在煤泥水多相分散體系中，微細顆粒的存在對沉降和過濾特性起決定性作用，借助于化學手段使微細顆粒聚集成較大顆粒的凝塊或絮團，是改善煤泥水沉降及固液分離效果的有效途徑。在固液分離過程中可以通過凝聚和絮凝的方法來破壞分散體系的穩定性，從而加快車娘速度并提高過濾效率。

1 凝聚與絮凝的一般概念

凝聚作用是加入無機電解質通過電性中和作用來解除布朗運動，使微粒能夠靠近接觸而聚集在一起。絮凝作用是加入帶有許多能吸附微粒的有效官能團的線狀高分子化合物，它像一條長繩能將許多微粒吸附在一起形成一個絮團，從而加速了沉降。長碳鏈的高分子化合物在微粒之間起聯系的橋梁作用，稱“架橋”作用。

2 作用原理

2.1 凝聚理論

2.1.1 同相凝聚與異相凝聚

具有相同顆粒表面電位的顆粒之間的凝聚稱為同相凝聚。由于表面電位相同，顆粒之間受靜電斥力作用。同相凝聚過程由DLVO理論加以敘述。

表面電位不同的異類顆粒之間的凝聚稱為異向凝聚。異相凝聚的靜電作用分兩種情況：

（1）相反電性（或一方不帶電）的顆粒，總受到其靜電引力作用。

（2）具有相同電性但大小不一的顆粒，相距較遠時表現為靜電斥力；而距離變小后又呈現靜電吸引。在兩類異相凝聚中，前者為自發過程，而后者則取決于荷電較小的顆粒電量。

在煤泥水體系中，由于煤和礦物質顆粒在正常pH條件下都荷負電，且電位相差不大，因此以同相凝聚為主。

2.1.2 DLVO理論

該理論認為一對顆粒之間的相互勢能由兩部分組成：雙電層靜電排斥能VR，分子作用能VA。

這兩方面作用能具有加合性，相互作用總勢能VT為：VT=VA隨著顆粒之間距減少，總能量出現三個極值：

（1）第二能谷。顆粒間距較大 ，形成準穩態凝聚體，自發過程。

（2）能峰（勢壘）。形成穩定凝聚體的能量障礙。

（3）第一能谷。顆粒充分靠近，形成穩態凝聚體，自發過程。

對于微細顆粒體系，無法施加外部能量克服勢壘。只有通過降低勢壘的方法使其凝聚。而勢壘主要取決于顆粒靜電能，只有通過添加某些離子，改變水中離子數量及構成，降低顆粒電動電位是促成顆粒凝聚的一條有效途徑。這就是凝聚的作用原理，也是不同水質煤泥水為什么處于不同分散狀態的原因所在。

2.2 絮凝原理

絮凝原理是和絮凝劑的結構相關聯。

絮凝劑通常是有機高分子化合物，它有兩部分構成：高分子骨架，活性基因。絮凝作用是由它們共同完成的。活性基團與顆粒表面通過各種鍵合作用，使得顆粒與絮凝劑結合。它決定了絮凝劑的鍵合類型以及鍵合的顆粒種類（即絮合的選擇性）。高分子骨架起到一種架橋作用，把粘結顆粒的絮凝劑分子聯系在一起，形成絮團。

分子大小與絮團結構及大小密切關系，因此，絮凝劑分子量對絮凝效果影響很大。

3 凝聚作用與絮凝作用的區別

雖然凝聚作用和絮凝作用都可以起到加速固液分離的目的，但作用機理不同。凝聚作用是：當在分散體系中加入無機電解質，通過電性中和，壓縮雙電層，降低了Σ點電位，減少微粒間的排斥能，從而達到凝聚的目的。絮凝作用則是：利用帶有許多活性官能團的高分子線狀化合物能在分子上吸附多個微粒的能力，通過架橋作用將許多微粒聚集在一起，形成一些較大體積的松散絮團，從而達到絮凝的目的。在固液分離過程中，由于兩種作用不同，其效果亦有區別。現將這兩種作用的區別敘述如下：

3.1 絮團大小不同

絮凝作用生成的絮團比凝聚作用生成的絮團大，這是由于高分子絮凝劑本身具有凝聚劑所沒有的獨特性能----吸附架橋作用，它可以使許多微粒互相結合，具有較大塊絮團的功能。

3.2 沉降速度

絮凝速度較凝聚速度快，根據斯托克斯定律可知，懸浮微粒的沉降速度與其粒徑成正比，有機高聚物通過其吸附架橋作用能將許多微粒連在一起，形成一個較大的絮團，因大絮團自由沉降作用與大顆粒相似，所以沉降速度快。凝聚作用是依靠微粒的碰撞粘附在一起的，所以聚集速度慢，形成的絮團細小，因而沉降速度緩慢。

3.3 絮團強度不同

凝聚作用是壓縮雙電層排斥能降低，然后又范德華吸引力起吸附作用，使微粒靠得很近；而凝聚作用是長碳鏈高分子線狀化合物起紐帶的架橋作用，將微粒連結在一起，形成比較松散的絮團。

3.4 濾餅含水率

使用高分子絮凝劑生成的絮團松散，微粒間空隙很多，水分可以直接浸入到絮團內部，因而絮凝物或濾餅含水率高。使用凝聚劑時，凝聚物堅硬結實，原因是絮團內部沒有空隙，水分不能進入，凝聚物或濾餅含水率低。

4 凝聚劑與絮凝劑的分類

4.1 無機凝聚劑

無機凝聚劑種類很多，下面就三種常用藥劑加以介紹。

4.1.1 鋁鹽和鐵鹽凝聚劑

鋁鹽和鐵鹽在水中存在形態不同，產生凝聚的機理也不同。

（1）電中和凝聚。在離子含量較低情況下，鋁離子和鐵離子主要以低聚合度高正電荷多核絡離子形態存在，對水中顆粒起電中和作用。

（2）架橋絮凝。當離子含量達到一定濃度時，鋁離子和鐵離子主要以聚合度低電荷的無機高分子及凝膠狀化合物的形式存在，它們在顆粒間起粘接架橋作用，使之絮凝。

（3）吸附卷掃。當離子含量較大時，鋁離子和鐵離子以微小的氫氧化物凝聚形態存在，吸附和粘結水中膠體雜質，卷帶它們一起從水中分離出去。

4.1.2 無機高分子聚合物

聚合氯化鋁是一種將鋁鹽預先控制在適宜條件下而制成的帶有適量電荷和較大聚合度的無機高分子電解質。它本質上與其它鋁鹽相同，只是以較優形態投入水中以立即發揮作用。

4.1.3 低價金屬的鹽類

這類離子在水中多以離子形式存在，主要通過壓縮雙電層降低表面電位達到凝聚的目的。

在以上三類凝聚劑中，由于無機離子凝聚劑用量少，效果好，目前應用廣泛。

4.2 絮凝劑

絮凝劑分為天然高分子化合物和人工合成有機高分子化合物。

天然高分子絮凝劑有淀粉類、纖維素的衍生物、腐植酸鈉、藻類及鹽、蛋白質等。它們為水溶性聚合物，其化學結構、分子量、活性基各不相同。人工合成高分子絮凝劑分以下三種類型：

（1）陰離子型，如聚丙烯酸鹽，聚磷酸乙烯酯等。

（2）陽離子型，如聚乙烯亞銨等。

（3）非離子型，如聚乙烯醇，聚氧化烯等。

按煤廠目前廣泛采用水解聚丙烯酰胺類絮凝劑。

5 藥劑的應用

凝聚劑的應用主要兩方面：與絮凝劑配合，用于較高濃度煤泥水處理；單獨應用處理低濃度污水以獲得澄清水。此外，部分凝聚劑在分選過程中起到分散劑和pH調整作用。絮凝劑用于分選和固液分離。用選擇性強的絮凝劑進行選擇性絮凝，是分選微細粒煤和礦物的有效方法。在固液分離時，可作為沉降絮凝劑加速顆粒沉降（如濃縮機，沉降式離心機）。也可作為助濾劑（如帶式擠壓機、過濾機），以改善物料的可過濾性。除了煤泥水處理外，凝聚和絮凝技術在處理各種工業污水和冶金方面也有重要應用。