Hidrológiai Közlöny 1973 (53. évfolyam)
12. szám - Bulkai János–Licskó István–Szépkuti Lajosné: Hidrometeorológiai viszonyok hatása a lebegő anyagok Zéta-potenciáljára
557 Hidrológiai Közlöny 1973. 12. sz. Hidrometeorológiai viszonyok hatása a lebegő anyagok Zéta-potenciáljára BULKAI LAJOS*, LICSKŐ ISTVÁN', SZÉP KOII LAJOSNÉA felszíni vizek lebegőanyag tartalma az egyes szemcsék méretei szerint két főcsoportba sorolható: egyrészt a durva diszperziók (>100 /i), másrészt a szoros értelemben vett kolloidok (<0,5 /.i) és a mikroszkopikus mérettartomány alsó határához közelálló, de a kolloidoknál már nagyobb méretű szemcsék közé. A klasszikus víztisztításnál a gondot ezek az utóbbi, finom diszperziók okozzák, melyeknek kis méretéhez viszonyított fajlagos felülete nagy. E viszonylag nagy felületen játszódnak le azok a jelenségek, melyek a finom diszperziók vízben való viselkedését meghatározzák. I. A lebegőanyagok töltésének magyarázata A finom diszperz szemcséken töltés alakul ki, mely kétféle módon történhet: a) A szilárd részecske felületi molekulái deformálódhatnak, azokban disszociáció játszódhat le és ennek következtében a szilárd-folyadék határfelületen töltések keletkezhetnek. b) A részecskék felülete energetikailag nincs egyensúlyban a részecske belsejével. Ez az energiatöbblet okozza, hogy a határfelülethez az oldatból bizonyos ionok adszorbeálódnak. Az adszorbeált ionok mennyisége és minősége a felületi viszonyok és az anyagi minőség függvénye. Az ionok felületen történő adszorpciójával kapcsolatos mérések során kiderült, hogy az anionok általában nagyobb mértékben adszorbeálódnak, mint a kationok. Emiatt rendelkeznek a lebegőanyagok általában negatív töltéssel. Ez azzal függ össze, hogy az anionok könnyebben és nagyobb mértékben polarizálódnak. A múlt század végén (1892) figyelték meg először, hogy a kolloid szólok diszkrét részecskéi elektromos erőtér hatására elmozdulnak. Azóta többen foglalkoztak ezzel az elektrokinetikai jelenséggel s annak magyarázatával, miközben természetesen az idevonatkozó elméletet lépésről-lépésre finomították. Ma a Stern-féle elmélet alapján az alábbiakban tudjuk a felszíni vizekben lebegő anyagokkal kapcsolatos jelenség magyarázatát adni. Szorosan a szilárd részecskékhez tapad a belső, rendszerint anion réteg, majd ehhez kapcsolódik a külső ionréteg, melynek töltése ellentétes a belsővel (1. ábra). A külső ionréteg szintén két részre oszható. Az egyik csak kationokból áll és szorosabban tapad a szilárd részecskét burkoló anionréteghez. Ennek töltése nem elegendő arra, hogy az előbbiek potenciálját teljesen semlegesítse. A másik a diffúz rész, ahol a kationok mellett már anionok is találhatók. A részecske falához tapadó anionok teljes semlegesítése ebben a diffúz részben történik meg. * Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet, Budapest. A szilárd és folyadék fázis egymáshoz viszonyított elmozdulásakor egy vékony folyadékréteg (8) a szilárd részecskével együtt mozdul el. E folyadékrétegben van a kettősrétegnek a kolloid szemcséhez rögzített része, míg a diffúz rész a folyadékkal mozdul el. Ebből következik, hogy az elektrokinetikai jelenségek szempontjából nem a felületi potenciál a meghatározó tényező (ip 0), hanem a tapadva maradt és elmozduló folyadékréteg határán mérhető potenciál (£). Ez az elektrokinetikai, vagy Zéta-potenciál. A Zéta-potenciál kisebb, mint a felületi potenciál, sőt specifikus ionadszorpció esetén ellentétes előjelű is lehet. A potenciál nagysága a kettősréteg potenciál eloszlásától, illetve a potenciálgörbe meredekségétől függ. A potenciálesés meredeksége csak az ionerősség függvénye. Ezért van az, hogy a Zétapotenciált valamennyi, az oldatban jelenlevő ion koncentrációja befolyásolja. II. A folyadék-szilárd határfelületen kialakuló töltések alapvető mérési módszerei 1. Áramlási potenciál A méréshez kapilláris rendszer szükséges. A kapillárisokon konstans nyomással áthajtott folyadék potenciálkülönbséget hoz létre a kapilláris rendszer két vége között. Ez jellemző a kapilláris rendszer anyagának Zéta-potenciáljára. 2. Ülepedési potenciál Nehézségi erő hatására mozgó részecskék a szuszpenziós közegben elektromotoros erőt hoznak létre, amely a szemcsék Zéta-potenciáljának is - + - + - + — + + - + + + + - + - + V So - felületi potenciál, Y S J- Stern réteg potenciálja }- a Zéta potenciál, 6 - a tapodó folyadékréteg vastagsága S - az elmozdulás síkja 1. ábra. Az elektrokinetikai v. Zéta-potenciál Fig. 1. The electro-kinetic, or zeta potential
