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?；炷a(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、攪拌時間等，如果工藝控制不好會嚴重影響后續(xù)處理過程和出廠水水質(zhì)。因此，混凝過程強調(diào)科學、精準、快速，投加處理工藝稍有偏差可能會出現(xiàn)很多問題，比如：

1.混凝劑投加過量。會造成虛礬，藥劑浪費，增加運行成本、也會讓出水鋁的含量超標；

2.混凝劑投加欠量。會使絮凝體氈層破壞，造成出水水質(zhì)（濁度、有機物、pH等）不達標；

3.投加量變化劇烈。整個工藝運行不穩(wěn)定，導致檢修次數(shù)增加，運行成本增加；

4.pH/堿度超出范圍?；炷Ч睢⑺巹├速M，同樣會造成運行成本增加、出水水質(zhì)不達標；

5.混勻效果差。工藝運行不穩(wěn)定，藥劑浪費，運行成本增加。

歐美地區(qū)的一些發(fā)達國家自工業(yè)革命后就開始了水處理技術的積累和迭代，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 設計的第一個實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Wales投入使用，此后，美國的Rutgers大學、英國的曼徹斯特大學等相繼開展混凝實驗，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。

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，利用科學有序的監(jiān)控技術優(yōu)化絮凝劑投加，減少藥劑用量、節(jié)省人工投入是目標，尤其在西歐，使用能被生物降解或無毒的化學品是重要方向，采用實時監(jiān)測技術、動態(tài)投加工藝是主要手段。這是由于歐洲國家之間共享湖泊和河流、原水質(zhì)量復雜，同時人力與自然資源短缺等背景造成的。

歐洲很重視水環(huán)境保護與飲用安全管理，嚴格的法規(guī)政策、合理的經(jīng)濟激勵方案、以及先進的環(huán)保技術水平是核心優(yōu)勢。

（1）歐洲先進的環(huán)保理念和嚴格的水質(zhì)標準值得我們參考

飲水方面，歐洲1998出臺的《飲用水水質(zhì)指令》（Drinking Water Directive，簡稱DWD）與WHO飲用水水質(zhì)準則和美國飲用水水質(zhì)標準一起被稱為世界三大飲用水標準，有著極為嚴格的制度規(guī)范和檢測指標。最新指標參數(shù)高達48項，分為微生物學指標（2項），化學物質(zhì)指標（26項），指示指標（18項），放射性指標(2項)。它也是歐洲各國制訂本國水質(zhì)標準的主要依據(jù)。德國、法國等都根據(jù)指令內(nèi)容進一步建立了自己的水質(zhì)管理體系。英國脫歐前也根據(jù)相關指令結合自身實際，構建了包括環(huán)境署、水務辦公室、飲用水監(jiān)督委員會為主的監(jiān)督管理機構并沿用至今。

（2）出臺經(jīng)濟激勵型保護政策，促進相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展

歐洲國家一直推動環(huán)保與產(chǎn)業(yè)掛鉤，應用最廣泛和影響最大的主要有環(huán)境稅、排污權交易制度、排污收費、綠色信貸、環(huán)境信用、環(huán)境標志等。以環(huán)境稅為例，它是把環(huán)境污染和生態(tài)破壞的社會成本，內(nèi)化到生產(chǎn)成本和市場價格中去，再通過市場機制來分配環(huán)境資源的一種經(jīng)濟手段。與水質(zhì)相關的方面，應用最多的是水污染收費，它主要是針對直接污水排放行為的收費，同時反向激勵那些水源保護或水處理技術先進的企業(yè)。

（3）提升水處理技術水平，發(fā)展相關產(chǎn)業(yè)

歐洲國家多以科技的發(fā)展帶動產(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)濟發(fā)展模式，轉變?yōu)榈湍芎摹⒌拖暮偷团欧诺摹熬G色”發(fā)展模式，注重從技術層面促進水質(zhì)優(yōu)化，研發(fā)了很多新產(chǎn)品、新技術。高效沉淀工藝、電絮凝技術、多維監(jiān)測與在線調(diào)控等都在混凝沉淀工藝段取得了不錯的效果。Pi即是受益于此，近年來實現(xiàn)了很多技術積累和產(chǎn)品創(chuàng)新。

整體上，歐洲水源水質(zhì)復雜、人力和自然資源相對短缺，水處理工藝更強調(diào)自動化、智能化、少投入、少維護。因此結合工藝實際，融合水科學、數(shù)據(jù)科學和計算機科學的水處理技術是主要方向。這與目前國內(nèi)推廣的智慧水務、節(jié)能降耗也是相契合的。英國Pi的CoagSense混凝加藥控制系統(tǒng)就是基于歐洲的環(huán)保理念和嚴格的標準制度研發(fā)而來，專為自來水廠提供的柔性易操作的自動混凝加藥控制方案，它獨特的多-單參數(shù)控制邏輯，避免了常見混凝系統(tǒng)/算法的復雜性，門檻低、投入少，可以幫助我國一些智能化相對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)是歐洲工藝應用的典型代表，它主要通過自身強大的智能控制器和先進的在線檢測技術，為自來水廠提供柔性易操作的自動混凝加藥控制方案。獨特的多-單參數(shù)控制邏輯，通過對濁度、pH、膠體顆粒和有機物的表面電荷值（SCV）以及UV254等監(jiān)測分析，配合Control In-Site管理平臺，可實時獲取水質(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或濁色度為驗證參數(shù)，指導混凝藥劑的自動投加。通常情況下，控制參數(shù)直接給出的加藥量與驗證參數(shù)經(jīng)計算所得的加藥量趨于一致，藥劑投加以控制參數(shù)為準；當控制參數(shù)給出的加藥量與驗證參數(shù)存在明顯差異時，系統(tǒng)會觸發(fā)報警，操作人員也可根據(jù)實際情況，切換控制參數(shù)和驗證參數(shù)，保障過程正常運行。除了主監(jiān)控回路外，CoagSense還具有獨立的pH調(diào)節(jié)回路，保證混凝在合理的pH下進行。

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

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，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，都取得了不錯的效果，綜合計算下來，每年可為水廠節(jié)約25%以上的藥劑用量。以愛爾蘭EPS水務公司運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，具有有機物含量高、pH隨季節(jié)變化大等特點。CoagSense系統(tǒng)首先通過后反饋對水源的pH進行調(diào)節(jié)，使pH穩(wěn)定在5.8~6.3之間。根據(jù)水質(zhì)特點，混凝劑以硫酸鋁為主，系統(tǒng)以表面電荷分析儀測量值SCV為控制參數(shù)，以UV254為驗證參數(shù)，后反饋控制加藥泵開度，從而實現(xiàn)水質(zhì)檢測→藥劑調(diào)控→水質(zhì)優(yōu)化的工藝閉環(huán)。系統(tǒng)自動化運行一段時間后，實現(xiàn)出水濁度低于0.5 NTU。采用了CoagSense系統(tǒng)和其它自動化設備，EPS水務公司一個運營工程師可以管理7個自來水廠，運行效率明顯高于國內(nèi)平均水平。

我們還有一些實驗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驗室，設置不同濃度的藥劑和pH，通過手動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)背景和實踐經(jīng)驗，且過程耗時費力、納入評估的參數(shù)少、應用效果也滯后，加上水樣濁度、帶電量等在運送途中的變化，往往花了很多精力測得結果卻與實際不符。為此，Pi推出了的實驗室混凝滴定儀——LabSense，它是目前市場上少數(shù)可以實現(xiàn)顆粒表面電荷分析的設備，它可以在實驗室使用，也可以拿到現(xiàn)場檢測，5分鐘即可獲取結果，操作簡單，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Pi產(chǎn)品在給排水水質(zhì)監(jiān)測和控制方面還有很多獨特的解決方案，歡迎大家到管網(wǎng)了解。未來我們也會專注于國內(nèi)市場的應用，針對性地研發(fā)和推出新的技術和產(chǎn)品，并強化品質(zhì)與售后，希望為國內(nèi)的涉水企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)、專業(yè)、“零”維護的產(chǎn)品與服務。