混凝沉淀是自來水廠或污水廠降低渾濁度、去除水中懸浮物的核心方法。其主要是在原水或廢水中投入合適的混凝劑(如硫酸鋁、明礬等)，降低或消除膠體或顆粒表面的靜電斥力，破壞顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)（即脫穩(wěn)）。脫穩(wěn)的顆粒相互聚集為較大顆粒的過程稱為凝聚；未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大顆粒，這種現(xiàn)象稱為絮凝。混合、凝聚、絮凝合起來稱為混凝。混凝產(chǎn)生的較大絮體通過后續(xù)的沉淀或澄清、氣浮等從水中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)凈化。

自來水廠工藝圖

混凝沉淀的工藝過程龐雜多變，很多因素都會(huì)影響處理效果，比如pH、水溫、雜質(zhì)成分、雜質(zhì)濃度、帶電情況、混凝劑種類、投加量、投加順序，以及攪拌工藝、攪拌時(shí)間等，如果工藝控制不好會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)處理過程和出廠水水質(zhì)。因此，混凝過程強(qiáng)調(diào)科學(xué)、精準(zhǔn)、快速，投加處理工藝稍有偏差可能會(huì)出現(xiàn)很多問題，比如：

1.混凝劑投加過量。會(huì)造成虛礬，藥劑浪費(fèi)，增加運(yùn)行成本、也會(huì)讓出水鋁的含量超標(biāo)；

2.混凝劑投加欠量。會(huì)使絮凝體氈層破壞，造成出水水質(zhì)（濁度、有機(jī)物、pH等）不達(dá)標(biāo)；

3.投加量變化劇烈。整個(gè)工藝運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致檢修次數(shù)增加，運(yùn)行成本增加；

4.pH/堿度超出范圍。混凝效果差、藥劑浪費(fèi)，同樣會(huì)造成運(yùn)行成本增加、出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)；

5.混勻效果差。工藝運(yùn)行不穩(wěn)定，藥劑浪費(fèi)，運(yùn)行成本增加。

歐美地區(qū)的一些發(fā)達(dá)國(guó)家自工業(yè)革命后就開始了水處理技術(shù)的積累和迭代，也是最早通過混凝沉淀工藝來澄清供水的地區(qū)。1804年由 Robert Thom 設(shè)計(jì)的第一個(gè)實(shí)際的市政水處理廠在蘇格蘭建成，1893年，第一座生物濾池在英國(guó)Wales投入使用，此后，美國(guó)的Rutgers大學(xué)、英國(guó)的曼徹斯特大學(xué)等相繼開展混凝實(shí)驗(yàn)，逐步確定了合理的明礬投加量，奠定了混凝沉淀工藝的基礎(chǔ)。

近年來，隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展，歐洲的水處理更傾向于天然環(huán)保、高效無污染，利用科學(xué)有序的監(jiān)控技術(shù)優(yōu)化絮凝劑投加，減少藥劑用量、節(jié)省人工投入是目標(biāo)，尤其在西歐，使用能被生物降解或無毒的化學(xué)品是重要方向，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)、動(dòng)態(tài)投加工藝是主要手段。這是由于歐洲國(guó)家之間共享湖泊和河流、原水質(zhì)量復(fù)雜，同時(shí)人力與自然資源短缺等背景造成的。

歐洲很重視水環(huán)境保護(hù)與飲用安全管理，嚴(yán)格的法規(guī)政策、合理的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)方案、以及先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)水平是核心優(yōu)勢(shì)。

（1）歐洲先進(jìn)的環(huán)保理念和嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值得我們參考

飲水方面，歐洲1998出臺(tái)的《飲用水水質(zhì)指令》（Drinking Water Directive，簡(jiǎn)稱DWD）與WHO飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則和美國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一起被稱為世界三大飲用水標(biāo)準(zhǔn)，有著極為嚴(yán)格的制度規(guī)范和檢測(cè)指標(biāo)。最新指標(biāo)參數(shù)高達(dá)48項(xiàng)，分為微生物學(xué)指標(biāo)（2項(xiàng)），化學(xué)物質(zhì)指標(biāo)（26項(xiàng)），指示指標(biāo)（18項(xiàng)），放射性指標(biāo)(2項(xiàng))。它也是歐洲各國(guó)制訂本國(guó)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)。德國(guó)、法國(guó)等都根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)一步建立了自己的水質(zhì)管理體系。英國(guó)脫歐前也根據(jù)相關(guān)指令結(jié)合自身實(shí)際，構(gòu)建了包括環(huán)境署、水務(wù)辦公室、飲用水監(jiān)督委員會(huì)為主的監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)并沿用至今。

（2）出臺(tái)經(jīng)濟(jì)激勵(lì)型保護(hù)政策，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

歐洲國(guó)家一直推動(dòng)環(huán)保與產(chǎn)業(yè)掛鉤，應(yīng)用最廣泛和影響最大的主要有環(huán)境稅、排污權(quán)交易制度、排污收費(fèi)、綠色信貸、環(huán)境信用、環(huán)境標(biāo)志等。以環(huán)境稅為例，它是把環(huán)境污染和生態(tài)破壞的社會(huì)成本，內(nèi)化到生產(chǎn)成本和市場(chǎng)價(jià)格中去，再通過市場(chǎng)機(jī)制來分配環(huán)境資源的一種經(jīng)濟(jì)手段。與水質(zhì)相關(guān)的方面，應(yīng)用最多的是水污染收費(fèi)，它主要是針對(duì)直接污水排放行為的收費(fèi)，同時(shí)反向激勵(lì)那些水源保護(hù)或水處理技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)。

（3）提升水處理技術(shù)水平，發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)

歐洲國(guó)家多以科技的發(fā)展帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，旨在將高能耗、高消耗、高排放的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芎摹⒌拖暮偷团欧诺摹熬G色”發(fā)展模式，注重從技術(shù)層面促進(jìn)水質(zhì)優(yōu)化，研發(fā)了很多新產(chǎn)品、新技術(shù)。高效沉淀工藝、電絮凝技術(shù)、多維監(jiān)測(cè)與在線調(diào)控等都在混凝沉淀工藝段取得了不錯(cuò)的效果。Pi即是受益于此，近年來實(shí)現(xiàn)了很多技術(shù)積累和產(chǎn)品創(chuàng)新。

整體上，歐洲水源水質(zhì)復(fù)雜、人力和自然資源相對(duì)短缺，水處理工藝更強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化、智能化、少投入、少維護(hù)。因此結(jié)合工藝實(shí)際，融合水科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的水處理技術(shù)是主要方向。這與目前國(guó)內(nèi)推廣的智慧水務(wù)、節(jié)能降耗也是相契合的。英國(guó)Pi的CoagSense混凝加藥控制系統(tǒng)就是基于歐洲的環(huán)保理念和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)制度研發(fā)而來，專為自來水廠提供的柔性易操作的自動(dòng)混凝加藥控制方案，它獨(dú)特的多-單參數(shù)控制邏輯，避免了常見混凝系統(tǒng)/算法的復(fù)雜性，門檻低、投入少，可以幫助我國(guó)一些智能化相對(duì)薄弱的中小型水廠提高管理水平、優(yōu)化資源配置、節(jié)約藥劑和人力投入等。

Pi公司的CoagSense混凝加藥控制系統(tǒng)是歐洲工藝應(yīng)用的典型代表，它主要通過自身強(qiáng)大的智能控制器和先進(jìn)的在線檢測(cè)技術(shù)，為自來水廠提供柔性易操作的自動(dòng)混凝加藥控制方案。獨(dú)特的多-單參數(shù)控制邏輯，通過對(duì)濁度、pH、膠體顆粒和有機(jī)物的表面電荷值（SCV）以及UV254等監(jiān)測(cè)分析，配合Control In-Site管理平臺(tái)，可實(shí)時(shí)獲取水質(zhì)信息，快速反饋并調(diào)控藥劑投加裝置，確保水質(zhì)穩(wěn)定合規(guī)。

CoagSense主要以表面電荷值（SCV）為控制參數(shù)，UV254或濁色度為驗(yàn)證參數(shù)，指導(dǎo)混凝藥劑的自動(dòng)投加。通常情況下，控制參數(shù)直接給出的加藥量與驗(yàn)證參數(shù)經(jīng)計(jì)算所得的加藥量趨于一致，藥劑投加以控制參數(shù)為準(zhǔn)；當(dāng)控制參數(shù)給出的加藥量與驗(yàn)證參數(shù)存在明顯差異時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)報(bào)警，操作人員也可根據(jù)實(shí)際情況，切換控制參數(shù)和驗(yàn)證參數(shù)，保障過程正常運(yùn)行。除了主監(jiān)控回路外，CoagSense還具有獨(dú)立的pH調(diào)節(jié)回路，保證混凝在合理的pH下進(jìn)行。

CoagSense能夠幫助強(qiáng)化混凝工藝、實(shí)現(xiàn)混凝劑的自動(dòng)投加，提升有機(jī)物和顆粒物的去除率，為水廠提供簡(jiǎn)單易用的混凝加藥控制系統(tǒng)，幫助提升管理效率、降低運(yùn)行成本，保障水廠穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

目前，這套系統(tǒng)處于快速推廣期，已經(jīng)為歐美的60余家水廠服務(wù)，比如蘇格蘭的巴拉島自來水廠、尼斯自來水廠（Ness WTW）、北湖自來水廠（North Lochs WTW）、愛爾蘭的凱里克水廠等，都取得了不錯(cuò)的效果，綜合計(jì)算下來，每年可為水廠節(jié)約25%以上的藥劑用量。以愛爾蘭EPS水務(wù)公司運(yùn)行的凱里克水廠為例，其每天水處理量為12000噸，水源主要來自周邊的湖泊水，具有有機(jī)物含量高、pH隨季節(jié)變化大等特點(diǎn)。CoagSense系統(tǒng)首先通過后反饋對(duì)水源的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，使pH穩(wěn)定在5.8~6.3之間。根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)，混凝劑以硫酸鋁為主，系統(tǒng)以表面電荷分析儀測(cè)量值SCV為控制參數(shù)，以UV254為驗(yàn)證參數(shù)，后反饋控制加藥泵開度，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)檢測(cè)→藥劑調(diào)控→水質(zhì)優(yōu)化的工藝閉環(huán)。系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行一段時(shí)間后，實(shí)現(xiàn)出水濁度低于0.5 NTU。采用了CoagSense系統(tǒng)和其它自動(dòng)化設(shè)備，EPS水務(wù)公司一個(gè)運(yùn)營(yíng)工程師可以管理7個(gè)自來水廠，運(yùn)行效率明顯高于國(guó)內(nèi)平均水平。

我們還有一些實(shí)驗(yàn)室或便攜的解決方法。過去的混凝劑投加前需要取原水水樣到實(shí)驗(yàn)室，設(shè)置不同濃度的藥劑和pH，通過手動(dòng)滴定的方式確定添加范圍，這種方法要求操作人具有一定專業(yè)背景和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，且過程耗時(shí)費(fèi)力、納入評(píng)估的參數(shù)少、應(yīng)用效果也滯后，加上水樣濁度、帶電量等在運(yùn)送途中的變化，往往花了很多精力測(cè)得結(jié)果卻與實(shí)際不符。為此，Pi推出了的實(shí)驗(yàn)室混凝滴定儀——LabSense，它是目前市場(chǎng)上少數(shù)可以實(shí)現(xiàn)顆粒表面電荷分析的設(shè)備，它可以在實(shí)驗(yàn)室使用，也可以拿到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，5分鐘即可獲取結(jié)果，操作簡(jiǎn)單，可以快速確定混凝藥劑和酸堿藥劑的工藝需要量。

此外，英國(guó)Pi產(chǎn)品在給排水水質(zhì)監(jiān)測(cè)和控制方面還有很多獨(dú)特的解決方案，歡迎大家到管網(wǎng)了解。未來我們也會(huì)專注于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用，針對(duì)性地研發(fā)和推出新的技術(shù)和產(chǎn)品，并強(qiáng)化品質(zhì)與售后，希望為國(guó)內(nèi)的涉水企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)、專業(yè)、“零”維護(hù)的產(chǎn)品與服務(wù)。