На предприятиях водоснабжения в качестве коагулянта чаще всего применяют сульфат алюминия. Сульфат железа применяют там, где необходимо предварительное снижение щёлочности и карбонатной жёсткости воды с помощью известкования. Сульфат алюминия не сочетается с известкованием в силу амфотерных свойств, что при высоких значениях рН приводит к высоким концентрациям остаточного алюминия в осветлённой воде.
В водном растворе сульфат алюминия диссоциирует с образованием ионов Al3+, часть которых адсорбируются взвесью и коллоидами, а другая часть подвергается гидролизу:
Al3++3H2O ↔ Al(OH)3↓+3H+
В результате реакции образуется малорастворимое соединение гидроксида алюминия, находящемся в коллоидном состоянии. При добавлении коагулянта в воду с природной органикой образуется сложная система коллоидов и суспензий. Коагуляция в такой системе может происходить из-за адсорбции катионов, но чаще это происходит из-за смещения равновесного электрического потенциала коллоидных частиц, который препятствовал их взаимному слипанию и выпадению в осадок. Для увеличения эффективности этого процесса, в дополнение к коагулянту, современные технологии водоподготовки могут использовать широкий спектр флокулянтов различного типа: нейтральных, катионных или анионных.
Эффективность процесса коагуляции оценивается по остаточному содержанию органики, остаточному алюминию и полиакриламиду. Следует иметь в виду, что избыток коагулянта относительно его оптимальной концентрации, так же приводит к снижению эффективности, как и его недостаток. Другими условиями, позволяющими значительно улучшить (ускорить) процесс являются: повышение температуры воды до 25-30 °С; обеспечение интенсивного перемешивания реагентов на стадии ввода; поддержание рН в пределах 6,0-7,0 ед.- именно при этих значениях гидроксид алюминия имеет наименьшую растворимость; обеспечение необходимой щёлочности воды.
Гидролиз таких коагулянтов как сульфат алюминия, сернокислое железо или хлорное железо, приводит к снижению рН – увеличению концентрации ионов водорода, которые препятствуют дальнейшему гидролизу коагулянта, снижая эффективность процесса. Природная вода не всегда имеет необходимую буферность, и тогда значение рН снижается очень сильно. В этом случае прибегают к подщелачиванию воды щелочными реагентами: едкий натр, сода, известь. Подщелачивание производят до ввода коагулянта, а при отсутствии такой возможности – одновременно с ним.
Если дозу подщелачивающих реагентов несложно посчитать теоретически, зная состав исходной воды и дозу коагулянта, то с самим коагулянтом дело обстоит гораздо сложнее. Из-за множества факторов теоретический расчёт невозможен, для определения дозы коагулянта проводится пробная коагуляция в лабораторных условиях.
При пробной коагуляции необходимо соблюдать условия, приближённые к реальной работе оборудования: выдерживать температуру воды, интервал и очерёдность ввода реагентов, условия перемешивания, отстаивания и другие. Проводится 5-12 параллельных опытов в несколько этапов – с различными коагулянтами, с различной концентрацией коагулянтов, с различными флокулянтами, с различной концентрацией флокулянта. В каждом опыте производится анализ воды и фиксируется: время образования осадка, плотность осадка, мутность, цветность, остаточное содержание органических веществ, остаточное содержание катиона коагулянта.
Из-за того, что в лабораторных условиях не всегда возможно воспроизвести условия реального технологического процесса, особенно смоделировать работу такого оборудования как промышленный осветлитель, результаты пробной коагуляции дополнительно должны уточняться в процессе режимной наладки оборудования водоподготовки.