聚丙烯酰胺（PAM）
是汙水處理中常用的混凝劑。
我先談談混凝機理：
1、壓縮雙層：凝膠團的雙層結構決定了反離子在凝膠粒子表面的最大濃度，與凝膠粒子表面向外的距離越大則反離子的濃度越低，最終使溶液的離子濃度相等。當溶液中加入電解質以增加溶液中的離子濃度時，擴散層的厚度就會減小。
當兩個膠體相互靠近時，由於擴散層的厚度減小，ξ電位減小，因此它們相互排斥的力減小，即溶液中離子濃度高的膠體間的排斥力小於離子濃度低的膠體間的排斥力。膠體間的吸力不受水相組成的影響，但由於擴散層變薄，它們碰撞時的距離減小，因此相互間的吸力較大。可見，斥力和吸引力的合力由排斥力為主變為吸力為主（斥勢能消失），膠粒能迅速內聚。
這種機理能較好地解釋港灣中的沈積現象，因為當淡水進入海水後，鹽分增加，離子濃度增大，淡水中膠體粒子的穩定性降低，所以粘土等膠體粒子在港灣中容易沈積。
根據這種機理，當溶液中加入的電解質超過臨界內聚濃度發生大量內聚時，就不會有更多多余的反離子進入擴散層，也就不可能出現改變膠體粒子的符號使膠體粒子重新穩定下來的情況。這樣的機理是通過簡單的靜電現象來說明電解質對膠粒失穩的作用，但它沒有考慮到其他性質在失穩過程中的作用（如吸附作用），因而不能解釋其他壹些失穩現象的復雜性，如作為混凝劑的三價鋁鹽和鐵鹽投加過多的混凝劑，混凝效果降低，甚至重新失穩；與高分子或高分子有機物具有相同電符號的粒子可能會有良好的混凝效果：等電點狀態下混凝效果應該是最好的，但在生產實踐中往往ξ電位大於零時混凝效果最好。.....，等等。
其實，混凝劑註入水溶液中使顆粒失穩的現象涉及顆粒與混凝劑、顆粒與水溶液、混凝劑與水溶液三個方面的相互作用，是壹種綜合現象。
2、吸附電中和：
吸附電中和是指顆粒表面的不同數目的離子、不同數目的顆粒鏈或遠離分子的不同數目的帶電部分具有較強的吸附作用，由於這種吸附作用中和了其部分電荷，減小了靜電斥力，因而易於接近和吸附其他顆粒。此時，靜電吸引往往是這些效應的主要方面，但在許多情況下，其他效應會超過靜電吸引。例如，用 Na+ 和十二烷基銨離子（C12H25NH3+）去除帶負電荷的碘化銀溶液造成的渾濁，發現同是壹價有機胺離子的去穩定能力比 Na+ 大得多、Na+過充電不會引起凝膠粒子的再穩定，而有機胺離子則不然，超過壹定的投加量就會使粒子出現再穩定的現象，粒子吸附的反離子過多，說明粒子吸附的反離子過多。從而使原來的負電荷變成了正電荷。鋁鹽、鐵鹽用量大時，也會出現再穩定現象，同時也會帶來電荷數的改變。上述現象用吸附和中和的機理來解釋是非常合適的。
3、吸附架橋效應：
吸附架橋效應的機理主要是指大分子物質和微粒的吸附架橋作用。也可以理解為兩個相同大小的大顆粒由於顆粒數量不同而在中間連接在壹起。高分子絮凝劑具有線性結構，它們與顆粒表面的某些部分具有能起化學作用的基團，當高分子與顆粒接觸時，這些基團能與顆粒表面的基團產生特殊的反應而相互吸附，而其余的高分子分子則在溶液中伸展開來，能吸附與顆粒表面有空隙的另壹個顆粒，使高分子起到架橋連接的作用。如果顆粒較少，聚合物拉伸的部分粘附在第二顆粒上，拉伸的部分遲早會被吸附在原來顆粒的其他部分上，聚合物起不到橋接作用，顆粒處於穩定狀態。聚合物絮凝劑用量過大，會使顆粒表面飽和產生再穩定現象。已經架橋的絮凝顆粒，如受到劇烈長時間的攪拌，架橋的聚合物可能會從另壹個顆粒表面脫離，再滾回到原來的顆粒表面，從而產生再穩定狀態。
聚合物在顆粒表面的吸附作用來源於多種物理化學作用，如範德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，這取決於聚合物與顆粒表面以及兩者化學結構的特點。這種機理可以解釋電學符號相同的非離子型或離子型高分子絮凝劑都能獲得良好絮凝效果的現象。
4、沈澱物網捕機理
當金屬鹽（如硫酸鋁或氯化鐵）或金屬氧化物和氫氧化物（如石灰）作為混凝劑時，當投加量足夠大時，能迅速沈澱出金屬氫氧化物（如Al（OH）3、Fe（OH）3、Mg（OH）2，或金屬碳酸鹽（如CaCO3），水中的顆粒在形成時被沈澱物網捕。當沈澱物帶正電荷時（在中性和酸性 pH 值範圍內為 Al(OH)3 和 Fe(OH)3），溶液中陰離子（如硫酸銀離子）的存在會加快沈澱速度。此外，水中的顆粒本身也可以作為這些金屬氧化物沈澱形成的核心，因此混凝劑的最佳用量與需要去除的物質濃度成反比，即顆粒越多，金屬混凝劑的用量就越少。
以上介紹的四種混凝機理，在水處理中往往不是單獨孤立的現象，往往可能同時存在，只是在某些情況下以某種現象為主，似乎可以用它們來解釋水的混凝現象。但水凝結的機理還在發展之中，有待進壹步的實驗來獲得更完整的解釋。
下面再談談鋁鹽的水解過程：
凡是金屬陽離子，不論以何種藥劑形式圖加入，它們在水中都以三價鋁[Al（Ⅲ）]和三價鐵[Fe（Ⅲ）]的多種化合物存在。以鋁鹽為例，即使 Al（Ⅲ）以簡單離子態存在於水溶液中，它也不是 Al3+，而是 Al（H2O）63+，即水合鋁的復合離子態。
當pH值為<3時，在水中這種水合鋁絡離子將以水合鋁離子為主要形態，如pH值升高，水合鋁絡離子將發生協調水分子解離（即水解過程），生成水合鋁離子、水解過程），生成各種羥基鋁離子，pH 值隨之升高，水解壹步步進行，由單核壹羥基水解成單核三羥基，最終會產生氫氧化鋁化學沈澱而析出。
實際反應要比上述反應復雜得多，當pH>4值時，羥基的羥基離子增多，羥基的羥基離子之間可發生架橋連接（羥基架橋）產生多核羥基絡合物，即聚合物的縮聚反應。
由產物[Al2(OH)2(H2O)5]4+可進壹步通過羥基橋聯成[Al3(OH)4(H2O)10]5+。與此同時，生成的多核聚合物將繼續水解。
於是，水解和縮聚這兩個反應交織在壹起，最終形成了聚合度極高的中性氫氧化鋁。當自由基的數量超過其溶解度時，就會析出氫氧化鋁沈澱。
根據上述情況，在整個反應過程中，Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4- 等簡單成分和 [(Al(OH)14]4+ 、[A17(OH)17]4+ 、[Al8(OH)20]4+ 、[Al13(OH)34]5+ 等多種聚合離子都同時出現、都是同時出現的，它們勢必在混凝過程中發揮作用，***高聚合度的正價離子在中和粘土顆粒的負電荷，以及壓縮其雙電層時促進混凝的能力都很大。
在生成帶負價離子的無機聚合物時，不能依靠電荷中和作用，而主要依靠吸附架橋的作用使粘土顆粒失穩。
這就是 PAC 的凈水機理。
PAM是壹種高分子混凝劑，它的機理是：
（1）因為它具有極性基因--酰胺基，容易借用氫的作用吸附在泥沙顆粒表面；（2）因為它具有較長的分子鏈，大數量級的長鏈在水中有巨大的吸附表面積，所以絮凝時好利用顆粒間的長鏈。利用長鏈可以在顆粒之間架橋，形成大顆粒的絮凝體，加速沈降。(3）借助聚丙烯酰胺的絮凝-助凝作用，泥漿在凈水處理混凝過程中可能發生雙重電離壓縮，使顆粒聚集穩定性降低，在分子引力的作用下顆粒被結合，分散相中的單純陰離子可被高分子陰離子基團所取代；(4）天然水中的大分子和物質成分與水中的懸浮物，或加入水解混凝劑前它的離子之間發生化學作用，可能發生絡合；（5）由於分子鏈固定在不同的顆粒表面，在各個固相顆粒之間形成聚合橋。聚丙烯酰胺是壹種化學性質活躍的高分子化合物。由於分子側鏈上的酰氨基具有活性，聚合物獲得了許多有價值的特性。非離子型 PAM 絮凝劑不帶離子官能團，因此與陰離子型 PAM 絮凝劑相比，具有以下特點：絮凝性能受水 PH 值和鹽分波動的影響較小；在中或堿性條件下，其絮凝效果（沈降速度）不如陰離子型，但在酸性條件下優於陰離子型，絮體強度強於陰離子聚合物絮凝劑。陰離子 PAM 型絮凝劑的分子量通常低於陰離子或非離子聚合物，其澄清性能主要是通過電荷中和獲得的。這類絮凝劑的作用主要是絮凝帶負電荷的膠體，具有除濁、脫色等功能，適用於有機膠體含量較高的水處理。
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