3.1.1 水中胶体稳定性
胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。从胶体化学角度而言，高分子溶液可说是稳定系统，黏土类胶体及其他憎水胶体都并非真正的稳定系统。但从水处理角度而言，凡沉降速度十分缓慢的胶体粒子以至微小悬浮物，均被认为是“稳定”的。例如，粒径为1μm的黏土悬浮粒子，沉降10cm约需20h，在停留时间有限的水处理构筑物内不可能沉降下来，它们的沉降性可忽略不计。这样的悬浮体系在水处理领域即被认为是“稳定体系”。
胶体稳定性分动力学稳定和聚集稳定两种。
动力学稳定指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。大颗粒悬浮物如泥沙等，在水中的布朗运动很微弱甚至不存在，在重力作用下会很快下沉，这种悬浮物称为动力学不稳定；胶体粒子很小，布朗运动剧烈，本身质量小且所受重力作用小，布朗运动足以抵抗重力影响，故能长期悬浮于水中，称为动力学稳定。粒子越小，动力学稳定性越高。
聚集稳定指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比表面积大从而表面能很大，在布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷的斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。不言而喻，如果胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性关键在于聚集稳定性。
对憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位，即ζ电位，ζ电位越高，同性电荷斥力越大。图3－1表示黏土胶体结构及双电层示意。胶体滑动面上（或称胶粒表面）的电位即为ζ电位，
为总电位。胶体运动中表现出来的是ζ电位而非
电位。带负电荷的胶核表面与扩散于溶液中的正电荷离子正好电性中和，构成双电层结构。如果胶核带正电荷（如金属氢氧化物胶体），情况正好相反，构成双电层结构的溶液中离子为负离子。天然水中的胶体杂质通常是负电荷胶体，如黏土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。黏土胶体的ζ电位一般在－15～－40mV范围内；细菌的ζ电位一般在－30～－70mV范围内；藻类的ζ电位一般在－10～－15mV范围内。由于水中杂质成分复杂，存在条件不同，同一种胶体所表现的ζ电位很不一致。例如，若黏土上吸附着细菌，其ζ电位值就高。以上所列ζ电位值数字，仅作为对天然地表水中某些杂质的一般ζ电位情况的了解。ζ电位可采用传统电泳法及近代发明的激光多普勒电泳法等测定。后者可同时将电泳速度和ζ电位迅速测出。
图3－1 胶体双电层结构示意
虽然胶体的ζ电位是导致聚集稳定性的直接原因（对憎水胶体而言），但研究方法却可从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系进行评价。德加根（Derjaguin）、兰道（Landon）、伏维（Verwey）和奥贝克（Overbeek）各自从胶粒之间相互作用能的角度阐明胶粒相互作用理论，简称DLVO理论。DLVO理论认为，当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时［图3－2（a）］，便产生静电斥力。静电斥力与两胶粒表面间距x有关，用排斥势能ER表示，则ER随x增大而按指数关系减小，见图3－2（b）。然而，相互接近的两胶粒之间除了静电斥力外，还存在范德华引力。此力同样与胶粒间距有关。用吸引势能EA表示。球形颗粒的EA与x成反比。将排斥势能ER和吸引势能EA相加即为总势能E。相互接近的两胶粒能否凝聚决定于总势能E。
由图3－2可知，Oa＜x＜Oc时，排斥势能占优势，x＝Ob时，排斥势能最大，用Emax表示，称排斥能峰。当x＜Oa或x＞Oc时，吸引势能均占优势。不过，x＞Oc时虽然两胶粒表现出相互吸引趋势，但由于存在着排斥能峰这一屏障，两胶粒仍无法靠近。只有当x＜Oa时，吸引势能随间距急剧增大，凝聚才会发生。要使两胶粒表面间距小于Oa，布朗运动的动能首先要能克服排斥能峰Emax才行。然而，胶粒布朗运动的动能远小于Emax，两胶粒之间距离无法靠近到Oa以内，故胶体处于分散稳定状态。
用DLVO理论阐述典型憎水胶体的稳定性及相互凝聚机理，与叔采—哈代（Schulze－Hardy）法则是一致的，并可进行定量计算。它的正确性已得到一些化学家的试验证明。
图3－2 相互作用势能与粒间距离关系
（a）双电层重叠；（b）势能变化曲线
胶体的聚集稳定性并非都是由于静电斥力引起的，胶体表面的水化作用往往也是重要因素。某些胶体（如黏土胶体）的水化作用一般是由胶粒表面电荷引起的，且水化作用较弱。因而，黏土胶体的水化作用对聚集稳定性影响不大。因为，一旦胶体ζ电位降至一定程度或完全消失，水化膜也随之消失。但对于典型亲水胶体（如有机胶体或高分子物质）而言，水化作用却是胶体聚集稳定性的主要原因。它们的水化作用往往来源于粒子表面极性基团对水分子的强烈吸附，使粒子周围包裹一层较厚的水化膜，阻碍胶粒相互靠近，因而使范德华力不能发挥作用。实践证明，虽然亲水胶体也存在双电层结构，但ζ电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。因此，亲水胶体的稳定性尚不能用DLVO理论予以描述。