РН є найбільш вирішальним фактором, що впливає на ефективність коагулянтів із солей алюмінію. Він безпосередньо визначає форму, електричні властивості та механізм коагуляції солей алюмінію у воді, в кінцевому підсумку впливаючи на ефект коагуляції.
Коли солі алюмінію (такі як сульфат алюмінію Al₂(SO₄)₃ та алюміній хлорид AlCl3) додають у воду, вони піддаються швидкому гідролізу, утворюючи низку одноядерних і поліядерних гідроксильних комплексів, зрештою утворюючи осад аморфного гідроксиду алюмінію Al(OH)3. Типи та пропорції цих продуктів гідролізу сильно залежать від pH.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)3 (аморфний) + 3H⁺
Зі збільшенням pH продукти гідролізу знаходяться в такому порядку: Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)3(s) → Al(OH)₄⁻ (алюмінат, розчинний).
Питний поліалюміній хлорид (твердий),-поліалюміній хлорид (PAC), поліалюміній хлорид, полімерний коагулянт
1. У низькому діапазоні pH (зазвичай<5.5)
Переважно складається з високопозитивно заряджених моноядерних комплексних іонів (таких як Al³⁺, Al(OH)²⁺). Ці високопозитивно заряджені іони ефективно стискають подвійний колоїдний шар, нейтралізуючи негативно заряджені колоїдні частинки (наприклад, домішки в більшості природних водойм), що призводить до дестабілізації.
Ефект видалення каламутності, як правило, помірний, але він ефективний для видалення негативно заряджених розчинених органічних речовин (таких як певні гумінові кислоти). Утворені пластівці дрібні і пухкі.
У цьому регіоні ефективність солей алюмінію більше відображається на нейтралізації заряду, але залишкова концентрація алюмінію може бути високою, оскільки не може утворитися достатнє осадження Al(OH)3. Коли pH < 4, алюміній майже повністю існує у формі Al³⁺, що призводить до поганої коагуляції.
2. Оптимальний діапазон pH (зазвичай 6,0-7,8)
Переважно випадає в осад електрично нейтральний аморфний гідроксид алюмінію Al(OH)3(s), одночасно генеруючи велику кількість поліядерних гідроксильних комплексів із мережевими структурами (таких як Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺, тобто кластери Al₁3).
Під час свого утворення Al(OH)₃ діє як велика сітка, безпосередньо інкапсулюючи та змітаючи колоїди та зважені тверді речовини у воді для спільного-осадження. Одночасно поліядерні полімери заповнюють проміжки між дестабілізованими частинками, утворюючи великі щільні пластівці. Це область із найкращим загальним ефектом у видаленні каламутності, кольору та багатьох забруднюючих речовин.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Осади Al(OH)₃ знову розчиняються, утворюючи негативно заряджені розчинні комплексні іони Al(OH)₄⁻. У цей момент нейтралізація заряду не вдається, і ефект розгортання зникає. Ефективність коагуляції різко погіршується, а утворені пластівці знову розчиняються (рестабілізуються), в результаті чого вода знову стає каламутною.
При pH > 8,5 розчинність алюмінію знову зростає. При pH > 9 алюміній існує майже повністю у формі Al(OH)₄⁻, коагуляція не вдається, і залишкова концентрація алюмінію знову зростає, потенційно перевищуючи 0,2 мг/л.
При використанні солей алюмінію для коагуляції рН системи (особливо миттєвий рН після змішування) необхідно відрегулювати до оптимального діапазону. Для сульфату алюмінію цільовий pH зазвичай становить близько 7,0. Гідроліз солей алюмінію споживає лужність (HCO₃⁻) у воді, вивільняючи H⁺ і спричиняючи зниження pH. Якщо лужність сирої води недостатня (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.
