絮凝剂
絮凝剂（flocculant）是能够吸附水中的溶质、胶体或悬浮颗粒，使其聚集形成较大的絮状物或絮状沉淀物的水处理药剂。根据化学成分的不同，絮凝剂的种类可分为无机化合物、有机和微生物絮凝剂。无机絮凝剂主要有铁系和铝系两大类 ，按照分子量大小又可分为低分子体系和有机高分子化合物体系两类。有机絮凝剂可分为人工合成高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。微生物絮凝剂是一种由微生物或其分泌物产生的具有絮凝活性的特殊代谢产物，主要有三类。同一物质可因用量不同，起絮凝作用或者起反絮凝剂作用，也就是说既可作絮凝剂亦可作反絮凝剂。
絮凝过程的作用机理主要包括双电层压缩理论、吸附电中和作用、沉淀网捕作用和吸附架桥作用。絮凝过程的作用机理在水处理过程中并不是单独孤立的， 往往是同时并存且相互影响的，在一定情况下以某种作用机理为主。絮凝过程是一个复杂的物理和化学过程，除了絮凝剂本身的种类、性质、结构和投加量影响絮凝作用外，溶液的温度、pH值、搅拌强度和时间都对絮凝效果产生影响。
絮凝剂因自身絮凝能力可广泛用于印染废水、含油废水等各种不同类型的工业废水。另外，絮凝剂可用于药用水的预处理、超细微药物制备的分散剂等药用辅料。但是，传统的絮凝剂如铝盐、铁盐等会对人体和环境产生危害。
分类
无机絮凝剂
按照金属盐的分类，无机絮凝剂主要分为铁系和铝系两大类 ，并可根据分子大小又可分为低分子体系和有机高分子化合物体系两类。铁系无机化合物低分子絮凝剂主要包括FeCl3、Fe2(SO4)3；铝系无机低分子絮凝剂则包括AlCl3、Al2(SO4)3等。无机聚合物絮凝剂是由普通的无机铁盐和铝盐与聚合剂反应而成的高分子配位化合物，如聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁等。
有机絮凝剂
根据化学成分的不同，有机絮凝剂可分为两大类：人工合成高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。前者多为水溶性的聚合物，按其所带的电荷不同，又可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性絮凝剂。阳离子型有机絮凝剂是带正电荷的聚合物，包括PAM（Polyacrylamide，PAM）及其衍生物等；聚丙烯酸钠、丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物、聚苯乙烯磺酸钠等都属于阴离子型有机有机高分子化合物絮凝剂。非离子型有机高分子絮凝剂包括非离子型PAM、聚乙烯醇、PEO等；两性高分子絮凝剂同时具有阳离子和阴离子功能的基团，常见有PAM类两性高分子絮凝剂。
天然高分子絮凝剂分为糖类类和甲壳质类两大类。前者在植物中常见，包括淀粉、纤维素、木质素、单宁等。甲壳素是甲壳亚门和昆虫外骨骼的主要成分，将甲壳素脱乙酰化得到另一种绿色絮凝剂壳聚糖。
微生物絮凝剂
微生物絮凝剂（Microbial flocculants，MBF）是由微生物或其分泌物产生的具有絮凝活性的特殊代谢产物，主要成分由具有两性多聚电解质特性的糖蛋白、多糖、蛋白质和脱氧核糖核酸等生物高分子化合物组成，可利用多种生物技术通过微生物的发酵、抽提和精制而得到，被称为第三代絮凝剂。
微生物絮凝剂主要分为三类，一类是将微生物细胞作为絮凝剂；二是以微生物细胞的代谢产物为絮凝剂，主要是细菌的荚膜和粘液质，主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及其复合物；三是以微生物细胞壁的提取物为絮凝剂，例如藻类和霉菌的细胞壁提取物等。
作用机制
双电层压缩机理
絮凝分离是一种处理水中胶体和悬浮颗粒的方法。絮凝剂中的有效成分会与水中的胶体颗粒表面上的异号电荷发生反应，将其中和掉一部分电荷，胶体的双电层就会受到压缩，降低相互斥力，增强胶体颗粒之间的引力，促使他们聚集，胶体颗粒得以絮凝沉降。
吸附电中和作用
胶粒表面的电荷会与异号离子、异号胶粒或链状有机高分子化合物带异号电荷的部分进行相互作用，形成吸附层。吸附层的生成减少了胶粒表面电荷的数量，减少了静电斥力；同时胶粒之间也会发生相互作用，引起引力增加，形成稳定的絮体，从而聚集、脱稳并最终沉降下来。
吸附架桥作用
溶液中胶体和悬浮物颗粒在静电引力、分子间作用力和氢键等力作用下，与有机或无机高分子絮凝剂的活性部位进行吸附作用，形成胶粒—絮凝剂—胶粒结构的絮体，从而在溶液中沉淀下来。
沉淀网捕作用
水溶液中的铁盐或者铝盐会在水中形成带有较高正电荷的水合金属氢氧化物，这些氢氧化物会吸附捕获带负电荷的胶粒，从而形成絮状沉淀沉积在水底。
影响因素
絮凝剂
絮凝剂的种类、性质、结构和投加量都是影响絮凝作用的重要因素。只有通过选择合适的絮凝剂并调节投加量，才可以有效地从水体中去除悬浮物、胶体颗粒和溶解物，提高水质净化效果。在絮凝剂选型适宜的情况下，絮凝剂的相对分子质量越高，吸附位点就越多，携带的电荷就越多，絮凝性能也就越好。另外，确保使用适当的投加剂量是获得良好絮凝效果的关键。絮凝剂的最佳用量是固体颗粒表面吸附大分子化合物达到饱和时一半的吸附量。
温度
过高和过低的水温皆不利于絮凝作用，使用中应根据实际情况选择合适的温度。水温低时，会降低絮状物的的生成速度，会增大胶粒的运动阻力，会较少胶粒的碰撞机会，因此过低的水温会影响絮凝效果。水温过高时，水解速度过快，絮体大而轻，沉降速度慢，絮凝效果也会明显下降。
pH值
溶液的pH值会影响胶体颗粒表面和絮凝剂链上的电性和电荷密度。一般情况下，在碱性和中性的环境下可选择使用铝盐和铁盐等无机絮凝剂和阴离子型的有机有机高分子化合物絮凝剂；阳离子型的有机高分子絮凝剂适合于酸性和中性的环境，；而非离子型的有机高分子絮凝剂适合于从酸性到碱性的环境下使用。
搅拌和时间
在絮凝剂的溶解阶段，强烈搅拌可以增加溶解剂与絮凝剂的接触面积，从而加速溶解过程和均匀分散。在絮体的成长阶段，需要缓慢搅拌。这是因为过快的搅拌可能会破坏已形成的较大絮体，使其碎裂并变小。结果，本来可以沉淀下来的颗粒可能被再次分散到溶液中，导致无法有效去除悬浮物。另外，搅拌时间也要保持适宜，不能过长或过短。
应用
废水处理
絮凝剂可用于处理印染废水、含油废水等各种不同类型的工业废水。由于印染废水中含有大量悬浮物、纤维素等，导致印染废水有机化合物含量多，成分复杂，且产量巨大，难以处理。微生物絮凝剂可与水中的悬浮物和色素分子结合，形成团块，达到除去悬浮物和脱色的目的。另外，这种方法对人体和环境都非常安全。含油废水是指在采油、炼油等工业生产过程中产生的含有油类物质的水体，含油废水成分复杂，直接回注会造成地层堵塞和管线腐蚀，直接外排会造成环境污染，因此絮凝剂可用于含油废水的处理。另外，絮凝剂也可以处理造纸废水、洗涤废水和生活废水等各种废水。
药用辅料
絮凝剂可广泛应用于药用辅料。铝盐等絮凝剂可与水中的固体杂质和热原发生反应，使其在水中形成沉淀，进而聚结、絮凝，故可用在药用水的处理中。壳聚糖通过与中药提取液中的杂质蛋白质、酸、果胶等大分子物质发生吸附作用，使其沉淀和分离，有效帮助中药药液进行提纯和精制。另外，絮凝剂也可用于处理药厂的污水污泥、吸附重金属离子、分散混悬液等。
食品领域
絮凝剂可用于食品领域。壳聚糖既能和酸以及多酚类物质进行反应，有助于调节食品的酸碱度和稳定性；又能吸附微粒杂质并形成絮团，澄清液体食品，且对食品的营养成分和风味没有影响，所以可以放心使用。壳聚糖也可制成薄膜，抑制多种食物中的有毒细菌和真菌，且有保鲜效果，故可作为一 种新型绿色包装膜。除此之外，微生物絮凝剂在发酵制品生产过程中起到重要的固液分离和去除残余菌体的作用。
存在问题
无机絮凝剂主要是铝盐和铁盐化合物，过量使用两者，会在活性污泥中造成金属的积累，进而增加后续处理的难度。铝盐絮凝法产生的污泥对土壤和人体都有一定的影响。铝是土壤中的常见元素，但当铝含量升高时，植物会吸收过多，从而影响其正常生长，甚至死亡；同时通过进食这些农作物，铝进入人体，亦会影响到人体的健康，会导致早老性痴呆、骨软化症、神经系统疾病、小细胞性贫血等疾病的发生。铁盐对金属有较强的腐蚀作用 ，如果管道或设备内部是由金属构成，使用含铁盐的絮凝剂会腐蚀设备。铁盐也可使处理水中带有颜色，对后续去除颜色增加难度，且高浓度的铁对人体健康和生态环境都有不利影响。
有机有机高分子化合物类絮凝剂聚丙烯酰胺虽本身无毒，但其水解产物单体丙烯胺具有强烈的神经毒性和强烈的致癌性，在使用过程中不仅对家畜和人会产生致突变、致癌、致畸效应，而且易导致环境二次污染。美国和英国对于聚丙烯酰胺的使用作出了限制和监管。在美国，对于聚丙烯酰胺Separun Nplo，最大允许浓度为1mg/dm3；在英国，聚丙烯酰胺的投加量平均不得超过0.5m/dm3，最大投加量不得超过1mg/dm3，此类规定限制了此类絮凝剂的应用。