Mục đích của quá trình keo tụ và tạo bông cặn là tạo ra tác nhân có khả năng dính kết các chất làm bẩn nƣớc ở dạng hòa tan lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng trong các bể lắng và dính kết trên bề mặt hạt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tế nhất.
Khi trộn đều phèn với nƣớc xử lý lập tức xảy ra các phản ứng hóa học và lý hóa tạo thành hệ keo dƣơng phân tán đều trong nƣớc, khi đƣợc trung hòa hệ keo dƣơng này là các hạt nhân có khả năng dính kết với các keo âm phân tán trong nƣớc để tạo thành các bông cặn, do đó quá trình tạo nhân dính kết gọi là quá trình keo tụ, quá trình dính kết cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trình phản ứng tạo bông cặn.
Trong kỹ thuật xử lý thƣờng dùng phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeCl3, Fe2(SO4)3, và FeSO4. Hiện nay đã có hai nhà máy sản xuất phèn nhôm (một ở KCN Việt Trì, còn lại là ở Tân Bình Thành phố Hồ Chí Minh). Quá trình sản xuất pha chế
định lƣợng đơn giản nên tại Việt Nam thƣờng dùng phèn nhôm. Còn phèn sắt tuy có hiệu quả keo tụ cao, nhƣng các quá trình khác nhƣ sản xuất, vận chuyển và định lƣợng phức tạp nên chƣa đƣợc sử dụng. Hiệu quả của quá trình keo tụ phụ thuộc vào điều kiện khuấy trộn (nhanh và đều), nhiệt độ của nƣớc (nhiệt độ càng cao càng tốt), pH của nƣớc (nếu sử dụng phèn nhôm thì pH nằm trong khoảng 5,7 – 6,8) và phụ thuộc vào độ kiềm (độ kiềm của nƣớc sau khi pha phèn còn lại >= 1mđlg/l).
Quá trình dùng phèn nhôm:
Khi phèn nhôm vào nƣớc, chúng phân ly thành các ion Al3+, các ion bi thủy phân trở thành Al(OH)3.
Al3+ + 2H2O Al(OH)3 + 3H+
Trong khi đó dùng phèn sắt, phèn sắt chia làm hai loại: phèn sắt II và phèn thành Fe(OH)3.
Fe2+ + 2H2OFe(OH)2 +2H+
Fe(OH)2 vừa đƣợc tạo thành vẫn có độ hòa tan trong nƣớc lớn, trong nƣớc có oxy hòa tan, Fe(OH)2 sẽ oxy hóa thành Fe(OH)3.
4Fe(OH)2 + O2 +2H2O 4Fe(OH)3
Phèn sắt III (loại FeCl3 hay Fe2(SO4)3) khi cho vào nƣớc phân ly thành Fe3+ và bị thủy phân thành Fe(OH)3.
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 +3H+
Hiệu quả của quá trình tạo bông cặn phụ thuộc vào: cƣờng độ và thời gian khuấy trộn để các nhân keo tụ và cặn bẩn va chạm và dính kết vào nhau nếu là keo tụ trong môi trƣờng thể tích, phụ thuộc vào độ đục và nồng độ cặn của nƣớc thô đã đƣợc dính kết từ trƣớc nếu keo tụ trong lớp vật liệu lọc.
Để tăng quá trình tạo bông, thƣờng cho vào bể phản ứng tạo bông cặn chất trợ keo tụ polyme. Khi tan trong nƣớc, polymer sẽ tạo ra liên kết lƣới loại anion nếu trong nƣớc cần xử lý thiếu ion đối (nhƣ SO42-) hay loại trung tính nếu thành phần ion và độ kiềm của nƣớc nguồn thỏa mãn điều kiện keo tụ.