)算不同條件下膠體穿透曲線面積計(jì)算得回收率。溴離子Br-濃度測(cè)定采用電導(dǎo)率儀測(cè)定。稱取1.029 gNaBr加入到100 mL錐形瓶中，用超純水定容到100 mL，配置成0.1 mol/L儲(chǔ)備液，用移液槍分別從儲(chǔ)備液中分別取出0.5、1、1.5、2、2.5、3、5、7、9、10 mL溴化鈉NaBr溶液至10個(gè)100 mL錐形瓶中，并分別定容到100 mL，并且對(duì)10個(gè)錐形瓶中均取3～5 mL通過(guò)便攜式電導(dǎo)率儀進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試。并根據(jù)測(cè)試結(jié)果得到溴離子Br-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖3。

圖3 溴離子Br-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3.4 DLVO理論

經(jīng)典DLVO(Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)理論是基于擴(kuò)散雙電子層理論分別獨(dú)立提出的，是解釋液體中帶電膠體顆粒穩(wěn)定性比較完善的理論。定義膠體顆粒間主要存在范德華引力和靜電斥力，兩種相反的作用力合力的大小和方向造成顆粒間吸附性能改變，從而影響膠體穩(wěn)定性。其中范德華引力Va為顆粒見(jiàn)色散力、極性力和誘導(dǎo)偶極力之和，其大小與顆粒間距離呈函數(shù)關(guān)系，由式(1)計(jì)算得到。靜電斥力Vr的計(jì)算依據(jù)為玻爾茲曼方程，其數(shù)值與膠體顆粒的表面電場(chǎng)強(qiáng)度相關(guān)，與顆粒間距離也存在相應(yīng)函數(shù)關(guān)系，可有式(2)計(jì)算得到?？傋饔昧T可有式(3)表示[11]。

A—Hamaker常數(shù)，數(shù)量級(jí)在10-20～1023之間， 與粒子極化率、單位體積內(nèi)原子數(shù)等性質(zhì)有關(guān)，單位為J；

dp—顆粒物離子半徑(當(dāng)球形處理)，單位為m；

h—粒子間距離，單位為m；

ε—介電常數(shù)，ε=ε0εr,其中ε0為真空絕對(duì)介電常數(shù)，其中，

ε0=8.85×10-12C/Vm ；εr指相對(duì)介電常數(shù)，通常εr=80；

Ψp、Ψc為膠體和介質(zhì)的stern電勢(shì)，在低濃度體系中通常用Zeta電位代替，單位V；

κ-1為擴(kuò)散雙電層厚度，與Zeta電勢(shì)和離子強(qiáng)度有關(guān)，單位為m，計(jì)算公式為式(4)

(4)

2 討論

2.1 穿透曲線

2.1.1 變?nèi)芤簆H值條件下穿透曲線

變pH值條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果以穿過(guò)砂柱溶液孔隙體積為橫坐標(biāo)為，以出流溶液膠體濃度與入流溶液膠體濃度比c/c0為縱坐標(biāo)，繪制膠體穿透曲線。如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，pH值對(duì)膠體在砂柱中的遷移有顯著的影響。pH值小于7時(shí)，第一階段和第二階段膠體穿透曲線相對(duì)濃度峰值隨pH值的增大而增大，第三階段時(shí)均有小幅峰值出現(xiàn)。在pH值為4時(shí)相對(duì)濃度峰值有最小值0.51；在中性條件下，即pH值=7時(shí)，穿透曲線相對(duì)濃度峰值有最大值0.81，第三階段穿透曲線有小幅峰值出現(xiàn)，峰值低于酸性條件時(shí)；堿性條件時(shí)，試驗(yàn)的第一階段和第二階段相對(duì)濃度最大值隨pH值的增大而減小，在pH值=10時(shí)，c/c0，峰值有最小值0.37，第三階段出現(xiàn)較高峰值，相對(duì)濃度c/c0有最大峰值1.11。

穿透曲線如圖4所示。

圖4 變pH條件下穿透曲線

2.1.2 變?nèi)芤弘x子強(qiáng)度條件下穿透曲線

圖5 變IS條件下穿透曲線

變?nèi)芤弘x子強(qiáng)度條件下穿透曲線如圖5所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，離子強(qiáng)度對(duì)膠體穿透有顯著影響。試驗(yàn)的第一階段，當(dāng)膠體溶液離子強(qiáng)度分別為0.001M、0.01M、0.1M和0.3M時(shí)，膠體出流相對(duì)濃度c/c0，峰值分別為：0.91、0.71、0.59和0.36，可見(jiàn)膠體出流濃度隨離子強(qiáng)度的增加而較小，在離子強(qiáng)度為0.001時(shí)，離子強(qiáng)度幾乎對(duì)膠體的遷移沒(méi)有影響，但實(shí)際環(huán)境中離子強(qiáng)度往往比這一數(shù)值高，因此實(shí)際水環(huán)境中膠體的運(yùn)移要更為困難。當(dāng)離子強(qiáng)度為0.3時(shí)，膠體穿透受到較大阻礙。在相對(duì)濃度峰值的出現(xiàn)情況方面，峰值的出現(xiàn)隨著IS的增加有明顯的延后現(xiàn)象。離子強(qiáng)度為0.5時(shí)，膠體幾乎不出流，膠體均被介質(zhì)截留。

2.1.3 變膠體粒徑條件下穿透曲線

改變膠體粒徑條件下的穿透實(shí)驗(yàn)穿透曲線如圖6所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膠體粒徑不同，其穿透效果也有差異。試驗(yàn)的第一階段，膠體粒徑dp為0～0.45 μm的顆粒的相對(duì)濃度c/c0率先在入流至大約3 PV處出現(xiàn)最大值，峰值為0.83，粒徑為0.45～2 μm的顆粒相對(duì)濃度c/c0峰值出現(xiàn)在大約溶液入流4 PV時(shí)，峰值為0.80，粒徑為2～10 μm的顆粒相對(duì)濃度c/c0峰值出現(xiàn)在4.8 PV處，峰值為0.71?？梢缘弥?，膠體出流相對(duì)濃度隨膠體顆粒增加而減小，且出流相對(duì)濃度峰值出現(xiàn)延后，說(shuō)顆粒在孔隙介質(zhì)中的遷移能力隨膠體的粒徑增加而減弱，小顆粒在介質(zhì)中的遷移能力更強(qiáng)。試驗(yàn)第二階段，粒徑為0～0.45 μm的膠體顆粒大約在6.7 PV時(shí)完成，而粒徑為0.45～2 μm和2～10 μm的顆粒則完成分別滯后了0.5 PV和1.3 PV，也呈現(xiàn)出隨粒徑增加而滯后的趨勢(shì)。第三階段均有小幅峰值出現(xiàn)，說(shuō)明注入去離子水后均有膠體顆粒從砂柱中析出，但量均很小。

圖6 變膠體顆粒粒徑dp條件下穿透曲線

2.2 回收率及Zeta電位

2.2.1 變?nèi)芤簆H值條件

所有條件下的穿透試驗(yàn)回收率及測(cè)得的Zeta電位結(jié)果如表3所示。

由表3中改變pH值部分可知，在pH值分別為4、5、6、7、8、9、10時(shí)分別對(duì)相應(yīng)條件下試液進(jìn)行3次Zeta電位值的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。結(jié)果顯示膠體顆粒在所選pH值變化區(qū)間內(nèi)表面電勢(shì)均為負(fù)值，且表面電勢(shì)絕對(duì)值隨pH值的增大而增大。絕對(duì)值最大值與最小值分別為28.7和8.1。

從回收率看，溶液pH值對(duì)膠體的回收率有較大影響，當(dāng)溶液pH值分別為4、5、6、7、8、9、10時(shí)，試驗(yàn)第一階段的回收率分別為0.31、0.35、0.67、0.73、0.58、0.62、0.43?；厥章孰SpH值的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)，且在酸性和堿性條件下均受到較大抑制。在pH值為7即中性條件下時(shí)，有較大回收率。根據(jù)經(jīng)典DLVO理論可知，在溶液為酸性條件下時(shí)，膠體顆粒測(cè)得的表面電勢(shì)Zeta電位絕對(duì)值較小，絕對(duì)值<10，即其在溶液體系中很不穩(wěn)定，容易發(fā)生碰撞脫穩(wěn)，進(jìn)而沉積吸附于介質(zhì)內(nèi)，因此穿透率降低。由此可得酸性條件下時(shí)膠體結(jié)果與DLVO理論相吻合。在pH值>7時(shí)，膠體Zeta電位絕對(duì)值增大，膠體雙電層變厚，膠體間斥力勢(shì)能增加，穩(wěn)定性增加，不易發(fā)生沉積，堿性條件下應(yīng)有利于膠體顆粒穿透，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻在堿性條件下出現(xiàn)回收率減小的情況。造成這一結(jié)果的可能原因有：膠體顆粒中的非晶顆粒在堿性條件下發(fā)生形態(tài)改變，導(dǎo)致其容易被毛細(xì)管截留，導(dǎo)致回收率下降。Ghosh K等[16]在研究中已經(jīng)驗(yàn)證過(guò)這種可能性，原因有科學(xué)可信性。試驗(yàn)第二階段，溶液pH值分別為4、5、6、7、8、9、10條件下的膠體回收率分別增加了0.07、0.06、0.07、0.1、0.06、0.04、0.19。在pH值變化區(qū)間里均有0.1左右增加，在pH值=10時(shí)增加最多，有0.19。根據(jù)DLVO理論，我們認(rèn)為，在第一階段的試驗(yàn)中，膠體顆粒的回收率減少由膠體顆粒的堵塞和沉積共同造成，而沉積主要以初級(jí)勢(shì)阱造成，也有次級(jí)勢(shì)阱的貢獻(xiàn)。第二階段實(shí)驗(yàn)中，回收率增量則主要由次級(jí)勢(shì)阱造成的沉積造成。這在Liu等[17]的對(duì)pH值對(duì)膠體穿透的探究中也有相似結(jié)論。

試驗(yàn)的第三階段，回收率由在溶液pH值為4、5、6、7、8、9、10時(shí)分別為0.91、0.93、0.84、1.01、0.91、0.92、0.94。膠體在去離子水的注入后絕大多數(shù)可以被回收，但在非中性條件下時(shí)，仍有少量無(wú)法被回收，這部分我們認(rèn)為是由于堵塞造成的截留，因?yàn)槲皆斐傻幕厥章式档蜁?huì)在去離子水的注入后被砂柱釋放。由結(jié)果可知，在pH值為6時(shí)，膠體在砂柱中的堵塞量最多。造成這種結(jié)果的原因可能是因?yàn)橥寥滥z體本身性質(zhì)較為復(fù)雜，在土壤組分測(cè)定時(shí)，15%左右的非晶體物質(zhì)，導(dǎo)致膠體在弱酸條件下發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致其不可逆的發(fā)生堵塞，截留在毛細(xì)管中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，在pH值=7時(shí)，膠體的回收率出現(xiàn)了大于1的情況，這可能是由于土壤膠體組分中也含有與石英砂相同組分的膠體二氧化硅晶體，又由于在膠體的檢出時(shí)使用分光光度法，只是針對(duì)吸光度的測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)過(guò)后可能由砂柱中析出晶體或者由于膠體部分截留在砂柱中，導(dǎo)致組分發(fā)生改變，造成測(cè)定誤差。

2.2.2 變?nèi)芤弘x子強(qiáng)度條件

變離子強(qiáng)度條件下的DLVO勢(shì)能圖根據(jù)式1～式4，結(jié)合Zeta電位實(shí)測(cè)值計(jì)算而得如圖7所示，如圖可知，在膠體溶液離子強(qiáng)度為0.001 M、0.01 M和0.1 M時(shí)，均有明顯的三個(gè)特征點(diǎn)，且排斥勢(shì)壘隨離子強(qiáng)度增大而減小，離子強(qiáng)度為0.3 M時(shí)，次級(jí)勢(shì)阱不出現(xiàn)，初級(jí)勢(shì)壘也較前三個(gè)條件下低，說(shuō)明膠體穩(wěn)定性此時(shí)明顯低于前三個(gè)條件下。膠體間較易發(fā)生聚沉。離子強(qiáng)度為0.5 M時(shí)，勢(shì)能曲線已無(wú)排斥勢(shì)壘，僅有明顯的初級(jí)勢(shì)阱出現(xiàn)，說(shuō)明此時(shí)膠體顆粒很不穩(wěn)定，極易發(fā)生聚沉，且聚沉均由初級(jí)勢(shì)阱造成，其為不可逆的。

圖7 不同離子強(qiáng)度條件下膠體的DLVO勢(shì)能圖

回收率情況如表3所示。第一階段和第二階段回收率均隨離子強(qiáng)度增加而降低，離子強(qiáng)度為0.001M、0.01M、0.1M、0.3M和0.5M時(shí)第一階段回收率分別為0.61、0.52、0.42、0.21和0.02；且第二階段回收率增量隨離子強(qiáng)度增加而減小，增量分別為0.11、0.08、0.03、0.09和0.01。從DLVO勢(shì)能曲線可知，隨離子強(qiáng)度的增強(qiáng)，離子排斥勢(shì)壘降低，初級(jí)勢(shì)阱和次級(jí)勢(shì)阱均變淺，說(shuō)明膠體見(jiàn)穩(wěn)定性隨離子強(qiáng)度增強(qiáng)而較弱，更易發(fā)生聚沉，實(shí)驗(yàn)結(jié)果于DLVO理論相符。

第三階段回收率均為最大值和最小值分別為0.92和0.97，回收率相似，均在0.95左右，說(shuō)明膠體顆粒在改變離子強(qiáng)度條件下幾乎沒(méi)有發(fā)生物化反應(yīng)，造成介質(zhì)中不可逆的堵塞。說(shuō)明膠體在介質(zhì)中的遷移可以通過(guò)改變控制離子強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)其吸附和釋放的控制，且不會(huì)改變膠體化學(xué)性質(zhì)發(fā)生不可逆改變

2.2.3 變膠體粒徑條件

變膠體粒徑條件下的Zeta電位實(shí)測(cè)值如表3所示，膠體顆粒的Zeta電位值在膠體粒徑分別為0～0.45μm和0.45～10μm時(shí)分別為-19.4和-26.5。膠體表面電勢(shì)的絕對(duì)值隨離子粒徑的增加而減小，說(shuō)明小粒徑膠體比大粒徑膠體更穩(wěn)定。

表3 三階段回收率及Zeta電位

試驗(yàn)第一階段回收率在0.69～0.78之間，在粒徑為0～0.45 μm和0.45～10 μm分別有最大值0.78和最小值0.69。第二階段于第一階段有相同趨勢(shì)，且回收率增量均溫0.1左右，說(shuō)明次級(jí)勢(shì)阱對(duì)膠體的沉降其主要作用。第三階段回收率均>0.95，說(shuō)明膠體幾乎不再介質(zhì)中發(fā)生堵塞。由經(jīng)典DLVO理論可知，膠體粒徑增加，膠體穩(wěn)定性下降，更易脫穩(wěn)，試驗(yàn)結(jié)果符合DLVO理論。

3 結(jié)論

(1)離子強(qiáng)度和pH值對(duì)膠體的遷移影響較大，膠體粒徑相對(duì)前兩者影響較小。膠體的遷移能力隨離子強(qiáng)度的增加和膠體粒徑的增大而減弱。膠體在中性條件下遷移能力較強(qiáng)，在堿性和酸性條件下遷移能力較弱。

(2)經(jīng)典DLVO理論能預(yù)測(cè)改變膠體粒徑、改變?nèi)芤弘x子強(qiáng)度和改變?nèi)芤簆H值條件時(shí)酸性和中性條件下的遷移情況，在堿性條件下時(shí)于實(shí)際情況不符。

(3)土壤膠體的性質(zhì)在不同粒徑條件下組分和性質(zhì)有差異。

(4)膠體在改變離子強(qiáng)度條件時(shí)和改變pH值條件時(shí)，顆粒沉降由初級(jí)勢(shì)阱的貢獻(xiàn)較大，次級(jí)勢(shì)阱的貢獻(xiàn)較小；在變粒徑條件下，由次級(jí)勢(shì)阱的貢獻(xiàn)更大。