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水処理において、凝集と凝結は、微細なフロックをより大きなフロックに凝集させ、水から分離しやすくする化合物の添加を伴う。凝集は電荷の中和を伴う化学プロセスであるのに対し、凝結は電荷の中和を伴わない物理プロセスである。凝集・凝結プロセスは、ろ過や沈殿などの他の水処理または廃水処理プロセスの間の前処理または中間段階として使用できる。鉄塩とアルミニウム塩が最も広く使用されている凝集剤であるが、チタンやジルコニウムなどの他の金属の塩も非常に効果的であることがわかっている。[ 1 ] [ 2 ]
凝集は、使用する凝集剤の種類、その投与量と質量、処理対象水のpHと初期濁度、および存在する汚染物質の特性によってのみ影響を受けます。 [ 1 ] [ 3 ]凝集プロセスの有効性は、酸化などの前処理によっても影響を受けます。[ 1 ] [ 4 ]
コロイド懸濁液では、コロイド粒子は互いに反発し合う表面電荷を帯びているため、粒子は非常にゆっくりと沈降するか、全く沈降しません。この表面電荷は、滑り面における電位であるゼータ電位で評価されるのが一般的です。凝集を誘発するには、反発電荷を克服して懸濁液を「不安定化」するために、反対の電荷を持つ凝集剤（通常は金属塩）を水に加えます。例えば、コロイド粒子は負に帯電しており、凝集剤としてミョウバンを加えると正に帯電したイオンが生成されます。反発電荷が中和されると（反対の電荷は引き合うため）、ファンデルワールス力によって粒子が互いにくっつき（凝集し）、微細なフロックが形成されます。
使用する凝集剤の量は、ジャーテストによって決定できます。[ 1 ] [ 5 ]ジャーテストでは、処理する水の同じ体積のサンプルを異なる量の凝集剤にさらし、同時に一定の高速混合時間でサンプルを混合します。[ 5 ]凝集後に形成されたマイクロフロックはさらに凝集し、沈降させます。次にサンプルの濁度を測定し、最も濁度が低い量を最適量とすることができます。
いわゆる「脱水実験」の実施において広く用いられているにもかかわらず、ジャーテストにはいくつかの欠点があるため、その有用性は限られています。例えば、候補となる凝集剤や凝集促進剤の性能を評価するには、大量の水/廃水サンプル（リットル）と実験時間（時間）の両方が必要です。そのため、繰り返し実験の追加を含め、実施できる実験の範囲が制限されます。[ 6 ]さらに、ジャーテスト実験の分析結果は、多くの場合、半定量的なものにとどまります。存在する化学凝集剤や凝集促進剤の種類が多岐にわたることと相まって、最も適切な脱水剤と最適な投与量を決定することは、「科学」というより「芸術」であると広く考えられています。[ 7 ]そのため、ジャーテストなどの脱水性能試験は、小型化に適しています。例えば、LaRueらによって開発されたマイクロスケール凝集試験などがあります。この手法は、従来のジャーテストの規模を標準的なマルチウェルマイクロプレートのサイズまで縮小し、サンプル量の減少と並列化の向上による利点をもたらします。また、この技術は、毛細管吸引時間などの定量的な脱水指標にも適しています。[ 7 ]
凝集剤の投与量を決定するための自動装置は、ストリーミング電流検出器（SCD）です。SCDは粒子の正味表面電荷を測定し、電荷が中和されたとき（陽イオン凝集剤が陰イオンコロイドを中和するとき）にストリーミング電流値が0であることを示します。この値（0）で、凝集剤の投与量が最適であると言えます。[ 1 ]
凝集自体によってフロックが形成されますが、フロックをさらに凝集させて沈降させるには凝集沈殿が必要です。凝集沈殿プロセス自体では天然有機物（NOM）の約60～70%しか除去されないため、原水または廃水を完全に処理するには、酸化、ろ過、沈殿などの他のプロセスが必要です。[ 4 ]また、プロセスの効率を高めるために、凝集助剤（コロイド同士を架橋するポリマー）もよく使用されます。[ 8 ]