Begrepet “koagulering” innebærer en destabilisering av kolloider og makromolekyler, herunder mikroorganismer som bakterier, virus og protozoer/parasitter, naturlig organisk materiale (NOM), leirpartikler (turbiditet), etc., slik at disse “partiklenes” negative overflateladning nøytraliseres til et nivå nær null.
Siden “partiklene” er små, med store overflate/volumforhold, vil frastøtende elektriske krefter mellom partikler – grunnet like (negative) overflateladninger – dominere over gravitasjonskreftene. Systemet er derved stabilt, og partiklene holder seg adskilte, uten å løpe sammen/agglomerere til større partikkelaggregater og uten å synke til bunns eller stige til topps i den beholderen de befinner seg i.
Et illustrerende eksempel på dette kan være de stabile partiklene som skaper fargen i en kopp te: Koppen kan stå i ukesvis uten at fargen “klumper” seg eller synker til bunns – dette fordi den negative overflateladningen på partiklene gjør systemet stabilt, dvs. hindrer partiklene i å løpe sammen til større, sedimenterbare partikkelaggregater.
Flokkulering
Slike systemer som i utgangspunktet er stabile må derfor destabiliseres, slik at man fjerner de kreftene som motvirker at små kolloider og molekyler:
- i) kan løpe sammen (flokkuleres) til større partikkelaggregater (fnokker) som så kan fjernes i en etterfølgende separasjonsprosess, eller
- ii) kan adsorberes til utfellingsprodukter som dannes ved tilsats av et destabiliseringsmiddel, dvs. en koagulant.
Slike koagulanter, for eksempel aluminiumsulfat og jernklorid, vil finnes i vannet som ladede metallforbindelser og som utfellingsprodukter (metallhydroksider).
Det er i hovedsak vannets pH-verdi som avgjør hvilke forbindelser som dannes – og hvilken ladning de har. Ved lave pH-verdier vil positivt ladede ioner (kationer) dominere, mens man ved høye pH vil kunne få dannet negativt ladede ioner (anioner) uten evne til å destabilisere de negativt ladede forbindelser man ønsker å fjerne fra vannet.
Hvilke pH-verdier dette er, er svært spesifikt for den enkelte koagulanttype. Eksempelvis vil jernklorid normalt være effektivt innenfor et lavere «optimalt» pH-område enn aluminiumsulfat.
Metalhydroksider som feller ut under gunstige pH-forhold og tilstrekkelig høye koagulantdoser i vannet – eller på tilgjengelige overflater i filtersenger og på filterkorn – vil også normalt få ha en positiv elektrisk overflateladning ved de pH-verdier som normalt anvendes i koaguleringsprosesser. Dette skaper gunstige forhold for en ladningsnøytralisering og kanskje enda viktigere – en adsorpsjon og en fastholding – mellom de negative partikler som ønsket fjernet fra vannet – og utfellingsproduktene som finnes i vannet og i en filterseng etter tilsats av en koagulant under “riktige” pH-forhold.