Il pH è il fattore più cruciale che influenza l’efficacia dei coagulanti del sale di alluminio. Determina direttamente la forma, le proprietà elettriche e il meccanismo di coagulazione dei sali di alluminio nell'acqua, influenzando in definitiva l'effetto della coagulazione.
Quando i sali di alluminio (come il solfato di alluminio Al₂(SO₄)₃ e il cloruro di alluminio AlCl₃) vengono aggiunti all'acqua, subiscono una rapida idrolisi, generando una serie di complessi idrossilici mononucleari e polinucleari, formando infine un precipitato di idrossido di alluminio amorfo Al(OH)₃. I tipi e le proporzioni di questi prodotti di idrolisi dipendono fortemente dal pH.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (amorfo) + 3H⁺
All’aumentare del pH, i prodotti dell’idrolisi sono nel seguente ordine: Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (alluminato, solubile).
Cloruro di polialluminio (solido)-per uso potabile, cloruro di polialluminio (PAC) applicato-a spruzzo, cloruro di polialluminio, coagulante polimerico
1. Nell'intervallo di pH basso (solitamente<5.5)
Composto prevalentemente da ioni complessi mononucleari con carica altamente positiva (come Al³⁺, Al(OH)²⁺). Questi ioni altamente caricati positivamente comprimono efficacemente il doppio strato colloidale, neutralizzando le particelle colloidali caricate negativamente (come le impurità nella maggior parte dei corpi idrici naturali), portando alla destabilizzazione.
L'effetto di rimozione della torbidità è generalmente moderato, ma è efficace nella rimozione della materia organica disciolta caricata negativamente (come alcuni acidi umici). I fiocchi formati sono piccoli e sciolti.
In questa regione, l'efficacia dei sali di alluminio si riflette maggiormente nella neutralizzazione della carica, ma la concentrazione residua di alluminio può essere elevata perché non si può formare una precipitazione sufficiente di Al(OH)₃. Quando pH < 4, l'alluminio esiste quasi interamente sotto forma di Al³⁺, con conseguente scarsa coagulazione.
2. Intervallo di pH ottimale (tipicamente 6,0-7,8)
Precipita prevalentemente idrossido di alluminio amorfo Al(OH)₃(s) elettricamente neutro, generando contemporaneamente un gran numero di complessi idrossilici polinucleari con strutture a rete (come Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺, cioè cluster Al₁₃).
Durante la sua formazione, Al(OH)₃ agisce come una grande rete, incapsulando e spazzando via direttamente colloidi e solidi sospesi nell'acqua per la coprecipitazione. Allo stesso tempo, i polimeri polinucleari colmano gli spazi tra le particelle destabilizzate, formando fiocchi grandi e densi. Questa è la regione con il miglior effetto complessivo nella rimozione di torbidità, colore e molteplici inquinanti.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Al(OH)₃ precipita e si ridissolve, generando ioni complessi solubili Al(OH)₄⁻ con carica negativa. A questo punto la neutralizzazione della carica fallisce e l’effetto travolgente scompare. L'efficienza della coagulazione si deteriora bruscamente e i fiocchi formatisi si ridissolvono (ristabilizzano), facendo diventare nuovamente torbida l'acqua.
Quando pH > 8,5, la solubilità dell'alluminio aumenta nuovamente. A pH > 9, l’alluminio esiste quasi interamente sotto forma di Al(OH)₄⁻, la coagulazione fallisce e la concentrazione residua di alluminio aumenta nuovamente, superando potenzialmente 0,2 mg/L.
Quando si utilizzano sali di alluminio per la coagulazione, il pH del sistema (in particolare il pH istantaneo dopo la miscelazione) deve essere regolato sull'intervallo ottimale. Per il solfato di alluminio, il pH target è generalmente intorno a 7,0. L'idrolisi dei sali di alluminio consuma l'alcalinità (HCO₃⁻) nell'acqua, rilasciando H⁺ e provocando una diminuzione del pH. Se l'alcalinità dell'acqua grezza è insufficiente (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.