自然沉降不能去除所有的懸浮物和膠體。混凝即是通過投加化學藥劑來破壞膠體和懸浮物在水中形成的穩定體系，使其聚集為具有明顯沉降性能的絮凝體，然后用重力沉降法予以分離。

混凝過程包括凝聚和絮凝兩個步驟，凝聚是指使膠體脫穩并聚集成微絮粒的過程；絮凝是指微絮粒通過吸附、卷帶和橋連而成長為更大的絮體的過程。凝聚和絮凝統稱為混凝。

一、膠體的穩定性和膠體結構

1．膠體的穩定性

水中的同種膠體微粒帶有同號電荷，在靜電斥力的作用下，不易相互聚集，具有一定的穩定性。

2．膠體的結構

a. 膠核：由數十個至數千個不溶于水的分散相

物質分子組成的。

b. 膠粒的電位離子：膠核的表面上選擇性地吸

附了—層帶同號電荷的離子；其來源于膠核

表層分子電離，或膠核從水中吸附來的。

---決定了膠粒的帶電符號和電荷多少，構

成雙電層的內層。

c. 反離子：電位離子層通過靜電作用而吸引的水

中相反電荷的離子，構成雙電層的外層。

d. 反離子吸附層：反離子與電位離子之間。當膠

核運動時，它也隨著一起運動。構成膠團的固定層。

e. 反離子擴散層：固定層以外。電位離子對其引力較弱，不隨膠核一起運動，并有向水中擴散的趨勢。

f. 膠粒：固定層和擴散層之間的交接面稱為滑動面，滑動面以內的部分稱為膠粒。

g. 膠團：膠粒與擴散層一起構成了電中性的膠團。

h. 膠體的電動電位（ξ電位）

      當膠粒運動時，擴散層中的大部分反離子就會脫離膠團，向溶液主體擴散。其結果必然使膠粒產生剩余電荷，使膠粒與擴散層之間形成一個電位差，其可反映膠粒帶電的多少，衡量膠體穩定性的大小。ξ愈高，穩定性愈高。

I.總電位（Ψ電位）

     膠核表面的電位離子與溶液主體之間的電位差。--- Ψ電位一定時，擴散層愈厚，ξ愈高。

二、機理

不同的化學藥劑能使膠體以不同的方式脫穩，其機理可歸結為四種：

（1）壓縮雙電層

膠體的穩定性取決于兩種力何者占主導地位。

當距離很近時，范得華力占優勢，合力為吸引力，兩個顆粒可以相互吸住，膠體脫穩；

當距離較遠時，庫侖斥力占優勢，合力為斥力，兩個顆粒相互排斥，膠體將保持穩定。

當膠體顆粒間距離大于3nm時，顆粒總處于相斥狀態

對憎水膠體顆粒而言，其膠核表面間隔著兩個滑動面內的離子層厚度，使其總處于相斥的狀態，這就是憎水膠體保持穩定的根源；

對親水膠體顆粒而言，因其吸附大量的水分子而構成水殼，使它們不能靠近而保持穩定。

投加電解質后，水中與膠粒上反離子具有相同電荷的離子濃度增加了。這些離子可與吸附的反離子發生交換或擠入吸附層，使膠粒帶電荷減少，降低ξ電位，并使擴散層厚度縮小。--------壓縮雙電層

各種電解質壓縮能力是不同的。在濃度相同的條件下，破壞能力隨離子價的增高而加大。

Schulze-Hardy法則：

    能力與離子價的2-6次方成正比。

    對同一膠體體系，要獲得相同的壓縮雙電層效果時，用一價離子的濃度需要25～150mmol/L;二價離子需要0.5～2mmol/L；三價離子需要0.01～0.1mmol/L。

            在電解質作用下膠團雙電層的變化                吸附電中和

（2）吸附電中和

膠體表面對異號離子、異號膠粒或鏈狀高分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用。

由于這種吸附作用中和了它的部分或全部電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而相互吸附。

（3）吸附架橋作用

若藥劑是具有能吸附膠粒的鏈狀高分子聚合物，或者兩個同號膠粒吸附在同一個異號膠粒上，膠粒間就能連結、團聚成絮體而被除去。

高分子聚合物的吸附架橋作用

（4）卷掃作用（網捕作用）

若藥劑含金屬離子，由于金屬離子的水解和聚合，會以水中的膠粒為晶核形成膠體狀沉淀物，或者在這種沉淀物從水中析出的過程中，會吸附和網捕膠粒而共同沉降下來。

沉淀物卷掃作用

1-原水中懸浮微粒；2-絮狀沉淀物；3-殘留懸浮微粒

三、影響的因素

1、水溫

無機劑溶于水時是放吸反應，水溫低時不利于劑的水解。

水溫低時，水的黏度大，膠粒的布朗運動強度減弱，彼此間碰撞機會減少，不易凝聚。

水的黏度大時，水流阻力增大，使絮凝體的形成長大受到阻礙，從而影響效果。

2、 pH 和 堿度

無機鹽劑對水的pH值都有一定的要求。如，鋁鹽：5.5～8.5；鐵鹽：＞8.5

堿度對pH有緩沖作用。以保證鋁、鐵鹽在水解時引起pH變化而效果下降。

3、水質

當水的濁度較低，顆粒細小而均一，投加的劑又少，僅靠劑與懸浮微粒之間相互接觸，很難達到預期目的，可以加大劑用量。

當水中濁度較高時，用量要控制適當，防止過量而引起膠粒再穩。

對高濁度水，劑主要起吸附架橋作用，用量隨捉度的增加而增大。

水中的有機物質會降低效果。

四、劑

1. 無機金屬鹽類劑

如硫酸鋁、氯化鋁、氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵等；•鋁鹽的水解

（1）當 pH≤4，Al3+以六水合鋁離子[Al(H2O)6]6+為主要存在形態，pH升高，發生水解：

           [Al(H2O)6]6+==[Al(OH)(H2O)5]2+ +H+

       [Al(OH)(H2O)5]2+==[Al(OH)2(H2O)4]+ + H+

[Al(OH)2(H2O)4]+== Al(OH)3(H2O)3↓ +H+

（2）當pH≥4時，羥基合鋁離子增加，各離子的羥基之間還可能發生架橋連接（羥基架橋），產生多核羥基配合物，繼續水解。水解與縮聚交錯進行，生成聚合度極大的中性氫氧化鋁，終沉淀。

                                          OH

2[Al(OH)(H₂O)₅]³⁺ ==[(H₂O)₄Al        Al(H₂O)₄]⁴⁺ +2H₂O

                                          OH

在鋁鹽的水溶液中，存在著：

①簡單成分：Al3+、AlOH2+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等；

②聚合成分：[Al6(OH)14]4+、[Al7(OH)17]4+、[Al8(OH)20]4+、[Al13(OH)34]5+等。

均發揮作用，其中以高價的聚合正離子作用尤為重要。

下圖是水中無其它復雜離子干擾時，濃度為10-4mol/L的鋁鹽在達到化學平衡時，個種水解產物的濃度與水的pH值間的關系。