中冶自主研发水处理“曝气装备”破解世界性技术难题

发布日期：2016-04-11来源：中国冶金科工集团编辑：宋珍珍

[摘要]

　　3月31日，由中冶华天水务技术研究院研发的水处理环保装备——“离心自吸混合式倒伞型曝气机”顺利获得美国专利授权，这是我国企业自主研发的“曝气装备”所取得的唯一国际专利。该项专利技术，成功破解了“深层污水不能进行曝气充氧”这一世界性技术难题，为中国水处理装备独占鳌头提供了最新佐证。

　　示范作用引领

　　2015 年6月底，由中冶华天研发成功的《离心自吸混合式倒伞曝气机》《联通平衡转碟式高效曝气机》《少齿差减速潜水推流器》等三项技术产品通过中国机械工业联合会主持的国家级鉴定。业内专家一致认为包括《离心自吸混合式倒伞曝气机》在内的前两项技术产品达到了国际领先水平，后一项为国际先进水平。

　　2015年12月，以“离心自吸混合式倒伞型曝气机”为核心的专利群获评安徽省专利金奖。

　　“难能可贵，对于水处理装备，中冶华天依靠自身的技术力量完成了专利技术发明到产品设计、制造，再到工程应用，继而主编了产品的行业和国家标准。”中国环保机械行业协会原副会长兼秘书长郭宝林评价说，作为一家设计研究院性质的央企，中冶华天一直坚持科技创新、科技兴业，遵循科研、设计、建设、调试与运营的循环链，立项科研课题均源自工程实践，并将科技成果及时转化为生产力，为生产和市场服务，把精良的水处理装备技术与先进的工艺技术相结合，闯出了一条可持续发展的路子。

　　据悉，目前中冶华天已经有近20座BOT建设的污水处理厂，可作为装备应用、对比、验证基地，积累了大量技术成果转化为实际生产力的经验，有利于将其项目作为示范工程，把成果迅速地加以推广。

　　“中冶华天是以技术应用型为主导的工程技术公司，研发的课题来源于实际工程需要，其成果最终也要应用到实际工程。”中冶水处理工程技术中心主任、中冶华天首席专家、水务技术研究院院长程寒飞指出，我国的污水处理工艺装备生产制造以民营企业为主体，技术支撑多为拿来主义，缺乏自主原创技术，产品品质技术含量不高;为兼顾这些企业的生存，产品标准要求又定制得太低，因而，国产的关键污水处理装备在国际上没有话语权。这次我们选好突破口，从核心设备为起点，树立自身品牌，除了强化提升企业影响力，更要逐步向生产服务型迈进，在国内外行业内开展诸如工艺和装备诊断、维护等专业化服务，全面提升自身的核心竞争力。

　　拳头产品当家

　　曝气设备是污水处理厂的核心，也是最主要的能源消耗设备之一。一般而言，一个污水处理厂单位供氧曝气而消耗的电能约为全厂能耗的一半以上，因此，曝气设备的供氧能力和能效一直是判断其性能是否优异的关键指标。

　　笔者了解到，此次获得美国专利的的离心自吸混合式倒伞型曝气机已经是中冶华天研发的第四代产品，并已经成功应用于山东寿光、平阴，安徽宣城、来安、天长，福建长乐等多家污水处理厂。

　　主设计师王月萍介绍说，这个第四代产品，其创新点在于对水力构件进行了颠覆性的设计，这种设计彻底改变了曝气机在氧化沟中的运行质态，使氧化沟中的流体流场、流态得到了彻底改变，实现了氧化沟表、中、底污水得到了提升，溶解氧均匀，氧化沟中不再存在充氧盲区，污水中的厌氧有机物得到充分有效的氧化，同时为耗氧菌种提供生命源。

　　中冶华天第二、三代、四代倒伞曝气技术都获得过国家发明专利，并都成功运用。比如第二代产品在山东平阴已经使用了11年，到现在未发生任何机械故障，第三代产品应用在山东寿光，也已平稳运行8年，9台4米的曝气机每年可节约电费230多万元。

　　在业内知名装备专家张鑫珩看来，第四代产品更是一次颠覆性技术突破，不但水力构件(曝气叶轮)颠覆了世界上的传统结构，减速机也突破了世界上现有的传动机构。

　　据悉，目前该技术已经获得8项国家专利，其中国内发明专利4项，美国专利1项，并被录入2014年版“国家鼓励发展的重大环保技术装备目录”。

　　能效领跑世界

　　张鑫珩表示，现在世界上所有同类表面曝气机都存在致命的缺陷，即在4～6米深的水池中进行曝气时，只能对距水面2～3米的污水进行曝气而不能将深层污水提升进行曝气充氧，故氧化沟表、中、底部溶解氧不均匀，使得曝气设备运行能耗加大、费用增高。

　　中冶华天研发的新一代曝气设备叶轮设有梳齿叶片、自吸气口、汲水管、水气固三相混合区，集整流、提升、吸气、混合、喷射、二次挟气混合等多功能于一体，大幅度提高了曝气充氧能力。

　　同时减速机的设计摒弃了传统曝气机采用的平行轴斜齿轮传动结构，采用了少齿差行星齿轮传动结构，且减速机与曝气叶轮采用传动轴做过渡连接、对合式限位结构和自锁紧螺母等技术，使减速机的轴向和径向受力更合理，维修方便。

　　中冶华天自主研发的离心自吸混合型倒伞型曝气机检测结果是：理论动力效率为3.83kgO2/kW·h，总动力效率高于3.2kgO2/kW·h。与国内外同类曝气技术产品相比，同种工况下，“离心自吸混合式倒伞型曝气机”彻底地解决了深层污水不能进行曝气充氧的世界性技术难题，充氧量提高50%以上，污水处理的能耗降低30%以上，有效水深提高至6米。

　　“由于吸水深度提高了，构筑物的占地面积就会相应减小。”程寒飞说，从这方面来看，新技术产品的应用可以一举多得。“环保和节能是一对孪生龙凤，只有节能的环保才是真环保，才能给社会和企业带来直接的经济效益，带来核心的市场竞争力。为了环保而装备的设备，必须首先自身要做到节能。离心自吸混合式倒伞型曝气机做到了，这就是独占鳌头。”

　　据不完全统计，目前，国内污水厂应用的立轴式旋转曝气机占整个污水处理项目的20%左右，过去因为立轴式旋转曝机的工作性能与充氧效率较低，所以逐渐被新的曝气方式替代，但是新的曝气方式都存在着曝气效率逐年衰减的致命弱点，基本上6年左右需要重新更换，重置成本高，同时每年的保养、维修极为麻烦，需放空水池，停产维修。据他们估算，除应用于新建项目以外，仅单对国内现有采用立轴式旋转曝气机进行改造，每年将会为国家节约近35亿度电量，折合约为43万吨标准煤。

　　中冶集团提出“四梁八柱”战略调整，要求科研设计企业不再盲目追求规模，而是回归科研设计主业，向高端打，往前沿冲，切实承担起引领中国冶金向更高水平发展的国家责任，把工程技术优势、建造与运营管理优势、装备制造与成套优势匹配起来，形成中冶集团新的综合竞争优势。据此中冶华天也进行了相应调整，提出了 “五五”发展格局，即以提升综合创新能力、专业设计能力、工程管理能力、工程咨询能力和运营服务能力“五种能力”为支撑，大力促进钢铁冶金板块、环境能源板块、房建市政板块、工程咨询板块和地产开发板块“五个业务板块”的合理匹配和快速发展。“中冶华天决策层对水处理这块非常重视，要求全力把规模做大，在污水处理‘技术研发—设计—核心装备制造—建造—专业化运营’完整产业链的各环节都要做到最好，要独占鳌头。”程寒飞说。

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