El pH es el factor más crucial que afecta la eficacia de los coagulantes de sal de aluminio. Determina directamente la forma, las propiedades eléctricas y el mecanismo de coagulación de las sales de aluminio en el agua y, en última instancia, influye en el efecto de coagulación.
Cuando se añaden sales de aluminio (como el sulfato de aluminio Al₂(SO₄)₃ y el cloruro de aluminio AlCl₃) al agua, se someten a una rápida hidrólisis, generando una serie de complejos de hidroxilo mononucleares y polinucleares, que eventualmente forman un precipitado amorfo de hidróxido de aluminio Al(OH)₃. Los tipos y proporciones de estos productos de hidrólisis dependen en gran medida del pH.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (amorfo) + 3H⁺
A medida que aumenta el pH, los productos de hidrólisis están en el siguiente orden: Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (aluminato, soluble).
Cloruro de polialuminio de grado bebible (sólido), -cloruro de polialuminio (PAC) aplicado por aspersión, cloruro de polialuminio, coagulante polimérico
1. En el rango de pH bajo (generalmente<5.5)
Compuesto predominantemente por iones complejos mononucleares altamente cargados positivamente (como Al³⁺, Al(OH)²⁺). Estos iones altamente cargados positivamente comprimen eficazmente la doble capa coloidal, neutralizando las partículas coloidales cargadas negativamente (como las impurezas en la mayoría de los cuerpos de agua naturales), lo que lleva a la desestabilización.
El efecto de eliminación de turbidez es generalmente moderado, pero es eficaz para eliminar materia orgánica disuelta cargada negativamente (como ciertos ácidos húmicos). Los flóculos formados son pequeños y sueltos.
En esta región, la eficacia de las sales de aluminio se refleja más en la neutralización de carga, pero la concentración de aluminio residual puede ser alta porque no se puede formar suficiente precipitación de Al(OH)₃. Cuando el pH < 4, el aluminio existe casi en su totalidad en forma de Al³⁺, lo que resulta en una mala coagulación.
2. Rango de pH óptimo (normalmente 6,0-7,8)
Predominantemente, precipita hidróxido de aluminio amorfo eléctricamente neutro Al(OH)₃(s), generando simultáneamente un gran número de complejos de hidroxilo polinucleares con estructuras de red (tales como Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺, es decir, grupos de Al₁₃).
Durante su formación, el Al(OH)₃ actúa como una gran red, encapsulando y barriendo directamente los coloides y sólidos suspendidos en el agua para la co-precipitación. Al mismo tiempo, los polímeros polinucleares cierran los espacios entre las partículas desestabilizadas, formando flóculos grandes y densos. Esta es la región con el mejor efecto general en la eliminación de turbidez, color y múltiples contaminantes.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Los precipitados de Al(OH)₃ se redisuelven, generando iones complejos solubles cargados negativamente Al(OH)₄⁻. En este punto, la neutralización de la carga falla y el efecto de barrido desaparece. La eficiencia de la coagulación se deteriora drásticamente y los flóculos formados se redisuelven (reestabilizan), lo que hace que el agua se vuelva turbia nuevamente.
Cuando el pH > 8,5, la solubilidad del aluminio vuelve a aumentar. A pH > 9, el aluminio existe casi en su totalidad en forma de Al(OH)₄⁻, la coagulación falla y la concentración de aluminio residual aumenta nuevamente, superando potencialmente los 0,2 mg/L.
Cuando se utilizan sales de aluminio para la coagulación, el pH del sistema (especialmente el pH instantáneo después de la mezcla) debe ajustarse al rango óptimo. Para el sulfato de aluminio, el pH objetivo suele ser de alrededor de 7,0. La hidrólisis de las sales de aluminio consume alcalinidad (HCO₃⁻) del agua, liberando H⁺ y provocando una disminución del pH. Si la alcalinidad del agua bruta es insuficiente (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.