Le pH est le facteur le plus crucial affectant l’efficacité des coagulants au sel d’aluminium. Il détermine directement la forme, les propriétés électriques et le mécanisme de coagulation des sels d'aluminium dans l'eau, influençant finalement l'effet de coagulation.
Lorsque des sels d'aluminium (tels que le sulfate d'aluminium Al₂(SO₄)₃ et le chlorure d'aluminium AlCl₃) sont ajoutés à l'eau, ils subissent une hydrolyse rapide, générant une série de complexes d'hydroxyle mononucléaires et polynucléaires, formant finalement un précipité d'hydroxyde d'aluminium amorphe Al(OH)₃. Les types et proportions de ces produits d’hydrolyse dépendent fortement du pH.
Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (amorphe) + 3H⁺
À mesure que le pH augmente, les produits d'hydrolyse sont dans l'ordre suivant : Al³⁺ → Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (aluminate, soluble).
Chlorure de polyaluminium de qualité potable-(solide), chlorure de polyaluminium (PAC) appliqué par pulvérisation-, chlorure de polyaluminium, coagulant polymère
1. Dans la plage de pH faible (généralement<5.5)
Composé principalement d'ions complexes mononucléaires hautement chargés positivement (tels que Al³⁺, Al(OH)²⁺). Ces ions hautement chargés positivement compriment efficacement la double couche colloïdale, neutralisant les particules colloïdales chargées négativement (telles que les impuretés de la plupart des plans d'eau naturels), conduisant à une déstabilisation.
L’effet d’élimination de la turbidité est généralement modéré, mais il est efficace pour éliminer les matières organiques dissoutes chargées négativement (telles que certains acides humiques). Les flocs formés sont petits et lâches.
Dans cette région, l'efficacité des sels d'aluminium se reflète davantage dans la neutralisation des charges, mais la concentration résiduelle en aluminium peut être élevée car une précipitation suffisante d'Al (OH)₃ ne peut pas être formée. Lorsque le pH < 4, l'aluminium existe presque entièrement sous forme d'Al³⁺, ce qui entraîne une mauvaise coagulation.
2. Plage de pH optimale (généralement 6,0-7,8)
Principalement, l'hydroxyde d'aluminium amorphe électriquement neutre Al(OH)₃(s) précipite, tout en générant simultanément un grand nombre de complexes d'hydroxyles polynucléaires avec des structures en réseau (telles que Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺, c'est-à-dire des amas d'Al₁₃).
Lors de sa formation, Al(OH)₃ agit comme un grand filet, encapsulant et balayant directement les colloïdes et les matières en suspension dans l'eau pour la co-précipitation. Simultanément, les polymères polynucléaires comblent les espaces entre les particules déstabilisées, formant ainsi de gros flocs denses. C’est la région qui présente le meilleur effet global en matière d’élimination de la turbidité, de la couleur et de multiples polluants.
3. High pH Zone (typically >8.5)
Al(OH)₃ précipite et se dissout, générant des ions complexes solubles chargés négativement Al(OH)₄⁻. À ce stade, la neutralisation de la charge échoue et l’effet de balayage disparaît. L'efficacité de la coagulation se détériore fortement et les flocs formés se dissolvent (se resttabilisent), rendant l'eau à nouveau trouble.
Lorsque le pH > 8,5, la solubilité de l'aluminium augmente à nouveau. À pH > 9, l'aluminium existe presque entièrement sous forme d'Al(OH)₄⁻, la coagulation échoue et la concentration résiduelle d'aluminium augmente à nouveau, dépassant potentiellement 0,2 mg/L.
Lors de l'utilisation de sels d'aluminium pour la coagulation, le pH du système (en particulier le pH instantané après mélange) doit être ajusté dans la plage optimale. Pour le sulfate d'aluminium, le pH cible est généralement d'environ 7,0. L'hydrolyse des sels d'aluminium consomme de l'alcalinité (HCO₃⁻) dans l'eau, libérant du H⁺ et provoquant une diminution du pH. Si l'alcalinité de l'eau brute est insuffisante (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.