O pH é o fator mais crucial que afeta a eficácia dos coagulantes de sal de alumínio. Determina diretamente a forma, as propriedades elétricas e o mecanismo de coagulação dos sais de alumínio na água, influenciando em última análise o efeito de coagulação.
Quando sais de alumínio (como sulfato de alumínio Al₂(SO₄)₃ e cloreto de alumínio AlCl₃) são adicionados à água, eles sofrem hidrólise rápida, gerando uma série de complexos hidroxila mononucleares e polinucleares, formando eventualmente um precipitado amorfo de hidróxido de alumínio Al(OH)₃. Os tipos e proporções destes produtos de hidrólise são altamente dependentes do pH.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (amorfo) + 3H⁺
À medida que o pH aumenta, os produtos da hidrólise estão na seguinte ordem: Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (aluminato, solúvel).
Cloreto de polialumínio-de qualidade potável (sólido), cloreto de polialumínio (PAC) aplicado-em spray, cloreto de polialumínio, coagulante polimérico
1. Na faixa de pH baixo (geralmente<5.5)
Composto predominantemente por íons complexos mononucleares altamente carregados positivamente (como Al³⁺, Al(OH)²⁺). Esses íons altamente carregados positivamente comprimem efetivamente a dupla camada coloidal, neutralizando partículas coloidais carregadas negativamente (como impurezas na maioria dos corpos d'água naturais), levando à desestabilização.
O efeito de remoção de turbidez é geralmente moderado, mas é eficaz na remoção de matéria orgânica dissolvida com carga negativa (como certos ácidos húmicos). Os flocos formados são pequenos e soltos.
Nesta região, a eficácia dos sais de alumínio reflete-se mais na neutralização de carga, mas a concentração residual de alumínio pode ser elevada porque não pode ser formada precipitação suficiente de Al(OH)₃. Quando pH < 4, o alumínio existe quase inteiramente na forma de Al³⁺, resultando em má coagulação.
2. Faixa ideal de pH (normalmente 6,0-7,8)
Predominantemente, o hidróxido de alumínio amorfo eletricamente neutro Al (OH) ₃ (s) precipita, enquanto gera simultaneamente um grande número de complexos hidroxila polinucleares com estruturas de rede (como Al₁₃O₄ (OH) ₂₄⁷⁺, ou seja, aglomerados de Al₁₃).
Durante sua formação, o Al(OH)₃ atua como uma grande rede, encapsulando e varrendo diretamente colóides e sólidos suspensos na água para co-precipitação. Simultaneamente, os polímeros polinucleares preenchem as lacunas entre as partículas desestabilizadas, formando flocos grandes e densos. Esta é a região com o melhor efeito geral na remoção de turbidez, cor e múltiplos poluentes.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Os precipitados de Al(OH)₃ se redissolvem, gerando íons complexos solúveis com carga negativa Al(OH)₄⁻. Neste ponto, a neutralização de carga falha e o efeito de varredura desaparece. A eficiência da coagulação deteriora-se acentuadamente e os flocos formados redissolvem-se (restabilizam-se), fazendo com que a água fique novamente turva.
Quando pH > 8,5, a solubilidade do alumínio aumenta novamente. Em pH > 9, o alumínio existe quase inteiramente na forma de Al(OH)₄⁻, a coagulação falha e a concentração residual de alumínio aumenta novamente, potencialmente excedendo 0,2 mg/L.
Ao utilizar sais de alumínio para coagulação, o pH do sistema (especialmente o pH instantâneo após a mistura) deve ser ajustado para a faixa ideal. Para sulfato de alumínio, o pH alvo é normalmente em torno de 7,0. A hidrólise dos sais de alumínio consome a alcalinidade (HCO₃⁻) da água, liberando H⁺ e causando diminuição do pH. Se a alcalinidade da água bruta for insuficiente (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.