pH là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả của chất keo tụ muối nhôm. Nó trực tiếp xác định hình thức, tính chất điện và cơ chế đông tụ của muối nhôm trong nước, cuối cùng ảnh hưởng đến hiệu quả đông tụ.
Khi muối nhôm (như nhôm sunfat Al₂(SO₄)₃ và nhôm clorua AlCl₃) được thêm vào nước, chúng sẽ bị thủy phân nhanh chóng, tạo ra một loạt phức hợp hydroxyl đơn nhân và đa nhân, cuối cùng tạo thành kết tủa nhôm hydroxit Al(OH)₃ vô định hình. Loại và tỷ lệ của các sản phẩm thủy phân này phụ thuộc nhiều vào độ pH.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (vô định hình) + 3H⁺
Khi độ pH tăng, các sản phẩm thủy phân theo thứ tự sau: Al³⁺ → Al(OH)2⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (aluminate, hòa tan).
Uống-polyaluminum clorua (rắn), phun-polyaluminum clorua (PAC), polyalumin clorua, chất keo tụ polyme
1. Ở vùng pH thấp (thường<5.5)
Chủ yếu bao gồm các ion phức đơn nhân mang điện tích dương cao (chẳng hạn như Al³⁺, Al(OH)2⁺). Các ion tích điện dương cao này nén một cách hiệu quả lớp keo kép, trung hòa các hạt keo tích điện âm (như tạp chất trong hầu hết các vùng nước tự nhiên), dẫn đến mất ổn định.
Hiệu quả loại bỏ độ đục nói chung là vừa phải, nhưng nó có hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan tích điện âm (chẳng hạn như một số axit humic). Các bông cặn hình thành có kích thước nhỏ và lỏng lẻo.
Ở khu vực này, hiệu quả của muối nhôm được thể hiện nhiều hơn trong quá trình trung hòa điện tích, nhưng nồng độ nhôm dư có thể cao do không thể hình thành đủ lượng kết tủa Al(OH)₃. Khi pH < 4, nhôm tồn tại gần như hoàn toàn dưới dạng Al³⁺ nên khả năng đông tụ kém.
2. Khoảng pH tối ưu (thường là 6,0-7,8)
Chủ yếu, nhôm hydroxit vô định hình trung hòa điện Al(OH)₃(s) kết tủa, đồng thời tạo ra một số lượng lớn phức hợp hydroxyl đa nhân với các cấu trúc mạng lưới (chẳng hạn như Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺, tức là cụm Al₁₃).
Trong quá trình hình thành, Al(OH)₃ hoạt động giống như một tấm lưới lớn, trực tiếp bao bọc và cuốn trôi các chất keo và chất rắn lơ lửng trong nước để đồng{0}}kết tủa. Đồng thời, các polyme đa nhân thu hẹp khoảng cách giữa các hạt bị mất ổn định, tạo thành các khối lớn, dày đặc. Đây là khu vực có hiệu quả tổng thể tốt nhất trong việc loại bỏ độ đục, màu sắc và nhiều chất ô nhiễm.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Al(OH)₃ kết tủa tái hòa tan, tạo ra các ion phức hòa tan tích điện âm Al(OH)₄⁻. Tại thời điểm này, quá trình trung hòa điện tích không thành công và hiệu ứng quét biến mất. Hiệu quả đông tụ giảm mạnh và các bông cặn hình thành lại hòa tan (ổn định lại), khiến nước trở nên đục trở lại.
Khi pH > 8,5 thì độ hòa tan của nhôm lại tăng lên. Ở pH > 9, nhôm tồn tại gần như hoàn toàn ở dạng Al(OH)₄⁻, quá trình đông tụ không thành công và nồng độ nhôm dư lại tăng lên, có khả năng vượt quá 0,2 mg/L.
Khi sử dụng muối nhôm để keo tụ, độ pH của hệ thống (đặc biệt là độ pH tức thời sau khi trộn) phải được điều chỉnh ở khoảng tối ưu. Đối với nhôm sunfat, độ pH mục tiêu thường là khoảng 7,0. Quá trình thủy phân muối nhôm tiêu tốn độ kiềm (HCO₃⁻) trong nước, giải phóng H⁺ và làm giảm độ pH. Nếu độ kiềm của nước thô không đủ (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.