Der pH-Wert ist der wichtigste Faktor, der die Wirksamkeit von Aluminiumsalz-Koagulanzien beeinflusst. Es bestimmt direkt die Form, die elektrischen Eigenschaften und den Koagulationsmechanismus von Aluminiumsalzen in Wasser und beeinflusst letztendlich den Koagulationseffekt.
Wenn Aluminiumsalze (wie Aluminiumsulfat Al₂(SO₄)₃ und Aluminiumchlorid AlCl₃) zu Wasser gegeben werden, unterliegen sie einer schnellen Hydrolyse, wodurch eine Reihe einkerniger und mehrkerniger Hydroxylkomplexe entstehen und schließlich ein amorphes Aluminiumhydroxid Al(OH)₃-Niederschlag entsteht. Die Arten und Anteile dieser Hydrolyseprodukte hängen stark vom pH-Wert ab.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (amorph) + 3H⁺
Mit steigendem pH-Wert liegen die Hydrolyseprodukte in der folgenden Reihenfolge vor: Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (Aluminat, löslich).
Trinkfähiges Polyaluminiumchlorid in -Qualität (fest), durch Sprühen-aufgetragenes Polyaluminiumchlorid (PAC), Polyaluminiumchlorid, polymeres Koagulans
1. Im niedrigen pH-Bereich (normalerweise<5.5)
Besteht überwiegend aus hoch positiv geladenen einkernigen Komplexionen (wie Al³⁺, Al(OH)²⁺). Diese hoch positiv geladenen Ionen komprimieren effektiv die kolloidale Doppelschicht und neutralisieren negativ geladene kolloidale Partikel (wie Verunreinigungen in den meisten natürlichen Gewässern), was zu einer Destabilisierung führt.
Der Effekt der Trübungsentfernung ist im Allgemeinen mäßig, aber er ist wirksam bei der Entfernung negativ geladener gelöster organischer Stoffe (wie z. B. bestimmter Huminsäuren). Die gebildeten Flocken sind klein und locker.
In dieser Region spiegelt sich die Wirksamkeit von Aluminiumsalzen eher in der Ladungsneutralisierung wider, die Restaluminiumkonzentration kann jedoch hoch sein, da keine ausreichende Al(OH)₃-Ausfällung gebildet werden kann. Bei einem pH-Wert < 4 liegt Aluminium fast ausschließlich in Form von Al³⁺ vor, was zu einer schlechten Koagulation führt.
2. Optimaler pH-Bereich (typischerweise 6,0–7,8)
Es fällt überwiegend elektrisch neutrales amorphes Aluminiumhydroxid Al(OH)₃(s) aus, während gleichzeitig eine große Anzahl mehrkerniger Hydroxylkomplexe mit Netzwerkstrukturen (wie Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺, also Al₁₃-Cluster) erzeugt werden.
Während seiner Bildung wirkt Al(OH)₃ wie ein großes Netz, das Kolloide und suspendierte Feststoffe im Wasser direkt einkapselt und zur Ko{0}}ausfällung wegschwemmt. Gleichzeitig überbrücken mehrkernige Polymere die Lücken zwischen destabilisierten Partikeln und bilden große, dichte Flocken. Dies ist die Region mit der besten Gesamtwirkung bei der Entfernung von Trübungen, Farben und mehreren Schadstoffen.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Al(OH)₃-Niederschläge lösen sich wieder auf und erzeugen negativ geladene lösliche Komplexionen Al(OH)₄⁻. An diesem Punkt schlägt die Ladungsneutralisierung fehl und der Sweeping-Effekt verschwindet. Die Koagulationseffizienz nimmt stark ab und die gebildeten Flocken lösen sich wieder auf (stabilisieren sich wieder), wodurch das Wasser erneut trübe wird.
Bei einem pH-Wert > 8,5 steigt die Löslichkeit von Aluminium wieder an. Bei einem pH-Wert > 9 liegt Aluminium fast vollständig in Form von Al(OH)₄⁻ vor, die Koagulation schlägt fehl und die Restaluminiumkonzentration steigt wieder an und übersteigt möglicherweise 0,2 mg/L.
Bei der Verwendung von Aluminiumsalzen zur Koagulation muss der System-pH-Wert (insbesondere der momentane pH-Wert nach dem Mischen) auf den optimalen Bereich eingestellt werden. Für Aluminiumsulfat liegt der angestrebte pH-Wert typischerweise bei etwa 7,0. Die Hydrolyse von Aluminiumsalzen verbraucht Alkalität (HCO₃⁻) im Wasser, wodurch H⁺ freigesetzt wird und der pH-Wert sinkt. Wenn die Alkalität des Rohwassers nicht ausreicht (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.