《Journal of Water Process Engineering》：Operational robustness as a decision criterion for coagulant selection: Moving beyond peak efficiency in water treatment processes
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•一种新的操作稳健性指数（ORI）对混凝剂在峰值效率之外的性能进行排序。•地中海松在去除率、ORI和操作窗口方面排名高于辣木。•首次评估黄连木作为浊度混凝剂：效率最低。•操作稳健性是选择混凝剂时更切合实际的标准。引言确保安全饮用水的获取仍然是全球最紧迫的环境和公共卫生挑战之一[1
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一种新的操作稳健性指数（ORI）对混凝剂在峰值效率之外的性能进行排序。
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地中海松在去除率、ORI和操作窗口方面排名高于辣木。
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首次评估黄连木作为浊度混凝剂：效率最低。
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操作稳健性是选择混凝剂时更切合实际的标准。
引言
确保安全饮用水的获取仍然是全球最紧迫的环境和公共卫生挑战之一[1]。常规水处理方法严重依赖混凝-絮凝工艺，在过滤和消毒之前去除悬浮固体、胶体颗粒、天然有机物和微生物[2]，[3]。铝盐和铁盐因其高效率且成本相对较低，继续在实际工程中占据主导地位。然而，对残余金属、污泥产生、资源枯竭和环境足迹的担忧，已激发了人们对更可持续替代品的日益增长的兴趣[4]。
在过去二十年中，植物源混凝剂已作为具有前景的、可生物降解且低毒性的替代品出现[5]，[6]，[7]，[8]。包括辣木[9]，[10]，[11]，仙人掌[12]，地中海松种子[13]在内的众多植物来源，已显示出显著的混凝活性。这种活性通常归因于促进电荷中和、吸附和聚合物桥接的蛋白质、多糖或多酚类化合物[14]。因此，天然混凝剂在饮用水、废水和工业废水的澄清方面引起了越来越多的研究关注[15]。
尽管关于植物基混凝剂的出版物数量大幅增长，但其评估仍主要受限于在优化实验室条件下追求最大去除效率的导向[6]，[15]，[16]，[17]。此类研究通常旨在确定能够最大化浊度去除的混凝剂剂量、pH值、混合条件和沉降时间[18]。虽然这些研究为单一植物提取物的混凝潜力提供了有价值的见解，但它们常常忽略了一个对实际应用至关重要的考虑因素：当操作条件偏离已确定的最优条件时，混凝剂性能的稳健性。
在实际规模的水处理厂中，操作条件很少保持稳定[19]。原水水质会随季节变化、降雨和人为活动而显著波动[20]，改变浊度、有机物含量、碱度和pH值。此外，由于运营和成本限制，维持最佳混凝剂剂量往往十分困难[21]。因此，混凝剂的实际有用性不仅取决于其峰值去除效率，还取决于其在广泛操作条件下提供可接受性能的能力。
从工程角度看，操作稳健性是评估水处理工艺（包括混凝剂的选择）是否适合实际规模应用的关键因素[22]。一种峰值效率略低但在波动条件下保持稳定性能的混凝剂，可能比另一种仅在狭窄操作窗口内实现出色去除效果的混凝剂更为可靠。尽管这一概念十分重要，但在天然混凝剂的研究中受到的关注相对较少，其性能通常是在单一组优化条件下评估，而非考察系统对工艺变异性的整体响应。
文献中常见的另一个局限涉及不同植物基混凝剂的比较。性能数据通常来自采用不同提取方法、原水水质、实验方案和分析技术的独立研究[23]。这些差异妨碍了直接比较，并可能导致关于天然混凝剂相对有效性的相互矛盾的结论。因此，在相同实验条件下进行的比较研究对于获得客观性能评价和阐明每种混凝剂的具体优缺点至关重要。
将操作稳健性与峰值效率相结合，在地中海和半干旱地区尤为重要，因为这些地区的原水浊度和pH值随季节性降雨而显著波动[24]，并且当地可获得的植物材料，如地中海松和黄连木，代表了进口化学混凝剂的潜在低成本替代品[5]，[6]。
在此背景下，本研究在相同的混凝-絮凝条件下评估了四种混凝剂的混凝性能：明矾、辣木、地中海松和黄连木。据我们所知，这是首次对黄连木地上部分作为植物基浊度混凝剂进行评估。除了引入该物种作为新型天然混凝剂外，本研究的主要目标是超越仅基于最大去除效率的传统评估方法，通过识别在波动操作条件下保持最稳定性能的混凝剂。为此，本研究提出将操作稳健性作为评价和比较植物基混凝剂的补充标准，对地中海和半干旱背景下的水处理实践具有直接意义。本研究提出的综合操作稳健性指数（ORI）和操作窗口-AUC框架均为原创方法论贡献。它们专门用于量化混凝剂的操作稳健性，其中ORI将性能、可重复性和敏感性整合为单一得分。其构建细节见第2.6节。
章节片段
植物材料和化学混凝剂
地中海松种子和黄连木地上部分于2025年5月采自阿尔及利亚北部同一地中海沿海生态系统（Boumerdes省Khemis El Khechna的El M'Hamdiya），采集时每种植物材料均处于生理成熟期。辣木种子从中国商业采购，作为公认的参考天然混凝剂。使用商业硫酸铝（Al?(SO?)?·18H?O）作为常规化学混凝剂。
总体混凝性能和变异性
明矾实现了最高的平均浊度去除效率（94.1 ± 7.24%；CV = 7.70%），表明在测试的混凝剂中相对变异性最低。在植物基混凝剂中，地中海松显示出最高的平均去除效率（80.6 ± 29.7%；CV = 36.88%），其次是辣木（73.6 ± 30.2%；CV = 41.00%）和黄连木（60.4 ± 31.0%；CV = 51.35%）。因此，描述性排序为明矾 > 地中海松 > 辣木 > 黄连木。较高的CV
结论
本研究在相同的受控合成水条件下评估了明矾、辣木、地中海松和黄连木的混凝性能和操作稳健性。在这些条件下，明矾仍是最有效且最稳健的混凝剂（平均去除率94.1%；ORI = 1.00）。在植物基材料中，地中海松显示出最高的平均去除效率（80.6%），并在综合操作稳健性指数
CRediT作者贡献声明
Amina Hadadi：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，监督，方法学，正式分析，数据管理，概念化。Abdallah Aouadi：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，软件，方法学。Diaa Eddine Hassaine：写作 – 初稿，方法学，调查，正式分析。Nawal Aouadi：写作 – 审阅与编辑，可视化，验证，监督。
资助
本研究未从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何特定资助。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的、可能影响本研究报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
Amina Hadadi|Abdallah Aouadi|Diaa Eddine Hassaine|Nawal Aouadi
