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wanghongtao010

银虫 (小有名气)

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[交流] 胶体运移(Colloid Transport)

注：原文转自中美环保科技交流网（www.cespn.net）,转载已经作者同意。
原帖地址：http://www.cespn.net/bbs/viewthread.php?tid=1090

一位留学生写的，由于中文对应翻译可能不一定准确，请大家包涵。

污染物在地下水中的运移，传统上认为都是以溶质运移(solutetransport)方式，但是过去一二十年里，胶体运移(Colloid Transport)受到了越来越广泛的重视。所谓胶体，是指在地下水中的一些微小颗粒态物质，一般的标准是直径小于10微米，可以是无机矿物，也可以是有机大分子聚合体，还有可能是病毒或细菌等微生物。有很多污染物本身以胶体形态存在，如病毒，大分子有机污染物，重金属沉淀等。更重要的是所谓的胶体易化运移(ColloidFacilitated Transport)，主要是污染物质通过吸附过程附着在胶体表面，随着胶体迁移而在地下水中移动转化的过程。实际上，除了地下水污染之外，胶体运移在过滤池和反应膜等水处理工艺的设计中也非常重要。

由于胶体和溶质具有明显不同的物理化学性质，胶体在多孔介质(PorousMedia)中的运移过程与溶质运移有很大不同。决定交替运移的主要过程有聚合-分散（aggregation-dispersion），附着-分离（attachment-detachment），
过滤（filtration），堵塞（blocking），变形（straining），优先流（preferentialflow），以及对流-弥散（advection-dispersion）。影响胶体运移的主要物理因素包括胶体粒径，土壤或沉积物的孔径分布和含水量，以及地下水流速等。主要化学因素有pH，离子强度，胶体和沉积物的电化学特性等。

由于胶体颗粒大于溶质颗粒，因此胶体只能在相对较大的孔隙中传输，这被称作孔径区分（sizeexclusion）效应。根据流体力学原理，在相同压力下，大孔隙中的流速要快于小孔隙中的流速，因此胶体运移在很多情况下要快于溶质运移。尤其是在具有裂隙的岩石里，由于大孔隙中的优先流作用，胶体易化运移可能会占据相当重要的比重。

胶体在多孔介质表面的附着和分离过程以及胶体颗粒之间的聚合-分散过程决定了胶体在多孔介质中可移动性。附着和分离以及聚合-分散过程都包含了一系列相当复杂的物理化学过程，目前我们对这些过程还没有全面地认识，很多科学家正在从理论和实验等不同角度对这些过程进行研究。目前比较常用的理论有经典过滤理论，DLVO（Derjaguin, Landau, Verwey,Overbeek ）理论等。经典过滤理论是一个经验理论，应用一阶线性微分动力学方程描述胶体在固体表面的附着。DLVO（Derjaguin, Landau, Verwey,Overbeek ）理论则是从范得华力和静电引力出发，推导出胶体颗粒表面双电层的变化，进而确定胶体颗粒之间以及胶粒与固体表面的附着和分离过程。

过滤，堵塞，变形等过程主要考虑胶粒传输过程中多孔介质中孔隙空间分布和胶体颗粒之间的的相互影响，由于研究者来自不同的学科，这些名词的含义有些模糊，有时候会互相混淆，不容易区分。简单来说，如果胶体大于孔隙，胶体颗粒会堵塞孔隙入口，接着会有更多颗粒堵在后面，造成孔隙变形，因而延迟胶体颗粒的移动。

由于胶体颗粒在溶液中会进行著名的布朗运动，随机的布朗导致了胶体颗粒的弥散过程，胶体颗粒的弥散作用相对较弱，根据斯托克斯-爱因斯坦定律，弥散因子会随颗粒增大而减小。

以上所讲的都是胶体本身的移动过程，对于胶体易化运移(ColloidFacilitated Transport)，我们还要进一步考虑污染物在溶解态，固体表面吸附态和胶体吸附态这三个不同形态之间的分配过程。传统的溶质运移理论仅仅考虑溶解态和固体表面吸附态，在加入了胶体吸附态之后，污染物的迁移过程变得更为复杂，目前对这方面的研究主要是通过室内实验，已经尝试了一些理论模型，但是由于这些模型的复杂程度远远，其应用还仅仅局限在对少量试验结果的解释。

原帖地址：http://www.cespn.net/bbs/viewthread.php?tid=1090

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