Одним з найбільш широко застосовуваних на практиці прийомів зниження вмісту суспензії у воді єседиментації під дією сил тяжіння. Однак, домішки, що обумовлюють мутність і кольоровість природних вод, відрізняються малими розмірами, внаслідок чого їх осадження відбувається вкрай повільно, так як сили дифузії превалюють над силами тяжіння. Крім того, наявність домішок колоїдного характеру ще більше ускладнює процес седиментації. Для прискорення процесів осадження, фільтрування, флотації та підвищення їх ефективності вдаються до коагулированию домішок води.
Коагуляцією домішок води називається процес укрупнення колоїдних і зважених частинок дисперсної системи, яка відбувається в результаті їх взаємодії і об'єднання в агрегати. Коагуляція являє собою комплекс хімічних і фізичних взаємодій між негативно зарядженими колоїдними частинками і катіонами, тобто позитивно зарядженими хімічними реагентами. Вона використовує різні сили відштовхування і тяжіння, які забезпечують стійкість або, навпаки, нестійкість колоїдної суспензії, а саме:
- сили електростатичного відштовхування;
- сили тяжіння Ван-дер-Ваальса;
- силу всесвітнього тяжіння.
Коагуляція дестабілізує колоїдну суспензію за допомогою двох різних механізмів:
- нейтралізації заряду
Енергія перемішування, що застосовується в процесі очищення, збільшує кількість і частоту цих зіткнень частинок, посилюючи агломерацію твердого речовини і сприяючи утворенню пластівців.
- хімічного зв'язування
З двох механізмів, які беруть участь в процесі коагуляції, нейтралізація заряду грає набагато важливішу роль, ніж хімічне зв'язування. Завершуються ці процеси відділенням агрегатів злиплих частинок від рідкої фази.
Слово «коагуляція» походить від латинського «coagulare», що означає «збирати разом». Коагуляція грає важливу роль в процесах водоочистки для видалення зважених колоїдних частинок, які можуть надавати питній воді неприємні смак, колір, запах або каламутність. Це робиться шляхом додавання до неочищеної воді спеціальних хімічних реагентів (коагулянтів). Під дією коагулянтів дуже маленькі, надзвичайно дисперсні колоїдні частинки об'єднуються разом в великі маси (пластівці), які потім можна видалити такими методами розділення твердої і рідкої фази, як осадження, флотація і фільтрація.
Правильний вибір дози коагулянту має першорядне значення для коагулирования домішок води. Під дозою коагулянту мається на увазі певне масове кількість реагенту, яке додається до одиниці об'єму оброблюваної води. Доза коагулянту вимірюється в мг / л, г / м 3.
Наочне уявлення про вплив дози коагулянту на процеси освітлення і знебарвлення води дає коагуляционная крива. Її можна розбити на три зони. У зоні I при малих дозах коагулянту ефект освітлення і знебарвлення води відстоюванням або фільтруванням незначний. У зоні II збільшення дози коагулянту різко позначається на ефекті освітлення і знебарвлення води. Кордон між зонами I і II зветься порога коагуляції. У зоні III збільшення дози коагулянту не дає помітного поліпшення ефекту освітлення і знебарвлення води. Крива практично паралельна осі абсцис. Кордон між зонами II і III носить назву оптимальної дози.
При коагулюванні домішок води необхідно швидке і рівномірний розподіл реагентів в її обсязі для забезпечення максимального контакту частинок домішок з проміжними продуктами гідролізу коагулянту (які існують протягом короткого проміжку часу), так як процеси гідролізу, полімеризації і адсорбції протікають протягом 1 секунди.
Для рівномірного і швидкого змішування реагентів з водою їх слід вводити в зонах найбільшої турбулентності потоку в декількох точках його перетину. Для змішування реагенту з водою необхідно передбачати реагентораспределітелі (пристрої введення реагентів), що забезпечують їх швидке рівномірний розподіл в подає каналі або трубопроводі, і змішувачі, де відбувається подальше інтенсивне змішання введених реагентів з оброблюваної водою. Реагентораспределітелі рекомендується виконувати у вигляді перфорованих трубчастих систем або вставок в трубопровід, що представляють собою місцеві опори. Втрату напору в трубопроводі при установці зазначених пристроїв відповідно приймають 0,1 ... 0,2 і 0,2. 0,3 м.
Перікінетіческая (молекулярно-кінетична) коагуляція закінчується, коли частинки досягають розміру 1 ... 10 мкм, що практично збігається з періодом швидкого розподілу коагулянту в оброблюваної воді в змішувачах. Неефективне змішання призводить до перевитрати коагулянту і малій швидкості агломерації домішок води при даній дозі реагенту. Отже, необхідно створити оптимальний режим роботи змішувачів, при якому коагулянт вступив би в зіткнення з максимальним числом частинок домішок води до того, як закінчаться реакції гідролізу і полімеризації.
Застосування полімерних флокулянтів після дестабілізації колоїдної суспензії коагулянтами дозволяє збільшити ефективність процесу очищення. Завдяки своїй дуже великою молекулярною масою полімерні флокулянти надзвичайно ефективно утворюють містки між мікрохлопьямі, що виникли при коагуляції, створюючи більші макрохлопья. Використання слідом за коагуляцией дуже малих кількостей флокулянтів (0,01 - 0,5 мг / л) максимізує захоплення частинок, прискорює утворення пластівців і робить пластівці більш щільними і швидко осаджувати. Використання флокулянтів для цієї мети дозволяє також обмежити дозування коагулянтів до мінімальної кількості, необхідного для дестабілізації колоїдної суспензії, оскільки при цьому не потрібно надмірна кількість коагулянту для утворення суспензії, здатної випасти в осад.
Результатом процесу коагуляції є видалення забруднень у вигляді нерозчинного осаду або флотошлама.