pH е най-важният фактор, влияещ върху ефективността на коагулантите от алуминиева сол. Той директно определя формата, електрическите свойства и механизма на коагулация на алуминиевите соли във вода, като в крайна сметка влияе върху коагулационния ефект.
Когато алуминиеви соли (като алуминиев сулфат Al2(SO₄)3 и алуминиев хлорид AlCl3) се добавят към вода, те претърпяват бърза хидролиза, генерирайки серия от моноядрени и полиядрени хидроксилни комплекси, като в крайна сметка образуват утайка от аморфен алуминиев хидроксид Al(OH)3. Видовете и пропорциите на тези продукти на хидролиза са силно зависими от pH.
Al³⁺ + H2O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)3 (аморфен) + 3H⁺
С повишаването на рН продуктите на хидролизата са в следния ред: Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)2⁺ → Al(OH)3(s) → Al(OH)₄⁻ (алуминат, разтворим).
Полиалуминиев хлорид-качество за пиене (твърд), полиалуминиев хлорид-нанесен със спрей (PAC), полиалуминиев хлорид, полимерен коагулант
1. В диапазона на ниско pH (обикновено<5.5)
Състои се предимно от силно положително заредени моноядрени комплексни йони (като Al³⁺, Al(OH)²⁺). Тези силно положително заредени йони ефективно компресират колоидния двоен слой, неутрализирайки отрицателно заредените колоидни частици (като примеси в повечето естествени водни тела), което води до дестабилизация.
Ефектът на отстраняване на мътността обикновено е умерен, но е ефективен при отстраняване на отрицателно заредени разтворени органични вещества (като някои хуминови киселини). Образуваните флокули са малки и рехави.
В този регион ефективността на алуминиевите соли е по-отразена в неутрализацията на заряда, но концентрацията на остатъчен алуминий може да бъде висока, тъй като не може да се образува достатъчно утаяване на Al(OH)3. Когато pH < 4, алуминият съществува почти изцяло под формата на Al³⁺, което води до лоша коагулация.
2. Оптимален диапазон на pH (обикновено 6,0-7,8)
Предимно електрически неутрален аморфен алуминиев хидроксид Al(OH)3(s) се утаява, като същевременно генерира голям брой полиядрени хидроксилни комплекси с мрежови структури (като Al₁₃O₄(OH)₂4₄⁷⁺, т.е. Al₁₃ клъстери).
По време на образуването си Al(OH)₃ действа като голяма мрежа, директно капсулирайки и измивайки колоидите и суспендираните твърди вещества във водата за ко-утаяване. Едновременно с това полинуклеарните полимери преодоляват празнините между дестабилизираните частици, образувайки големи, плътни флокули. Това е регионът с най-добър цялостен ефект при премахване на мътност, цвят и множество замърсители.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Утайките от Al(OH)3 се разтварят отново, генерирайки отрицателно заредени разтворими комплексни йони Al(OH)4⁻. В този момент неутрализирането на заряда се проваля и ефектът на измиване изчезва. Ефективността на коагулацията рязко се влошава и образуваните флокули се разтварят отново (рестабилизират), което води до повторно размътване на водата.
Когато pH > 8,5, разтворимостта на алуминия се увеличава отново. При pH > 9, алуминият съществува почти изцяло под формата на Al(OH)₄⁻, коагулацията е неуспешна и остатъчната концентрация на алуминий се увеличава отново, потенциално надхвърляйки 0,2 mg/L.
Когато се използват алуминиеви соли за коагулация, рН на системата (особено моментното рН след смесване) трябва да се регулира до оптимален диапазон. За алуминиев сулфат целевото pH обикновено е около 7,0. Хидролизата на алуминиевите соли изразходва алкалност (HCO3⁻) във водата, освобождавайки H⁺ и причинявайки намаляване на pH. Ако алкалността на суровата вода е недостатъчна (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.