泥水分离科学与智能正方形刮泥装备技术应用研发及产业化

泥水分离科学与智能正方形刮泥装备技术应用研发及产业化丁南华1虞国量1任洪强2庄昌玺3马卫东3（1.江苏新纪元环保有限公司，江苏宜兴214214；2.南京大学，江苏南京210093；3.西北市政设计研究院，甘肃兰州730030）摘要：泥水分离科学与智能正方形刮吸泥装备技术是将水处理工艺中各种沉淀、澄清、浓缩池设计成兼具圆形池和矩形池两者优点，又能克服两者缺点的上下全截面正方形结构池，模块化组合正方形池刮泥机弥补了这个空白，相邻合建及相同直径单池可增加面积，节约占地及投资。降低运行成本，提高处理能力及泥水分离效果，无疲劳工况出现等优点，是节地节能低成本高功效创新型技术优势的环保装备，能大幅度夯实及提升我国环保装备整体技术水平和竞争力。关键词：水处理；泥水科学；沉淀、澄清；浓缩池；正方形刮泥机Researchdevelopmentandindustrailizationfortheapplicationofsludge-waterseparationtechnologyandintelligentquadrate-shapedsludgesuctiondredgeandscraperDingNan-huaYuGuo-liangRenHong-qiangZhuangChang-xiMaWei-dong（JiangsuNewEpochEnvironmentalProtectionCo.，Ltd，Yixing，Jiangsu）Abstract:Thesludge-waterseparationfacilityanditsapplicationtechnologyaredesignedwiththeuseofupper-lowertotalsectionquadrate-shapedtankwherewatertreatmentprocessessuchassedimentation，clarificationandsludgethickeningarecombinedtogether，whichhastheadvantagesofbothcircular-shapedtankandrectangle-shapedtankwithshortcomingsofthesetwotypesoftanksavoided.Themodularizedassembledquadrate-shapedtankandsludgescraperhasfilledtheblankinthisfiled.Jointconstructionofadjacentstructureandindividualtankwithsamediametermaybringincreaseofareasresultinginspacesavingandlowconstructioncost.Moreover，thetechnologyalsofeaturesreducedoperationcost，improvedtreatmentcapacityandsludge-waterseparationefficiencyandexcellentworkingconditionetc.Thesystemwiththistechnologyappliedisakindofenvironmentalprotectionequipmentfeaturingland-saving，energy-saving，lowcost，highperformanceandinnovativetechnology，whichcangreatlyimprovethetechnicallevelandcompetitivenessofthewholeenvironmentalprotectionequipmentsinChina.Keywords:Watertreatment：Technologyforsludge-waterseparation，sedimentation，clarification，thickeningtank；quadrate-shapedsludgescraper案例分析◆AnliFenxi461项目简介1.1目标产品主要用途及意义泥水分离装备（沉淀、澄清、混凝、浓缩池及配套刮泥机），为供水、排水、回用水处理工艺必不可少，现有应用型式以圆形居多，占水处理工艺用地35%左右。城市化进程加快和生活水平提高，对水需求增长较快，处理水的负荷与标准提升，供水、废水和再生回用处理项目大量建设，建设部信息显示，截止2008年底全国共建设有城市污水厂1456座，还有289个城市尚未建设污水厂，规划至2010年还需建设600座城市污水厂，3500座中型污水厂，特别要求36个省级城市2010年底前必须100%实现污水回用（目前污水回用处理率不到30%）；规划我国尚有92%城市和98%县城需建设废水回用处理项目，55%县城需建设废水处理项目，3万多个乡镇需建供水及污水处理项目，水处理设施用地已经成为一个不可忽视的新用地源，优化泥水分离池型、开发节地节能高效泥水分离新型环保装备势在必行，意义十分重大。本项目基于授权发明专利旋转轨迹为新型正方形泥水分离池关键设备—刮泥机成套装备，将水处理工艺中各种沉淀、澄清、浓缩、混凝池设计成兼具圆形池和矩形池两者优点，又能克服两者缺点的上下全截面正方形结构池，相同池径单池可增加面积27%（增加处理水量27%），相邻合建可以节约用占地35%以上，节省总投资25%左右。结合采用另一授权发明专利刮泥机智能化运行，可降低运行成本29%。可为国家节约大量水处理项目用地，体现新型装备节地、节能、低能耗、高功效的综合技术优势，能够继续保持我国环保装备国内的领先地位，以及大幅度提升国家环保装备整体技术水平和竞争力。1.2项目现有技术基础及创新点项目成果来自申报单位多年泥水分离装备刮泥机研发、生产经验和专利技术成果，拥有相关专利11项，其中发明4项（授权2项），实用7项（授权4项），已通过验收的太湖治理科技攻关专项（BS2007101）—正方形沉淀池刮泥机应用，经查新至今未见国内有同类产品。主要技术创新：（1）独创运行轨迹为正方形旋转刮泥机，及全截面正方形及模块化相邻布置节地型泥水分离池；（2）独创基于泥砂含量自适应运转刮泥机智能控制技术，使刮泥处于最优化状态；（3）集成多种泥水分离技术于一体的节地、节能型正方形高效澄清池，耐冲击负荷能力强，运行费用低；（4）刮泥机安全运行保障装置，确保刮泥机使用寿命。1.3实施主要内容袁产业化建设目标基于以上自主知识产权及成果的正方形泥水分离及刮泥机装备，已在山西潞安矿业集团公司生活污水处理工程；云南安宁市钢铁有限公司（10000m3/d）钢铁综合废水处理与回用示范工程；岳阳市城市污水处理厂；太原市三兴煤炭气化集团公司综合废水处理与回用工程；苏州市吴中区木渎污水处理厂（20000m3/d）等5个工程成功示范应用，最长连续运行2年，实现上述效果。产业化建设新增投资5420万元，围绕优化正方形刮泥装备，形成系列化、标准模块化生产，正方形泥水分离池设计规范，开发计算机控制软件包，建设正方形智能控制泥水分离装备研发中心及装配车间（面积4500m2），年产250套智能控制正方形刮泥机生产线，生产目标产品440套，实现销售收入15800万元，利税总额6998万元，正方形刮泥机国内市场占有率提高至10%，行业位次进入前5名。2项目详细内容2.1项目意义与必要性2.1.1国内外发展现状及趋势泥水分离装备现有以圆柱结构居多，圆形池虽具有水力特性好、泥水分离效果优，但圆形池不能充分利用圆周以外四角占地资源，刮泥机旋转容易产生涡流，来水和药剂反应不充分，相邻布置需留有足够间隔空间，占地面积大，同等占地面积处理水量小，建设投资大，例AnliFenxi◆案例分析47如10万t/天污水厂，圆形池净占地15549.28m2，加上相邻池间隔合计占地28600m2（邻空占地45%）。约占水处理工艺用地30%～35%。矩形池虽布局紧凑占地省，但桁车或链板式刮泥机运行方式导致池体两端存在死角，刮泥装置不能刮除池二端容易产生泥沙积存，易造成泥沙堆积，池体过长容易造成泥体上浮现象，刮泥效果不好。随着我国城市化进程快速对水的需求量增加，巨大水处理项目建设将占用大量土地资源，水处理设施用地已经成为一个不可忽视的新用地源。节约土地资源是我国可持续发展基本国策，优化泥水分离池型、开发节地高效泥水分离池及成套刮泥机成为热点，如上海市政工程设计研究院（ZL200510024179.5）研制的中置式泥水分离池，法国得利满公司的高密度泥水分离池，都提出正方形池形概念，但受刮泥机只能刮圆面积限制，采用的是上部正方形下部圆形结构池，并未实现占地池容最大化及建设投资最小化。泥水分离装备正方形结构一直是水处理工程师所追求，体现国内外泥水分离装备最新发展趋势。本项目通过发明的旋转轨迹为正方形刮泥机，突破现有泥水分离池不能做成上下全截面正方形的技术瓶颈。将泥水分离池设计成全截面正方形结构，相同池径单池可增加面积27%，相邻合建可以节约占地35%以上，节省总投资25%。同样以上例，采用全截面正方形结构池，净占地15787.5m2，实际总占地18350m2（邻空14%），较圆形池节省土地10250m2，节省35.8%，同时可增加处理水量27%，结合智能化运行可降低运行成本29%，对缓解水处理建设与用地紧张矛盾意义十分重大，可为国家节约大量水处理项目土地资源。2.1.2目标产品处于产业链重要环节的阐述正方形沉淀池刮泥机技术研发来源于2008年国家火炬计划:BS2008101。供水处理、污水处理、再生回用处理，都少不了沉淀、澄清、浓缩、混凝泥水分离装备，某些工艺可以采用立式结构，以减少用地，但泥水分离工艺要求面积效应，基本都是地上平面布置占地较大。开发一种占地少，处理水量大，并可较大幅度节约投资的泥水分离装备刮泥机，对大量建设的水处理项目意义十分重大。2.1.3促进产业结构调整、提升该产业整体竞争力和水平的重要作用我国经济社会并不发达，人均占地少，城镇化水平不高，土地资源紧缺，已建污水厂急需改造回用处理，还有较多水处理项目需要建设。开发能较大幅度节地、节能、高效泥水分离装备，对我国可持续发展，突破现有泥水分离装备陈旧构型，独创正方形新型构造，能继续保持及提高国家环保装备国内领先地位，此技术还有较好的出口前景。2.2项目技术基础2.2.1正方形池刮泥机发明专利技术特点如图1所示在正方形刮泥机刮臂两端设置使始终保持向外径向扩张变形的四连杆机构（parallelogramlinkage）辅刮泥臂，随刮泥机刮臂转动依正方形池壁伸缩运行，能形成旋转轨迹为正方形刮泥机，上下全截面正方形结构池，不仅单池可增加面积27%，相邻合建至少可以节约占地35%以上，，所有单体构筑物为一体化组合，距离相对变小，连接管渠变短，甚至单体构筑物之间只用套管，水力损失减少，水泵功率扬程变小，节省总投资25%；在池来水充分利用四角碰撞四角产生紊流，强化了混凝反应，水力特性更佳，可以分别提高水处理能力28%和泥水分离效果25%。池面至池底全截面均为正方形结构池型刮泥机技术，除江苏新纪元环保有限公司外，目前未见国内外任何文献报道和专利公开。正方形沉淀池刮泥机2009年通过江苏省自主创新产品认定，已经列入政府采购目录，正方形池刮泥机企业标准Q/320282AWE004—2009。2.2.2与项目核心技术直接相关的授权专利情况表江苏新世纪环保有限公司授权专利表如表1所示。2.2.3工作原理XJYHB-ZG水处理正方形沉淀池刮（吸）泥机是中心驱动或周边转动的悬臂钢梁结构。使桁架作以中心支案例分析◆AnliFenxi48柱或周边转动为圆心的圆周运动，从而带动桁架底部的刮泥板按阿基米德螺旋线运行，将池底泥砂推入辐射沉淀池中心的集泥坑，正方形沉淀池刮（吸）泥机是在水处理正方形沉淀池刮（吸）泥机刮臂上设置铰链四连杆机构的自动控制运行刮泥的装置，并在刮臂上设置斜支座，在平行