给水排水专访|欧洲水处理工艺分享与“CoagSense混凝加药控制系统”应用介绍

混凝沉淀是自来水厂或污水厂降低浑浊度、去除水中悬浮物的核心方法。其主要是在原水或废水中投入合适的混凝剂(如硫酸铝、明矾等)，降低或消除胶体或颗粒表面的静电斥力，破坏颗粒的稳定状态（即脱稳）。脱稳的颗粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚；未经脱稳的胶体也可形成大颗粒，这种现象称为絮凝。混合、凝聚、絮凝合起来称为混凝。混凝产生的较大絮体通过后续的沉淀或澄清、气浮等从水中分离出来，从而实现净化。

自来水厂工艺图

混凝沉淀的工艺过程庞杂多变，很多因素都会影响处理效果，比如pH、水温、杂质成分、杂质浓度、带电情况、混凝剂种类、投加量、投加顺序，以及搅拌工艺、搅拌时间等，如果工艺控制不好会严重影响后续处理过程和出厂水水质。因此，混凝过程强调科学、精准、快速，投加处理工艺稍有偏差可能会出现很多问题，比如：

1.混凝剂投加过量。会造成虚矾，药剂浪费，增加运行成本、也会让出水铝的含量超标；

2.混凝剂投加欠量。会使絮凝体毡层破坏，造成出水水质（浊度、有机物、pH等）不达标；

3.投加量变化剧烈。整个工艺运行不稳定，导致检修次数增加，运行成本增加；

4.pH/碱度超出范围。混凝效果差、药剂浪费，同样会造成运行成本增加、出水水质不达标；

5.混匀效果差。工艺运行不稳定，药剂浪费，运行成本增加。

欧美地区的一些发达国家自工业革命后就开始了水处理技术的积累和迭代，也是最早通过混凝沉淀工艺来澄清供水的地区。1804年由 Robert Thom 设计的第一个实际的市政水处理厂在苏格兰建成，1893年，第一座生物滤池在英国Wales投入使用，此后，美国的Rutgers大学、英国的曼彻斯特大学等相继开展混凝实验，逐步确定了合理的明矾投加量，奠定了混凝沉淀工艺的基础。

近年来，随着现代文明的发展，欧洲的水处理更倾向于天然环保、高效无污染，利用科学有序的监控技术优化絮凝剂投加，减少药剂用量、节省人工投入是目标，尤其在西欧，使用能被生物降解或无毒的化学品是重要方向，采用实时监测技术、动态投加工艺是主要手段。这是由于欧洲国家之间共享湖泊和河流、原水质量复杂，同时人力与自然资源短缺等背景造成的。

欧洲很重视水环境保护与饮用安全管理，严格的法规政策、合理的经济激励方案、以及先进的环保技术水平是核心优势。

（1）欧洲先进的环保理念和严格的水质标准值得我们参考

饮水方面，欧洲1998出台的《饮用水水质指令》（Drinking Water Directive，简称DWD）与WHO饮用水水质准则和美国饮用水水质标准一起被称为世界三大饮用水标准，有着极为严格的制度规范和检测指标。最新指标参数高达48项，分为微生物学指标（2项），化学物质指标（26项），指示指标（18项），放射性指标(2项)。它也是欧洲各国制订本国水质标准的主要依据。德国、法国等都根据指令内容进一步建立了自己的水质管理体系。英国脱欧前也根据相关指令结合自身实际，构建了包括环境署、水务办公室、饮用水监督委员会为主的监督管理机构并沿用至今。

（2）出台经济激励型保护政策，促进相关产业发展

欧洲国家一直推动环保与产业挂钩，应用最广泛和影响最大的主要有环境税、排污权交易制度、排污收费、绿色信贷、环境信用、环境标志等。以环境税为例，它是把环境污染和生态破坏的社会成本，内化到生产成本和市场价格中去，再通过市场机制来分配环境资源的一种经济手段。与水质相关的方面，应用最多的是水污染收费，它主要是针对直接污水排放行为的收费，同时反向激励那些水源保护或水处理技术先进的企业。

（3）提升水处理技术水平，发展相关产业

欧洲国家多以科技的发展带动产业的发展，旨在将高能耗、高消耗、高排放的传统经济发展模式，转变为低能耗、低消耗和低排放的“绿色”发展模式，注重从技术层面促进水质优化，研发了很多新产品、新技术。高效沉淀工艺、电絮凝技术、多维监测与在线调控等都在混凝沉淀工艺段取得了不错的效果。Pi即是受益于此，近年来实现了很多技术积累和产品创新。

整体上，欧洲水源水质复杂、人力和自然资源相对短缺，水处理工艺更强调自动化、智能化、少投入、少维护。因此结合工艺实际，融合水科学、数据科学和计算机科学的水处理技术是主要方向。这与目前国内推广的智慧水务、节能降耗也是相契合的。英国Pi的CoagSense混凝加药控制系统就是基于欧洲的环保理念和严格的标准制度研发而来，专为自来水厂提供的柔性易操作的自动混凝加药控制方案，它独特的多-单参数控制逻辑，避免了常见混凝系统/算法的复杂性，门槛低、投入少，可以帮助我国一些智能化相对薄弱的中小型水厂提高管理水平、优化资源配置、节约药剂和人力投入等。

Pi公司的CoagSense混凝加药控制系统是欧洲工艺应用的典型代表，它主要通过自身强大的智能控制器和先进的在线检测技术，为自来水厂提供柔性易操作的自动混凝加药控制方案。独特的多-单参数控制逻辑，通过对浊度、pH、胶体颗粒和有机物的表面电荷值（SCV）以及UV254等监测分析，配合Control In-Site管理平台，可实时获取水质信息，快速反馈并调控药剂投加装置，确保水质稳定合规。

CoagSense主要以表面电荷值（SCV）为控制参数，UV254或浊色度为验证参数，指导混凝药剂的自动投加。通常情况下，控制参数直接给出的加药量与验证参数经计算所得的加药量趋于一致，药剂投加以控制参数为准；当控制参数给出的加药量与验证参数存在明显差异时，系统会触发报警，操作人员也可根据实际情况，切换控制参数和验证参数，保障过程正常运行。除了主监控回路外，CoagSense还具有独立的pH调节回路，保证混凝在合理的pH下进行。

CoagSense能够帮助强化混凝工艺、实现混凝剂的自动投加，提升有机物和颗粒物的去除率，为水厂提供简单易用的混凝加药控制系统，帮助提升管理效率、降低运行成本，保障水厂稳定可靠运行。

目前，这套系统处于快速推广期，已经为欧美的60余家水厂服务，比如苏格兰的巴拉岛自来水厂、尼斯自来水厂（Ness WTW）、北湖自来水厂（North Lochs WTW）、爱尔兰的凯里克水厂等，都取得了不错的效果，综合计算下来，每年可为水厂节约25%以上的药剂用量。以爱尔兰EPS水务公司运行的凯里克水厂为例，其每天水处理量为12000吨，水源主要来自周边的湖泊水，具有有机物含量高、pH随季节变化大等特点。CoagSense系统首先通过后反馈对水源的pH进行调节，使pH稳定在5.8~6.3之间。根据水质特点，混凝剂以硫酸铝为主，系统以表面电荷分析仪测量值SCV为控制参数，以UV254为验证参数，后反馈控制加药泵开度，从而实现水质检测→药剂调控→水质优化的工艺闭环。系统自动化运行一段时间后，实现出水浊度低于0.5 NTU。采用了CoagSense系统和其它自动化设备，EPS水务公司一个运营工程师可以管理7个自来水厂，运行效率明显高于国内平均水平。

我们还有一些实验室或便携的解决方法。过去的混凝剂投加前需要取原水水样到实验室，设置不同浓度的药剂和pH，通过手动滴定的方式确定添加范围，这种方法要求操作人具有一定专业背景和实践经验，且过程耗时费力、纳入评估的参数少、应用效果也滞后，加上水样浊度、带电量等在运送途中的变化，往往花了很多精力测得结果却与实际不符。为此，Pi推出了的实验室混凝滴定仪——LabSense，它是目前市场上少数可以实现颗粒表面电荷分析的设备，它可以在实验室使用，也可以拿到现场检测，5分钟即可获取结果，操作简单，可以快速确定混凝药剂和酸碱药剂的工艺需要量。

此外，英国Pi产品在给排水水质监测和控制方面还有很多独特的解决方案，欢迎大家到管网了解。未来我们也会专注于国内市场的应用，针对性地研发和推出新的技术和产品，并强化品质与售后，希望为国内的涉水企业提供优质、专业、“零”维护的产品与服务。