Большинство коллоидов природных вод в отличие от золей коагулянтов заряжено отрицательно. К таким коллоидам относятся распространенные в природных водах кремниевая кислота, мельчайшие глинистые и почвенные частички, а также гумусовые вещества. Глинистые и почвенные взвеси состоят в основном из гидроалюмосиликатов.

Вода, входящая в состав глины, по современным представлениям не является кристаллогидратной. Молекула глины представляет собой молекулу алюмосиликатной кислоты, в которой кислород воды входит в состав аниона, а водород является катионом; простейшая формула гидроалюмосиликата в этом случае выглядит так.

Анионы алюмосиликата образуют основу отрицательно заряженной глинистой частички, окруженной сферой положительных компенсирующих ионов водорода. Величина заряда глинистой частички и его знак зависят от рН воды, в которой суспензирована глина, поскольку при повышении концентрации, ионов водорода уменьшается диссоциация алюмосиликатной кислоты, а благодаря этому и количество свободных ионов, обусловливающих устойчивость коллоидных частичек. Опыт подтверждает, что глинистые взвеси значительно скорее отстаиваются и коагулируют при подкислении воды.

Гумусовые вещества, также имеющие кислотный характера в природных водах встречаются в виде стойких высокодисперсных отрицательно заряженных золей. Основу частичек составляют анионы, гуминовых кислот; ионы водорода или металлов, составляют внешнюю оболочку двойного электрического слоя.

Большинство веществ, обусловливающих мутность и цветность природных вод, являются гидрофобными, или слабогидрофильными коллоидами. Гидрофобны или слабогидрофильны и коллоиды, образующиеся при очистке воды в результате гидролиза вводимых в воду коагулянтов. Поэтому полное представление о поведении коллоидов в процессе очистки природных вод можно получить лишь при учете факторов устойчивости гидрофобных и гидрофильных коллоидов.

На наличие гидрофильных свойств у коллоидов природных вод указывают три фактора: малая чувствительность к содержанию электролитов; способность удерживать значительное количество воды их скоагулированными осадками; для некоторых из них, в особенности для продуктов разложения белковых веществ и гуминов, характерно проявление защитного действия по отношению к глинистым и почвенным суспензиям, коллоидной кремниевой кислоте, а также к золям гидроксидов алюминия и железа (III), образующихся при внесении в воду коагулянтов.

Защита гидрофобных коллоидов, с точки зрения технологии очистки воды, явление нежелательное, поскольку она вызывает образование стойких связей и замедляет осаждение коагулянта.

Коллоидные частички гидрофильных органических коллоидов представляют собой агрегаты молекул, свернутых в рыхлый клубок, промежутки в котором заполнены водой. Полярными группами в них (например, в гуминовых веществах) являются фенольные и карбоксильные. Устойчивость гидрофильных коллоидов объясняется развитой гидратной оболочкой. Например, у полярных групп ОН-, С032_, НС03-, образующих коллоидные гидрофильные частички, молекулы воды, представляющие собой диполи, ориентируются и притягиваются в результате электростатического взаимодействия. По мере удаления от поверхности полярных молекул ориентация молекул воды ослабевает. Устойчивость гидрофильных систем снижается при химической обработке, в результате которой полярные группы НСО3- окисляются до карбонильных — гидрофобных (количество полярных групп в молекуле уменьшается). Для этой цели применяют предварительное хлорирование воды перед введением коагулянта.

Используемые в технологии очистки воды коагулянты чаще всего являются солями слабых оснований а сильных кислот (A12(S04)3, FeS04, FeCl3 и др.). При растворении они гидролизуют. Взаимодействуя с гидроксильными ионами, содержащимися в воде, в результате электролитической диссоциации последней эти соли образуют малорастворимые основания. В воде накапливаются ионы водорода, и раствор приобретает кислую реакцию.