الرقم الهيدروجيني هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على فعالية مخثرات ملح الألومنيوم. فهو يحدد بشكل مباشر الشكل والخواص الكهربائية وآلية تخثر أملاح الألومنيوم في الماء، مما يؤثر في النهاية على تأثير التخثر.
عند إضافة أملاح الألومنيوم (مثل كبريتات الألومنيوم Al₂(SO₄)₃ وكلوريد الألومنيوم AlCl₃) إلى الماء، فإنها تخضع للتحلل المائي السريع، وتولد سلسلة من مجمعات الهيدروكسيل أحادية النواة ومتعددة النوى، وتشكل في النهاية راسب هيدروكسيد الألومنيوم غير المتبلور Al(OH)₃. تعتمد أنواع ونسب منتجات التحلل المائي هذه بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني.
آل³⁺ + H₂O ⇌ آل(OH)²⁺ + H⁺
Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (غير متبلور) + 3H⁺
مع زيادة الرقم الهيدروجيني، تكون منتجات التحلل المائي بالترتيب التالي: Al³⁺ → Al(OH)²⁺، Al(OH)₂⁺ → Al(OH)₃(s) → Al(OH)₄⁻ (ألومينات، قابل للذوبان).
الشرب-درجة كلوريد متعدد الألومنيوم (الصلب)، الرش-كلوريد متعدد الألومنيوم المطبق (PAC)، كلوريد متعدد الألومنيوم، مادة مخثرة بوليمرية
1. في نطاق الرقم الهيدروجيني المنخفض (عادة<5.5)
يتكون في الغالب من أيونات معقدة أحادية النواة موجبة الشحنة للغاية (مثل Al³⁺، Al(OH)²⁺). تعمل هذه الأيونات ذات الشحنة الموجبة العالية على ضغط الطبقة الغروية المزدوجة بشكل فعال، مما يؤدي إلى تحييد الجزيئات الغروية المشحونة سالبًا (مثل الشوائب الموجودة في معظم المسطحات المائية الطبيعية)، مما يؤدي إلى زعزعة الاستقرار.
يكون تأثير إزالة التعكر معتدلاً عمومًا، ولكنه فعال في إزالة المواد العضوية الذائبة المشحونة سالبًا (مثل بعض الأحماض الدبالية). الكتل المشكلة صغيرة وفضفاضة.
في هذه المنطقة، تنعكس فعالية أملاح الألومنيوم بشكل أكبر في معادلة الشحنة، لكن تركيز الألومنيوم المتبقي قد يكون مرتفعًا لأنه لا يمكن تكوين ترسبات كافية من Al(OH)₃. عندما يكون الرقم الهيدروجيني أقل من 4، يتواجد الألومنيوم بالكامل تقريبًا على شكل Al³⁺، مما يؤدي إلى ضعف تخثر الدم.
2. نطاق الرقم الهيدروجيني الأمثل (عادة 6.0-7.8)
في الغالب، يترسب هيدروكسيد الألومنيوم غير المتبلور المحايد كهربائيًا Al(OH)₃(s)، بينما يولد في نفس الوقت عددًا كبيرًا من مجمعات الهيدروكسيل متعددة النوى مع هياكل شبكية (مثل Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺، أي مجموعات Al₁₃).
أثناء تكوينه، يعمل Al(OH)₃ كشبكة كبيرة، حيث يقوم مباشرة بتغليف وإزالة الغرويات والمواد الصلبة العالقة في الماء من أجل الترسيب المشترك. وفي الوقت نفسه، تعمل البوليمرات متعددة النوى على سد الفجوات بين الجسيمات غير المستقرة، وتشكيل كتل كبيرة وكثيفة. هذه هي المنطقة ذات التأثير الشامل الأفضل في إزالة التعكر واللون والملوثات المتعددة.
3. High pH Zone (typically >8.5)
يقوم Al(OH)₃ بإعادة إذابة الترسبات، مما يؤدي إلى توليد أيونات معقدة قابلة للذوبان ذات شحنة سالبة Al(OH)₄⁻. عند هذه النقطة، يفشل تحييد الشحنة، ويختفي التأثير الكاسح. تتدهور كفاءة التخثر بشكل حاد، وتذوب الكتل المتكونة مرة أخرى (تستقر)، مما يجعل الماء عكرًا مرة أخرى.
عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 8.5، تزداد ذوبان الألومنيوم مرة أخرى. عند الرقم الهيدروجيني > 9، يتواجد الألومنيوم بالكامل تقريبًا في شكل Al(OH)₄⁻، ويفشل التخثر، ويزداد تركيز الألومنيوم المتبقي مرة أخرى، ومن المحتمل أن يتجاوز 0.2 ملجم / لتر.
عند استخدام أملاح الألومنيوم للتخثر، يجب تعديل الرقم الهيدروجيني للنظام (خاصة الرقم الهيدروجيني اللحظي بعد الخلط) إلى النطاق الأمثل. بالنسبة لكبريتات الألومنيوم، يكون الرقم الهيدروجيني المستهدف عادة حوالي 7.0. يستهلك التحلل المائي لأملاح الألومنيوم القلوية (HCO₃⁻) في الماء، مما يؤدي إلى إطلاق H⁺ والتسبب في انخفاض الرقم الهيدروجيني. إذا كانت قلوية المياه الخام غير كافية (<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.