前言

液体中微小颗粒相互聚结形成足够大絮体，从而获得经沉淀和过滤能从介质中分离出来的性质，这是许多工业技术及水和废水处理中常见的单元操作，被称为凝聚、絮凝或混凝，本书将这种微小颗粒的聚结统一称为絮凝。絮凝现象普遍存在于自然界中，它对物质在环境中的传输、分布与迁移转化有重要的影响。学习和研究絮凝的原理及其在水处理和环境科学中的应用具有十分重要的科学意义和实际价值。

在水处理中，能够受到絮凝作用的颗粒物的尺度范围，可从纳米级的胶体颗粒，到微米级的颗粒，再到毫米级的可见颗粒物，其跨度达六个数量级。要使这些颗粒物发生絮凝，一方面需要向水中加入化学品以削弱颗粒间的静电排斥力，降低悬浊液的稳定性，或加入化学品（聚合物）将颗粒物连接起来从而使颗粒变大；另一方面还需输入能量以造成流体力学碰撞，或加入化学品生成颗粒物以增大碰撞频率，结果使胶体化学和流体力学均涉及其中，而工程师则必须借助于它们的作用以获得工艺和设备设计所需要的基础信息。

伴随着人类社会的进步和经济的发展，天然水环境和人类用水在水质水量上正面临着巨大的危机和严峻的挑战。近年来，由于我国可持续发展战略和环境保护政策的实施，以及国民经济各部门科学技术人员和广大人民群众的不断努力，絮凝法无论在给水处理中还是在废水处理中均得到了更加广泛的应用，其功能从传统的前处理环节扩展到了二级处理和三级处理的单元操作，因而受到了广大给水排水、环境工程、化学化工、石油、冶金、电力等许多领域的工程技术人员和科学研究人员的普遍关注，从而也获得了更为迅速的发展。在此形势下，适时且不断地总结絮凝科学的现状和近百年来的研究成果，使之更好地服务于水处理实践，是笔者编写本书的目的之一。

水处理絮凝科学经历了长久的发展历史，不断从有关基础学科吸收新的观念和方法，加深认识和改进技术，已形成了一门系统的知识体系，但深入、完整、系统地介绍该领域知识的书籍尚不多见。许多知识常散见于各种书刊和资料中，或作为水处理技术专著或胶体科学专著中的章节，往往阐述的深度、广度、角度和侧重点各不相同，因此，多方面综合絮凝科学的知识和成果，使之发展为一门独立的专业学科是笔者编写本书的目的之二。

以往的著作的作者往往是从各自的专业角度去介绍水处理絮凝方面的知识。化学家常侧重于胶体化学的理论及絮凝剂品种的合成方法，流体力学家常侧重于流体力学条件对絮凝反应速度的影响，工程师则侧重于水处理工艺及设备的开发。化学家和流体力学家可能由于不太熟悉水处理工程而无法使自己的理论更加符合实际，工程师则可能由于对胶体科学和流体力学的理解不够，而不能准确把握絮凝的作用、适用范围及应用方法，各自都有片面性。鉴于此，为二者提供一个结合点是笔者编写本书的目的之三。

笔者在多方面综合的基础上发现，虽然絮凝的科学技术已经历了悠久的发展历程，形成了一个较为完整系统的专门学科，但迄今为止在相当长的一段时间内，原创性进步尚不足。从20世纪60年代起，在絮凝的化学领域，聚合氯化铝类絮凝剂和聚丙烯酰胺类絮凝剂在市场上一直占主导地位，迄今尚未出现实质性的突破和进步；在絮凝的流体力学方面虽然发现了网格絮凝的高效性，但对其作用机理的理解尚不够清楚，迄今尚未发展形成更加有效的絮凝设备。所以笔者恳切地希望有志于絮凝科学的研究者们力戒浮躁，踏实攻关，争取在絮凝的科学与技术方面取得新的进步与创新。

四十多年前，汤鸿霄院士将笔者引入了絮凝的科学领域，并给予了许多悉心的指导和教诲。自此笔者便潜心致力于水处理絮凝科学的学习和研究，多年的积累为本书的完成奠定了基础。兰州交通大学环境与市政工程学院的同仁们，在四十多年的教学和科研中给予了笔者无私的帮助，谨此对汤院士及同仁们一并表示诚挚的谢意。本书的出版得到了国家自然科学基金项目（No.21277065）的资助，笔者在此致以衷心的感谢。

笔者在理论及工程实际方面的知识和水平有限，书中所涉及的材料只是笔者见闻所及，不能周全，难免会有一些疏漏和不当之处，希望读者提出批评指正。

常青

2020年10月