水质净化的化学絮凝机理：

    胶体稳定性,系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。动力学稳定系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力,粒子愈小,动力学稳定性愈高。颗粒间的排斥能是影响絮凝的重要参数,可以表示为:

    VR=1/2rDu2ln[1+exp(-KH)](2-1)

    式中:VR---颗粒间的排斥能,erg,1erg=10-7J；

    r---颗粒的半径,cm；

    D---水的介电常数；

    u---吸附层和扩散层界面上的电位(静电电位)；

    K---离子云的厚度,cm；H---颗粒间的最短距离。

    两个胶体颗粒之间,还存在相互吸引能,它的大小与颗粒间的距离有关。当两个球形颗粒的体积相等,距离非常小的情况下,其吸引能可以表示为:

    VA=-Ar/12H(2-2)

    式中:A---范德华常数,A=10-12erg；

    r---颗粒德半径,cm；

    H---颗粒间的最短距离；当两个颗粒之间的距离非常小时,颗粒间的相互作用能VT可以用以下公式计算:

    VT=1/2rDu2ln[1+exp(-KH)]-Ar/12H(2-3)

    根据式(2-3),可以计算并绘出颗粒表面电荷相互作用能曲线,如下图所示：

    VA---吸引能；VR---排斥能；VT---相互作用能；

    Vm---能峰；D---颗粒表面间距离

    一颗粒间的距离很大和很小时,相互作用能以吸引能为主,能够形成絮凝体；当颗粒间的距离处于中等程度时,相互作用能以排斥能为主,颗粒处于稳定状态,不能形成絮凝体；颗粒相距很远时,吸引能和排斥能都等于零；曲线VT有两个最小能量值,颗粒间的相互作用能达到第一个或第二个最小能量值时,便产生絮凝沉淀,为了使颗粒脱稳而加入絮凝剂,其主要作用就是减少或消除处于中等距离上的排斥能,使得它们之间以吸引能为主,以便于颗粒聚集和絮凝；曲线VT存在能量障碍,颗粒间相互作用能曲线VT有一个能量峰Vm,能量峰Vm是凝聚和絮凝的最大能量障碍。

    微细粒子的表面电荷经中和后，利用粒子与粒子间彼此微弱的范德华吸引力而形成凝集作用。这种力量非常薄弱，容易受到机械力的破坏，、凝结作用通常发生在快混池中。快混的目的是要使凝结剂能完全分散于水中，并以最快的速度得到最有效的凝结作用。其滞留时间通常仅0.5～5 min。凝结过程可借助化学药剂的加入而完成，化学药剂如硫酸铝A12(SO4)3、硫酸亚铁(FeSO4)、氯化亚铁(FeCl2)、高分子聚电解质、活性硅及其他(如石灰等)。
    凝结作用的发生，可能具有以下的反应机理：①络合离子的形成；②质子的转移；③静电吸引；④离子隅形成；⑤Zeta电位的降低。架桥作用在两个或多个固体微细粒子间，利用絮凝剂起架桥作用，使微细粒。子聚集而成较大颗粒的絮体。这种反应须在絮凝池中通过完全搅拌来完成．滞留时间20～60min。高分子聚电解质的絮凝现象又可分为架桥作用及电性中和作用。中性高分子聚合物大多只有架桥作用，而阳性及阴性聚合物除了架桥作用外，尚有电性中和作用。如果凝结及絮凝过程的设计或操作不适当，则可能不会发生凝集现象，在沉降过程中的固液相分离将会失败。影响凝结及絮凝的主要因素可能有：①搅拌能量；②搅拌时间；③絮凝剂及反应物的浓度；④pH值；⑤污泥浓度。
    当吸附粒子发生凝集作用时，有化学反应及物理反应等机理。①化学反应机理。假设粒子以明确的化学结构凝集，并由于彼此间的化学反应(如错离子的形成及质子的转移等)造成胶质粒子的不稳定状态。②物理反应机理。由于存在双电层及某些物理因素(如反离子吸附、离子隅的形成及泳动电位的降低)，当与胶质粒子具有不同电性的离子加入溶液中时，会发生凝结作用。发生凝结作用时，胶体粒子必失去稳定作用或发生电性中和，不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒。胶体粒子的大小变化很大。当其颗粒较小时，较难以去除。当颗粒较大时，由于质量与表面电荷的比也大，因此它不会具有足够的表面电荷来造成粒子彼此间的排斥力。而粒子颗粒越小，其质量与表面电荷的比越低，因之表面电荷有足够的相互排斥力，阻止凝集现象发生。此时只有加人絮凝剂，才能帮助其凝集。当加人絮凝剂时，它会离子化，并与粒子表面形成价键。为克服粒子彼此间的排斥力，絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞。当粒子逐渐接近时，氢键及范德华力促使粒子结成更大的颗粒。碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理、化学作用而开始凝集，较大颗粒粒子从水中分离而沉降。
    沉降作用
    絮体一旦形成，便需在静止状态下借重力而沉降。由絮体沉降的快慢可测知形成絮体的大小，絮体沉降速度必会影响到澄清池的效率。利用量筒及秒表，可测知絮体的沉降速度及胶凝程度。在传统水平流向澄清池中，如果絮体具有足够的沉降速度，能于较短时间在沉降区域内完全沉淀下来，则可得非常清澈的水质。
    在上层流向污泥层澄清池中，胶凝粒子可由存于底层的污泥层过滤掉。在上层流向固体粒子接触反应器澄清池中，污泥床无过滤作用，但由于延伸粒子的不断碰撞接触，增加了形成较大絮体的机会。澄清水的分离作用是一种动力破坏行为。澄清水分子比絮体轻，它们会继续上升。当跑出搅拌带之外时，水流的速度会降低，较重粒子上升的速度会减缓下来，然后开始往下沉，可能沉降于沉淀池底或停留于污泥床带。