中冶自主研發水處理“曝氣裝備”破解世界性技術難題

發布日期：2016-04-11來源：中國冶金科工集團編輯：宋珍珍

[摘要]

　　3月31日，由中冶華天水務技術研究院研發的水處理環保裝備——“離心自吸混合式倒傘型曝氣機”順利獲得美國專利授權，這是我國企業自主研發的“曝氣裝備”所取得的唯一國際專利。該項專利技術，成功破解了“深層污水不能進行曝氣充氧”這一世界性技術難題，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

　　2015 年6月底，由中冶華天研發成功的《離心自吸混合式倒傘曝氣機》《聯通平衡轉碟式高效曝氣機》《少齒差減速潛水推流器》等三項技術產品通過中國機械工業聯合會主持的國家級鑒定。業內專家一致認為包括《離心自吸混合式倒傘曝氣機》在內的前兩項技術產品達到了國際領先水平，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力量完成了專利技術發明到產品設計、制造，再到工程應用，繼而主編了產品的行業和國家標準。”中國環保機械行業協會原副會長兼秘書長郭寶林評價說，作為一家設計研究院性質的央企，中冶華天一直堅持科技創新、科技興業，遵循科研、設計、建設、調試與運營的循環鏈，立項科研課題均源自工程實踐，并將科技成果及時轉化為生產力，為生產和市場服務，把精良的水處理裝備技術與先進的工藝技術相結合，闖出了一條可持續發展的路子。

　　據悉，目前中冶華天已經有近20座BOT建設的污水處理廠，可作為裝備應用、對比、驗證基地，積累了大量技術成果轉化為實際生產力的經驗，有利于將其項目作為示范工程，把成果迅速地加以推廣。

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

　　拳頭產品當家

　　曝氣設備是污水處理廠的核心，也是最主要的能源消耗設備之一。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，曝氣設備的供氧能力和能效一直是判斷其性能是否優異的關鍵指標。

　　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是中冶華天研發的第四代產品，并已經成功應用于山東壽光、平陰，安徽宣城、來安、天長，福建長樂等多家污水處理廠。

　　主設計師王月萍介紹說，這個第四代產品，其創新點在于對水力構件進行了顛覆性的設計，這種設計徹底改變了曝氣機在氧化溝中的運行質態，使氧化溝中的流體流場、流態得到了徹底改變，實現了氧化溝表、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，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、四代倒傘曝氣技術都獲得過國家發明專利，并都成功運用。比如第二代產品在山東平陰已經使用了11年，到現在未發生任何機械故障，第三代產品應用在山東壽光，也已平穩運行8年，9臺4米的曝氣機每年可節約電費230多萬元。

　　在業內知名裝備專家張鑫珩看來，第四代產品更是一次顛覆性技術突破，不但水力構件(曝氣葉輪)顛覆了世界上的傳統結構，減速機也突破了世界上現有的傳動機構。

　　據悉，目前該技術已經獲得8項國家專利，其中國內發明專利4項，美國專利1項，并被錄入2014年版“國家鼓勵發展的重大環保技術裝備目錄”。

　　能效領跑世界

　　張鑫珩表示，現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，使得曝氣設備運行能耗加大、費用增高。

　　中冶華天研發的新一代曝氣設備葉輪設有梳齒葉片、自吸氣口、汲水管、水氣固三相混合區，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。

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

　　中冶華天自主研發的離心自吸混合型倒傘型曝氣機檢測結果是：理論動力效率為3.83kgO2/kW·h，總動力效率高于3.2kgO2/kW·h。與國內外同類曝氣技術產品相比，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，構筑物的占地面積就會相應減小。”程寒飛說，從這方面來看，新技術產品的應用可以一舉多得。“環保和節能是一對孿生龍鳳，只有節能的環保才是真環保，才能給社會和企業帶來直接的經濟效益，帶來核心的市場競爭力。為了環保而裝備的設備，必須首先自身要做到節能。離心自吸混合式倒傘型曝氣機做到了，這就是獨占鰲頭。”

　　據不完全統計，目前，國內污水廠應用的立軸式旋轉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、維修極為麻煩，需放空水池，停產維修。據他們估算，除應用于新建項目以外，僅單對國內現有采用立軸式旋轉曝氣機進行改造，每年將會為國家節約近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”戰略調整，要求科研設計企業不再盲目追求規模，而是回歸科研設計主業，向高端打，往前沿沖，切實承擔起引領中國冶金向更高水平發展的國家責任，把工程技術優勢、建造與運營管理優勢、裝備制造與成套優勢匹配起來，形成中冶集團新的綜合競爭優勢。據此中冶華天也進行了相應調整，提出了 “五五”發展格局，即以提升綜合創新能力、專業設計能力、工程管理能力、工程咨詢能力和運營服務能力“五種能力”為支撐，大力促進鋼鐵冶金板塊、環境能源板塊、房建市政板塊、工程咨詢板塊和地產開發板塊“五個業務板塊”的合理匹配和快速發展。“中冶華天決策層對水處理這塊非常重視，要求全力把規模做大，在污水處理‘技術研發—設計—核心裝備制造—建造—專業化運營’完整產業鏈的各環節都要做到最好，要獨占鰲頭。”程寒飛說。

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