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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(jī)”順利獲得美國(guó)專利授權(quán)，這是我國(guó)企業(yè)自主研發(fā)的“曝氣裝備”所取得的唯一國(guó)際專利。該項(xiàng)專利技術(shù)，成功破解了“深層污水不能進(jìn)行曝氣充氧”這一世界性技術(shù)難題，為中國(guó)水處理裝備獨(dú)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(jī)》《聯(lián)通平衡轉(zhuǎn)碟式高效曝氣機(jī)》《少齒差減速潛水推流器》等三項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品通過(guò)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)主持的國(guó)家級(jí)鑒定。業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為包括《離心自吸混合式倒傘曝氣機(jī)》在內(nèi)的前兩項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，后一項(xiàng)為國(guó)際先進(jìn)水平。

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

“難能可貴，對(duì)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(jì)、制造，再到工程應(yīng)用，繼而主編了產(chǎn)品的行業(yè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?！敝袊?guó)環(huán)保機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)原副會(huì)長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)郭寶林評(píng)價(jià)說(shuō)，作為一家設(shè)計(jì)研究院性質(zhì)的央企，中冶華天一直堅(jiān)持科技創(chuàng)新、科技興業(yè)，遵循科研、設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試與運(yùn)營(yíng)的循環(huán)鏈，立項(xiàng)科研課題均源自工程實(shí)踐，并將科技成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為生產(chǎn)和市場(chǎng)服務(wù)，把精良的水處理裝備技術(shù)與先進(jìn)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(duì)比、驗(yàn)證基地，積累了大量技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力的經(jīng)驗(yàn)，有利于將其項(xiàng)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(lái)源于實(shí)際工程需要，其成果最終也要應(yīng)用到實(shí)際工程?！敝幸彼幚砉こ碳夹g(shù)中心主任、中冶華天首席專家、水務(wù)技術(shù)研究院院長(zhǎng)程寒飛指出，我國(guó)的污水處理工藝裝備生產(chǎn)制造以民營(yíng)企業(yè)為主體，技術(shù)支撐多為拿來(lái)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(biāo)準(zhǔn)要求又定制得太低，因而，國(guó)產(chǎn)的關(guān)鍵污水處理裝備在國(guó)際上沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)。這次我們選好突破口，從核心設(shè)備為起點(diǎn)，樹(shù)立自身品牌，除了強(qiáng)化提升企業(yè)影響力，更要逐步向生產(chǎn)服務(wù)型邁進(jìn)，在國(guó)內(nèi)外行業(yè)內(nèi)開(kāi)展諸如工藝和裝備診斷、維護(hù)等專業(yè)化服務(wù)，全面提升自身的核心競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(biāo)。

筆者了解到，此次獲得美國(guó)專利的的離心自吸混合式倒傘型曝氣機(jī)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(lái)安、天長(zhǎng)，福建長(zhǎng)樂(lè)等多家污水處理廠。

主設(shè)計(jì)師王月萍介紹說(shuō)，這個(gè)第四代產(chǎn)品，其創(chuàng)新點(diǎn)在于對(duì)水力構(gòu)件進(jìn)行了顛覆性的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)徹底改變了曝氣機(jī)在氧化溝中的運(yùn)行質(zhì)態(tài)，使氧化溝中的流體流場(chǎng)、流態(tài)得到了徹底改變，實(shí)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(jī)物得到充分有效的氧化，同時(shí)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(guò)國(guó)家發(fā)明專利，并都成功運(yùn)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(jī)械故障，第三代產(chǎn)品應(yīng)用在山東壽光，也已平穩(wěn)運(yùn)行8年，9臺(tái)4米的曝氣機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)230多萬(wàn)元。

在業(yè)內(nèi)知名裝備專家張?chǎng)午窨磥?lái)，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(jī)也突破了世界上現(xiàn)有的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

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

能效領(lǐng)跑世界

張?chǎng)午癖硎荆F(xiàn)在世界上所有同類表面曝氣機(jī)都存在致命的缺陷，即在4～6米深的水池中進(jìn)行曝氣時(shí)，只能對(duì)距水面2～3米的污水進(jìn)行曝氣而不能將深層污水提升進(jìn)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(yùn)行能耗加大、費(fèi)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(shí)減速機(jī)的設(shè)計(jì)摒棄了傳統(tǒng)曝氣機(jī)采用的平行軸斜齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用了少齒差行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，且減速機(jī)與曝氣葉輪采用傳動(dòng)軸做過(guò)渡連接、對(duì)合式限位結(jié)構(gòu)和自鎖緊螺母等技術(shù)，使減速機(jī)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(jī)檢測(cè)結(jié)果是：理論動(dòng)力效率為3.83kgO2/kW· h，總動(dòng)力效率高于3.2kgO2/kW·h。與國(guó)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(jī)”徹底地解決了深層污水不能進(jìn)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(huì)相應(yīng)減小?！背毯w說(shuō)，從這方面來(lái)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(duì)孿生龍鳳，只有節(jié)能的環(huán)保才是真環(huán)保，才能給社會(huì)和企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，帶來(lái)核心的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jī)做到了，這就是獨(dú)占鰲頭。”

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，國(guó)內(nèi)污水廠應(yīng)用的立軸式旋轉(zhuǎn)曝氣機(jī)占整個(gè)污水處理項(xiàng)目的20%左右，過(guò)去因?yàn)榱⑤S式旋轉(zhuǎn)曝機(jī)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(diǎn)，基本上6年左右需要重新更換，重置成本高，同時(shí)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(xiàng)目以外，僅單對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有采用立軸式旋轉(zhuǎn)曝氣機(jī)進(jìn)行改造，每年將會(huì)為國(guó)家節(jié)約近35億度電量，折合約為43萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

中冶集團(tuán)提出“四梁八柱”戰(zhàn)略調(diào)整，要求科研設(shè)計(jì)企業(yè)不再盲目追求規(guī)模，而是回歸科研設(shè)計(jì)主業(yè)，向高端打，往前沿沖，切實(shí)承擔(dān)起引領(lǐng)中國(guó)冶金向更高水平發(fā)展的國(guó)家責(zé)任，把工程技術(shù)優(yōu)勢(shì)、建造與運(yùn)營(yíng)管理優(yōu)勢(shì)、裝備制造與成套優(yōu)勢(shì)匹配起來(lái)，形成中冶集團(tuán)新的綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。據(jù)此中冶華天也進(jìn)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(jì)能力、工程管理能力、工程咨詢能力和運(yùn)營(yíng)服務(wù)能力“五種能力”為支撐，大力促進(jìn)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(kāi)發(fā)板塊“五個(gè)業(yè)務(wù)板塊”的合理匹配和快速發(fā)展?！爸幸比A天決策層對(duì)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(jì)—核心裝備制造—建造—專業(yè)化運(yùn)營(yíng)’完整產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)都要做到最好，要獨(dú)占鰲頭。”程寒飛說(shuō)。