Коагуляционная обработка природных вод применяется с целью увеличения гидравлической нагрузки на отстойники и фильтрационные сооружения. В процессе коагуляции происходит дестабилизация коллоидных частиц примесей и формируются агломераты слипшихся частиц в виде грубодисперсных хлопьев, хорошо отделяющихся от воды при последующем отстаивании. Основной технологической задачей для большинства действующих водопроводных очистных сооружений (ВОС) является совершенствование и оптимизация реагентной обработки воды с применением коагулянтов [1].
Интенсификация процесса коагуляции в смесителях ВОС может быть осуществлена различными методами, при этом к технологически эффективным можно отнести методы, связанные с присутствием в обрабатываемой воде дополнительных поверхностей раздела фаз или центров коагуляции. В качестве таких дополнительных поверхностей могут использоваться минеральные замутнители [1, 2], контактная зернистая загрузка [3, 4], грубодисперсные взвеси, содержащиеся в промывных водах фильтровальных сооружений [5, 6], а также пузырьки воздуха [1, 2, 5, 7, 8]. Аэрирование воды в смесителях является одним из наиболее технологичных методов интенсификации коагулирования примесей, так как позволяет легко регулировать интенсивность подачи воздуха в смеситель при изменении качества исходной воды и доз коагулянта. Расход воздуха при аэрировании обработанной коагулянтом природной воды рекомендуется в пределах 10–30 % от ее расхода и зависит от содержания в воде взвешенных веществ [9]. Ввод воздуха при этом следует осуществлять через 10–20 с после ввода коагулянта.
По Бабенкову Е.Д. [1], роль пузырьков воздуха как центров хлопьеобразования в коагулирующей системе объясняется в первую очередь наличием частиц примесей вследствие самопроизвольного стремления системы к уменьшению потенциальной энергии. Работа закрепления твердых частиц на поверхности пузырьков определяется поверхностным натяжением, краевым углом смачивания и размерами пузырьков.
При подаче воздуха через пористые перегородки размер образующихся пузырьков равен 2,5–3 мм, а при подаче через трубчатые аэраторы размер воздушных пузырьков может составлять 10 мм и более. Удельная площадь поверхности границы «вода – воздух» определяется по формуле: