Trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt và
phương pháp keo tụ dùng các chất polyme. Ngoài ra, chúng ta có thể kết hợp hai phương pháp với nhau, khi đó các polyme có nhiệm vụ tăng cường quá trình keo tụ cho các muối nhôm hoặc sắt.
b.1 Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu
Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, còn gọi là phèn nhôm hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các anion và cation theo phản ứng sau :
Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO42- FeCl3 → 2Fe3+ + 3Cl-
Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các phức chất hexa Me(H2O)63+ (trong đó Me có thể là Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ
với nhôm các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 đến 4; với sắt, chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3.
Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau :
Me(H2O)63+ + H2O → Me(H2O)5OH2+ + H3OTăng axit Me(H2O)5+ 2+ + H2O → Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+
Tăng kiềm Me(H2O)4(OH)2+ + H2O → Me(H2O)3+ + 3H2O + H3O Me(OH)3 + OH+
- → Me(OH)4-
Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đó là các sản phẩm mang nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al3(OH)45+. Các hợp chất này mang điện tích dương mạnh và có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các bông cặn. Các hydroxyt nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ, chất mang mùi vị,…tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do còn kết hợp với nước qua phản ứng thủy phân cũng tạo thành các hydroxyt như sau :
Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+
Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo ra 03 loại bông cặn sau :
88 Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít.
89 Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung hòa về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể.
90 Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các anion có trong nước nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ các chất bẩn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước bằng keo tụ, loại bông cặn thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ.
b.2 Keo tụ hoặc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử tử
Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 103 đến 107 g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch vào khoảng 0,1 đến 01 µm. Chúng còn được sử dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng phèn nhôm hoặc sắt là những chất keo tụ chính. Chúng giúp cho quá trình
keo tụ xảy ra nhanh hơn và tạo ra các bông có kích thước lớn hơn để có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng.