pH は、アルミニウム塩凝固剤の有効性に影響を与える最も重要な要素です。これは水中のアルミニウム塩の形状、電気的特性、凝固機構を直接決定し、最終的に凝固効果に影響を与えます。
アルミニウム塩 (硫酸アルミニウム Al2(SO4)3 や塩化アルミニウム AlCl3 など) を水に添加すると、急速な加水分解が起こり、一連の単核および多核ヒドロキシル錯体が生成され、最終的には非晶質水酸化アルミニウム Al(OH)3 沈殿物が形成されます。これらの加水分解生成物の種類と割合は、pH に大きく依存します。
Al3⁺ + H2O ⇌ Al(OH)2⁺ + H⁺
Al3⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ (アモルファス) + 3H⁺
pH が上昇すると、加水分解生成物は次の順序になります: Al3+ → Al(OH)2+、Al(OH)2+ → Al(OH)3(s) → Al(OH)4⁻ (アルミン酸塩、可溶性)。
飲料-グレードのポリ塩化アルミニウム（固体）、スプレー-用ポリ塩化アルミニウム（PAC）、ポリ塩化アルミニウム、高分子凝固剤
1. 低 pH 範囲 (通常は<5.5)
主に、高度に正に荷電した単核錯イオン (Al3+、Al(OH)2+ など) で構成されます。これらの高度に正に帯電したイオンは、コロイド二重層を効果的に圧縮し、負に帯電したコロイド粒子 (ほとんどの自然水域に含まれる不純物など) を中和し、不安定化を引き起こします。
濁り除去効果は一般に中程度ですが、マイナスに帯電した溶存有機物（特定のフミン酸など）の除去には効果的です。形成されたフロックは小さくて緩んでいます。
この領域では、アルミニウム塩の有効性が電荷の中和により反映されますが、十分な Al(OH)3 沈殿が形成できないため、残留アルミニウム濃度が高くなる可能性があります。 pH < 4 の場合、アルミニウムはほぼ完全に Al3+ の形で存在し、凝固が不十分になります。
2. 最適な pH 範囲 (通常 6.0 ～ 7.8)
主に、電気的に中性の非晶質水酸化アルミニウム Al(OH)3(s) が沈殿し、同時に網目構造を持つ多数の多核ヒドロキシル錯体 (Al13O4(OH)247⁺、すなわち Al13 クラスターなど) を生成します。
Al(OH)₃ はその形成中に大きな網のように作用し、水中のコロイドや浮遊固体を直接カプセル化して掃き出し、共沈させます。-同時に、多核ポリマーが不安定化した粒子間の隙間を橋渡しし、大きくて緻密なフロックを形成します。これは、濁り、色、および複数の汚染物質の除去において全体的な効果が最も高い領域です。
3. High pH Zone (typically >8.5)
Al(OH)3 沈殿物は再溶解し、負に帯電した可溶性錯イオン Al(OH)4- を生成します。この時点で電荷の中和は失敗し、スイープ効果は消えます。凝集効率が急激に低下し、生成したフロックが再溶解（再安定化）して水が再び濁ります。
pH > 8.5 になると、アルミニウムの溶解度は再び増加します。 pH > 9 では、アルミニウムはほぼ完全に Al(OH)4- の形で存在し、凝固は失敗し、残留アルミニウム濃度は再び増加し、0.2 mg/L を超える可能性があります。
凝固にアルミニウム塩を使用する場合、系の pH (特に混合後の瞬間の pH) を最適な範囲に調整する必要があります。硫酸アルミニウムの場合、目標の pH は通常約 7.0 です。アルミニウム塩の加水分解は水中のアルカリ度 (HCO₃⁻) を消費し、H⁺ を放出して pH の低下を引き起こします。原水のアルカリ度が不足している場合（<50 mg/L as CaCO₃), lime (CaO) or sodium carbonate (Na₂CO₃) must be added to maintain pH stability.