中冶自主研發(fā)水處理“曝氣裝備”破解世界性技術(shù)難題

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中冶自主研發(fā)水處理“曝氣裝備”破解世界性技術(shù)難題

由中冶華天水務(wù)技術(shù)研究院研發(fā)的水處理環(huán)保裝備——“離心自吸混合式倒傘型曝氣機”順利獲得美國專利授權(quán)，這是我國企業(yè)自主研發(fā)的“曝氣裝備”所取得的唯一國際專利。該項專利技術(shù)，成功破解了“深層污水不能進行曝氣充氧”這一世界性技術(shù)難題，為中國水處理裝備獨占鰲頭提供了最新佐證。

示范作用引領(lǐng)

2015年6月底，由中冶華天研發(fā)成功的《離心自吸混合式倒傘曝氣機》《聯(lián)通平衡轉(zhuǎn)碟式高效曝氣機》《少齒差減速潛水推流器》等三項技術(shù)產(chǎn)品通過中國機械工業(yè)聯(lián)合會主持的國家級鑒定。業(yè)內(nèi)專家一致認為包括《離心自吸混合式倒傘曝氣機》在內(nèi)的前兩項技術(shù)產(chǎn)品達到了國際領(lǐng)先水平，后一項為國際先進水平。

2015年12月，以“離心自吸混合式倒傘型曝氣機”為核心的專利群獲評安徽省專利金獎。

“難能可貴，對于水處理裝備，中冶華天依靠自身的技術(shù)力量完成了專利技術(shù)發(fā)明到產(chǎn)品設(shè)計、制造，再到工程應(yīng)用，繼而主編了產(chǎn)品的行業(yè)和國家標準。”中國環(huán)保機械行業(yè)協(xié)會原副會長兼秘書長郭寶林評價說，作為一家設(shè)計研究院性質(zhì)的央企，中冶華天一直堅持科技創(chuàng)新、科技興業(yè)，遵循科研、設(shè)計、建設(shè)、調(diào)試與運營的循環(huán)鏈，立項科研課題均源自工程實踐，并將科技成果及時轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為生產(chǎn)和市場服務(wù)，把精良的水處理裝備技術(shù)與先進的工藝技術(shù)相結(jié)合，闖出了一條可持續(xù)發(fā)展的路子。

據(jù)悉，目前中冶華天已經(jīng)有近20座BOT建設(shè)的污水處理廠，可作為裝備應(yīng)用、對比、驗證基地，積累了大量技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力的經(jīng)驗，有利于將其項目作為示范工程，把成果迅速地加以推廣。

“中冶華天是以技術(shù)應(yīng)用型為主導(dǎo)的工程技術(shù)公司，研發(fā)的課題來源于實際工程需要，其成果最終也要應(yīng)用到實際工程。”中冶水處理工程技術(shù)中心主任、中冶華天首席專家、水務(wù)技術(shù)研究院院長程寒飛指出，我國的污水處理工藝裝備生產(chǎn)制造以民營企業(yè)為主體，技術(shù)支撐多為拿來主義，缺乏自主原創(chuàng)技術(shù)，產(chǎn)品品質(zhì)技術(shù)含量不高；為兼顧這些企業(yè)的生存，產(chǎn)品標準要求又定制得太低，因而，國產(chǎn)的關(guān)鍵污水處理裝備在國際上沒有話語權(quán)。這次我們選好突破口，從核心設(shè)備為起點，樹立自身品牌，除了強化提升企業(yè)影響力，更要逐步向生產(chǎn)服務(wù)型邁進，在國內(nèi)外行業(yè)內(nèi)開展諸如工藝和裝備診斷、維護等專業(yè)化服務(wù)，全面提升自身的核心競爭力。

拳頭產(chǎn)品當(dāng)家

曝氣設(shè)備是污水處理廠的核心，也是最主要的能源消耗設(shè)備之一。一般而言，一個污水處理廠單位供氧曝氣而消耗的電能約為全廠能耗的一半以上，因此，曝氣設(shè)備的供氧能力和能效一直是判斷其性能是否優(yōu)異的關(guān)鍵指標。

筆者了解到，此次獲得美國專利的的離心自吸混合式倒傘型曝氣機已經(jīng)是中冶華天研發(fā)的第四代產(chǎn)品，并已經(jīng)成功應(yīng)用于山東壽光、平陰，安徽宣城、來安、天長，福建長樂等多家污水處理廠。

主設(shè)計師王月萍介紹說，這個第四代產(chǎn)品，其創(chuàng)新點在于對水力構(gòu)件進行了顛覆性的設(shè)計，這種設(shè)計徹底改變了曝氣機在氧化溝中的運行質(zhì)態(tài)，使氧化溝中的流體流場、流態(tài)得到了徹底改變，實現(xiàn)了氧化溝表、中、底污水得到了提升，溶解氧均勻，氧化溝中不再存在充氧盲區(qū)，污水中的厭氧有機物得到充分有效的氧化，同時為耗氧菌種提供生命源。

中冶華天第二、三代、四代倒傘曝氣技術(shù)都獲得過國家發(fā)明專利，并都成功運用。比如第二代產(chǎn)品在山東平陰已經(jīng)使用了11年，到現(xiàn)在未發(fā)生任何機械故障，第三代產(chǎn)品應(yīng)用在山東壽光，也已平穩(wěn)運行8年，9臺4米的曝氣機每年可節(jié)約電費230多萬元。

在業(yè)內(nèi)知名裝備專家張鑫珩看來，第四代產(chǎn)品更是一次顛覆性技術(shù)突破，不但水力構(gòu)件（曝氣葉輪）顛覆了世界上的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減速機也突破了世界上現(xiàn)有的傳動機構(gòu)。

據(jù)悉，目前該技術(shù)已經(jīng)獲得8項國家專利，其中國內(nèi)發(fā)明專利4項，美國專利1項，并被錄入2014年版“國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄”。

能效領(lǐng)跑世界

張鑫珩表示，現(xiàn)在世界上所有同類表面曝氣機都存在致命的缺陷，即在4～6米深的水池中進行曝氣時，只能對距水面2～3米的污水進行曝氣而不能將深層污水提升進行曝氣充氧，故氧化溝表、中、底部溶解氧不均勻，使得曝氣設(shè)備運行能耗加大、費用增高。

中冶華天研發(fā)的新一代曝氣設(shè)備葉輪設(shè)有梳齒葉片、自吸氣口、汲水管、水氣固三相混合區(qū)，集整流、提升、吸氣、混合、噴射、二次挾氣混合等多功能于一體，大幅度提高了曝氣充氧能力。

同時減速機的設(shè)計摒棄了傳統(tǒng)曝氣機采用的平行軸斜齒輪傳動結(jié)構(gòu)，采用了少齒差行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)，且減速機與曝氣葉輪采用傳動軸做過渡連接、對合式限位結(jié)構(gòu)和自鎖緊螺母等技術(shù)，使減速機的軸向和徑向受力更合理，維修方便。

中冶華天自主研發(fā)的離心自吸混合型倒傘型曝氣機檢測結(jié)果是：理論動力效率為3.83kgO2/kW· h，總動力效率高于3.2kgO2/kW·h。與國內(nèi)外同類曝氣技術(shù)產(chǎn)品相比，同種工況下，“離心自吸混合式倒傘型曝氣機”徹底地解決了深層污水不能進行曝氣充氧的世界性技術(shù)難題，充氧量提高50%以上，污水處理的能耗降低30%以上，有效水深提高至6米。

“由于吸水深度提高了，構(gòu)筑物的占地面積就會相應(yīng)減小。”程寒飛說，從這方面來看，新技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用可以一舉多得。“環(huán)保和節(jié)能是一對孿生龍鳳，只有節(jié)能的環(huán)保才是真環(huán)保，才能給社會和企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟效益，帶來核心的市場競爭力。為了環(huán)保而裝備的設(shè)備，必須首先自身要做到節(jié)能。離心自吸混合式倒傘型曝氣機做到了，這就是獨占鰲頭。”

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前，國內(nèi)污水廠應(yīng)用的立軸式旋轉(zhuǎn)曝氣機占整個污水處理項目的20%左右，過去因為立軸式旋轉(zhuǎn)曝機的工作性能與充氧效率較低，所以逐漸被新的曝氣方式替代，但是新的曝氣方式都存在著曝氣效率逐年衰減的致命弱點，基本上6年左右需要重新更換，重置成本高，同時每年的保養(yǎng)、維修極為麻煩，需放空水池，停產(chǎn)維修。據(jù)他們估算，除應(yīng)用于新建項目以外，僅單對國內(nèi)現(xiàn)有采用立軸式旋轉(zhuǎn)曝氣機進行改造，每年將會為國家節(jié)約近35億度電量，折合約為43萬噸標準煤。

中冶集團提出“四梁八柱”戰(zhàn)略調(diào)整，要求科研設(shè)計企業(yè)不再盲目追求規(guī)模，而是回歸科研設(shè)計主業(yè)，向高端打，往前沿沖，切實承擔(dān)起引領(lǐng)中國冶金向更高水平發(fā)展的國家責(zé)任，把工程技術(shù)優(yōu)勢、建造與運營管理優(yōu)勢、裝備制造與成套優(yōu)勢匹配起來，形成中冶集團新的綜合競爭優(yōu)勢。據(jù)此中冶華天也進行了相應(yīng)調(diào)整，提出了“五五”發(fā)展格局，即以提升綜合創(chuàng)新能力、專業(yè)設(shè)計能力、工程管理能力、工程咨詢能力和運營服務(wù)能力“五種能力”為支撐，大力促進鋼鐵冶金板塊、環(huán)境能源板塊、房建市政板塊、工程咨詢板塊和地產(chǎn)開發(fā)板塊“五個業(yè)務(wù)板塊”的合理匹配和快速發(fā)展。“中冶華天決策層對水處理這塊非常重視，要求全力把規(guī)模做大，在污水處理‘技術(shù)研發(fā)—設(shè)計—核心裝備制造—建造—專業(yè)化運營’完整產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)都要做到最好，要獨占鰲頭。”程寒飛說。