pH-ul este cel mai important factor care afectează eficacitatea coagulanților de sare de aluminiu. Determină direct forma, proprietățile electrice și mecanismul de coagulare a sărurilor de aluminiu din apă, influențând în cele din urmă efectul de coagulare.
Când sărurile de aluminiu (cum ar fi sulfatul de aluminiu Al₂(SO₄)₃ și clorura de aluminiu AlCl₃) sunt adăugate în apă, acestea suferă o hidroliză rapidă, generând o serie de complexe hidroxil mononucleare și polinucleare, formând în cele din urmă un precipitat de hidroxid de aluminiu amorf Al(OH)₃. Tipurile și proporțiile acestor produse de hidroliză sunt foarte dependente de pH.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (amorf) + 3H⁺
Pe măsură ce pH-ul crește, produșii de hidroliză sunt în următoarea ordine: Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (aluminat, solubil).
Policlorură de aluminiu de tip-de băut (solid), clorură de polialuminiu aplicată prin pulverizare-(PAC), clorură de polialuminiu, coagulant polimeric
1. În intervalul de pH scăzut (de obicei<5.5)
Compus predominant din ioni complexi mononucleari foarte încărcați pozitiv (cum ar fi Al³⁺, Al(OH)²⁺). Acești ioni foarte încărcați pozitiv comprimă eficient stratul dublu coloidal, neutralizând particulele coloidale încărcate negativ (cum ar fi impuritățile din majoritatea corpurilor de apă naturale), ducând la destabilizare.
Efectul de eliminare a turbidității este în general moderat, dar este eficient în îndepărtarea materiei organice dizolvate încărcate negativ (cum ar fi anumiți acizi humici). Floculii formați sunt mici și liberi.
În această regiune, eficacitatea sărurilor de aluminiu se reflectă mai mult în neutralizarea sarcinii, dar concentrația reziduală de aluminiu poate fi ridicată deoarece nu se poate forma o precipitare suficientă de Al(OH)₃. Când pH-ul < 4, aluminiul există aproape în întregime sub formă de Al³⁺, rezultând o coagulare slabă.
2. Interval optim de pH (de obicei 6,0-7,8)
Preponderent, hidroxidul de aluminiu amorf neutru electric Al(OH)₃(s) precipită, în timp ce generează simultan un număr mare de complecși hidroxil polinucleari cu structuri de rețea (cum ar fi Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺, adică clustere Al₁₃).
În timpul formării sale, Al(OH)₃ acționează ca o plasă mare, încapsulând direct și ștergând coloizii și solidele în suspensie din apă pentru co-precipitare. Simultan, polimerii polinucleari unesc golurile dintre particulele destabilizate, formând flocuri mari și dense. Aceasta este regiunea cu cel mai bun efect general în eliminarea turbidității, a culorii și a mai multor poluanți.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Precipitații de Al(OH)₃ se redizolvă, generând ioni complexi solubili încărcați negativ Al(OH)₄⁻. În acest moment, neutralizarea sarcinii eșuează, iar efectul de măturare dispare. Eficiența coagulării se deteriorează brusc, iar flocurile formate se redizolvă (se restabiliză), făcând ca apa să devină din nou tulbure.
Când pH-ul > 8,5, solubilitatea aluminiului crește din nou. La pH > 9, aluminiul există aproape în întregime sub formă de Al(OH)₄⁻, coagularea eșuează, iar concentrația de aluminiu rezidual crește din nou, depășind potențial 0,2 mg/L.
Când se utilizează săruri de aluminiu pentru coagulare, pH-ul sistemului (în special pH-ul instantaneu după amestecare) trebuie ajustat la intervalul optim. Pentru sulfatul de aluminiu, pH-ul țintă este de obicei în jur de 7,0. Hidroliza sărurilor de aluminiu consumă alcalinitate (HCO₃⁻) în apă, eliberând H⁺ și provocând scăderea pH-ului. Dacă alcalinitatea apei brute este insuficientă (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.