前言

液體中微小顆粒相互聚結形成足夠大絮體，從而獲得經沉淀和過濾能從介質中分離出來的性質，這是許多工業技術及水和廢水處理中常見的單元操作，被稱為凝聚、絮凝或混凝，本書將這種微小顆粒的聚結統一稱為絮凝。絮凝現象普遍存在于自然界中，它對物質在環境中的傳輸、分布與遷移轉化有重要的影響。學習和研究絮凝的原理及其在水處理和環境科學中的應用具有十分重要的科學意義和實際價值。

在水處理中，能夠受到絮凝作用的顆粒物的尺度范圍，可從納米級的膠體顆粒，到微米級的顆粒，再到毫米級的可見顆粒物，其跨度達六個數量級。要使這些顆粒物發生絮凝，一方面需要向水中加入化學品以削弱顆粒間的靜電排斥力，降低懸濁液的穩定性，或加入化學品（聚合物）將顆粒物連接起來從而使顆粒變大；另一方面還需輸入能量以造成流體力學碰撞，或加入化學品生成顆粒物以增大碰撞頻率，結果使膠體化學和流體力學均涉及其中，而工程師則必須借助于它們的作用以獲得工藝和設備設計所需要的基礎信息。

伴隨著人類社會的進步和經濟的發展，天然水環境和人類用水在水質水量上正面臨著巨大的危機和嚴峻的挑戰。近年來，由于我國可持續發展戰略和環境保護政策的實施，以及國民經濟各部門科學技術人員和廣大人民群眾的不斷努力，絮凝法無論在給水處理中還是在廢水處理中均得到了更加廣泛的應用，其功能從傳統的前處理環節擴展到了二級處理和三級處理的單元操作，因而受到了廣大給水排水、環境工程、化學化工、石油、冶金、電力等許多領域的工程技術人員和科學研究人員的普遍關注，從而也獲得了更為迅速的發展。在此形勢下，適時且不斷地總結絮凝科學的現狀和近百年來的研究成果，使之更好地服務于水處理實踐，是筆者編寫本書的目的之一。

水處理絮凝科學經歷了長久的發展歷史，不斷從有關基礎學科吸收新的觀念和方法，加深認識和改進技術，已形成了一門系統的知識體系，但深入、完整、系統地介紹該領域知識的書籍尚不多見。許多知識常散見于各種書刊和資料中，或作為水處理技術專著或膠體科學專著中的章節，往往闡述的深度、廣度、角度和側重點各不相同，因此，多方面綜合絮凝科學的知識和成果，使之發展為一門獨立的專業學科是筆者編寫本書的目的之二。

以往的著作的作者往往是從各自的專業角度去介紹水處理絮凝方面的知識。化學家常側重于膠體化學的理論及絮凝劑品種的合成方法，流體力學家常側重于流體力學條件對絮凝反應速度的影響，工程師則側重于水處理工藝及設備的開發?；瘜W家和流體力學家可能由于不太熟悉水處理工程而無法使自己的理論更加符合實際，工程師則可能由于對膠體科學和流體力學的理解不夠，而不能準確把握絮凝的作用、適用范圍及應用方法，各自都有片面性。鑒于此，為二者提供一個結合點是筆者編寫本書的目的之三。

筆者在多方面綜合的基礎上發現，雖然絮凝的科學技術已經歷了悠久的發展歷程，形成了一個較為完整系統的專門學科，但迄今為止在相當長的一段時間內，原創性進步尚不足。從20世紀60年代起，在絮凝的化學領域，聚合氯化鋁類絮凝劑和聚丙烯酰胺類絮凝劑在市場上一直占主導地位，迄今尚未出現實質性的突破和進步；在絮凝的流體力學方面雖然發現了網格絮凝的高效性，但對其作用機理的理解尚不夠清楚，迄今尚未發展形成更加有效的絮凝設備。所以筆者懇切地希望有志于絮凝科學的研究者們力戒浮躁，踏實攻關，爭取在絮凝的科學與技術方面取得新的進步與創新。

四十多年前，湯鴻霄院士將筆者引入了絮凝的科學領域，并給予了許多悉心的指導和教誨。自此筆者便潛心致力于水處理絮凝科學的學習和研究，多年的積累為本書的完成奠定了基礎。蘭州交通大學環境與市政工程學院的同仁們，在四十多年的教學和科研中給予了筆者無私的幫助，謹此對湯院士及同仁們一并表示誠摯的謝意。本書的出版得到了國家自然科學基金項目（No.21277065）的資助，筆者在此致以衷心的感謝。

筆者在理論及工程實際方面的知識和水平有限，書中所涉及的材料只是筆者見聞所及，不能周全，難免會有一些疏漏和不當之處，希望讀者提出批評指正。

常青

2020年10月