天然水中细微渐浊物质是以分散的胶体微粒状态存在的，其中主要是粘土微粒。这些单体的细小微粒，长久不能下沉，并且由于带有同名负电荷，互相排斥而不能相互凝聚。因此，它们在水中由于受水分子热运动的冲击而作无规则的布朗运动，在水中均匀扩散产生无规则的漫射现象，呈现浑浊并保持胶体分散几乎不变的稳定性质。
天然水中粘土等胶粒具有双电层结构：内层为胶核吸附紧密的固定层，外层为吸附松散的扩散层。当胶粒在水中移动时，两层间由于吸附松散，发生滑动，形成滑移面，这个滑移面电位称为电位，用ζ表示。
当两胶粒互相发生胶联时，则显出电位的静电斥力，电位愈高，静电斥力也愈大，胶体的稳定程度增高。一般来说，当电位大于70mV时，水中胶体处于稳定状态。此外，电位大小与扩散厚度有关，扩散层厚度愈大，电位也大；如果压缩扩散层，使扩散层厚度减少，则电位降低，胶粒间的斥力减小，胶体稳定性降低，并在胶粒间引力作用下，有可能发生凝聚。对于天然水，一般当ζ等于20～40mV时，就可发生凝聚；当ζ降低到0时，在胶体间的引力作用下，凝聚作用的速度最快。
因此，水的混凝处理的目的，就是借助于混凝剂的作用，压缩水中胶体扩散层，降低ζ，使之脱稳，并在吸附引力作用下，使胶体和胶体间，胶体与混凝剂的水解胶体间相互凝聚，并且吸附水中悬浮物质、部分细菌和溶解质，生成较大的绒体（通称矾花），为随后在沉淀或澄清池中的固—液分离创造良好的条件，使水由浑变清。
为达到上述目的，须向水中投加混凝剂并应有良好的混合和反应条件。
1.混凝剂
在水处理中，常用的混凝剂有精制硫酸铝［Al2（SO4）3·8H2O］，粗制硫酸铝，硫酸亚铁［FeSO4·7H2O］，三氯化铁FeCl3·6H2O，碱式氯化铝［A12n（OH）mC13n-m］以及高分子有机聚合物，如聚丙烯酰胶等。
混凝剂加入水中，首先发生离解，例如铝盐为：
在低pH时，水中有大量带正电荷的铝离子和铝的高价多核络离子，它能压缩体扩散层，降低电位，它带有正电荷能与水中带负电胶体杂质微粒凝聚起来。氢氧化物胶粒体积比粘土等颗粒大，胶粒间还能像链条般结合，形成吸附架桥，在水中构成松散网状物，并能吸附水中各种杂质，形成大量颗粒矾花。
混凝剂的用量根据原水混凝试验确定。混凝剂将降低原水碱度，有时需投加石灰，投加量为：
［CaO］=0.5a-10x+20（mg/L）
式中 a——铝盐或铁盐混凝剂投加量，mg/L；
x——原水碱度，度。(www.xing528.com)
如果算得为负值，则表示无须投加石灰。
2.混合
混合过程是使混凝剂溶液迅速而均匀地分散到水中，生成正电荷多核络离子和氢氧化物胶体，络离子可压缩胶体杂质的扩散层，使它失去稳定性，而氢氧化物胶体和水中胶体杂质相互凝聚，结成极微小矾花，当其尺寸达到大于1μm时，便失去胶体布朗运动特性。混合过程一般在很短的时间即可完成，最多不超过2min。因此，对混合的基本要求是快速、均匀、混凝剂应在最短的时间内和管道混合。也可以采用专门的水力胶体杂质都能和药剂发生作用。
最简单的混合方法是水泵混合和管道混合。也可以采用专门的水力混合设备和机械混合设备。
利用水泵混合时，药剂溶液可加在水泵吸水管或吸水井中。其优点是利用水泵叶轮转动可使药剂与原水达到良好的混合效果，而且借助吸水管吸力容易加注。
压力管道混合是利用管道中紊动水流进行混合；将药剂加入水厂进水管中，管中沿程阻力与局部阻力之和一般不小于0.3～0.4m；有时，为此常在压力管上安装孔板或文氏管。
采用机械混合是在混合池内进行，它适用于一级泵站距离水厂较远时，其混合效果好，但要有一套机械搅拌混合设备，多耗电能，通常，立方米每秒的水量消耗功率为4.3～17kW，并增加机电设备维修管理工作。
3.反应
混合作用完成以后，水中胶体和细小悬浮物质已发生凝聚和初步絮凝，产生细小矾花，颗粒尺寸达到1～5μm以上，引时单靠紊动水流的水分子热运动不能再使它们发生胶体布朗运动和互相碰撞而增大。为此，需要进一步在反应设备中用人为的方法进行适度搅拌，使之继续发生絮凝，以便生成粗大而密实的矾花，其颗粒尺寸应在0.6～1.0mm以上，以便在沉淀池中易于沉降。
常用的反应池有：隔板式反应池、机械搅拌反应池、穿孔旋流反应池、折板式反应池以及旋流或涡流反应池等。
对于每一种反应池，都要求有适当的水流条件，即应有一定的流速，有适当的紊流程度，以增加矾花颗粒的碰撞次数，为颗粒的碰撞和吸附创造有利的絮凝条件，同时也要防止已结大了的矾花被破碎或下沉。生产实践表明，一般当反应池中流速大于0.75m/s时，结大了的颗粒易于破碎；流速小于0.1m/s时，颗粒就会下沉。反应池中流速应随着颗粒由小变大的过程逐渐由大到小。对于隔板反应池采用进口处流速为0.6m/s左右，而后逐渐减少到出口处的0.2m/s左右。水在反应池中还应保证有一定的反应时间，一般均不超过30min，反应时间多少随反应池形式而异。
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