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发布时间:2018-12-20热度:0
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产品:焊接卫生级三通
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品名:焊接卫生级三通
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  塑胶制品的生产首先是基于塑胶模具的开发设计,塑胶模具是一种生产塑胶制品的基础工具,模具的精密度直接影响着塑胶制品结构的完整性和尺寸的性。各类塑胶制品的生产均需经过塑胶模具设计制造、注塑成型和表面处理等环节,其中精密模具结构复杂、表面质量和技术标准要求高,属于技术和资金密集型产品,生产过程需要应用高速加工和超精加工技术、快速成型技术、自动化控制技术、高分子材料加工应用技术等,涉及机械、金属材料、高分子材料,化工材料、电子电气、自动化控制等领域,技术综合性要求高。

  1、塑料制品行业概况

  塑料是由合成或天然高分子化合物为原料,以增塑剂、填充剂、润滑剂、注塑剂等添加剂为辅助成分,在一定温度和压力下制成的塑性材料和少量固性材料。塑料以重量轻、可塑性强、制造成本低、功能广泛等特点在现代社会中得到了广泛的应用。目前,合成高分子材料已成为人类不可或缺的新型材料,已与不锈钢卫生管、木材和水泥一起构成现代社会中的四大基础材料,是支撑现代社会发展的基础材料之一,广泛应用于信息、能源、工业、农业、交通运输等国民经济领域。近几年来,我国塑料制品业发展迅速,规模不断扩大,成为我国国民经济的重要组成部分。

  2013年我国塑料制品产量6,188.66万吨,同比增长8.02%;截至2018年12月,塑料制品规模以上企业14,062个;完成主营业务收入20,392.39亿元,同比增长8.92%;利润总额1,182.86亿元,同比增长4.24%;实现出货值2,260.66亿元,同比增加了2.82%。由此可见,塑料制品行业在我国的产业规模在不断扩大,其产量也逐年提高,同比增长率近两年有所放缓。

  若从塑料制品行业的细分子行业来看,塑料包装中的塑料管材及管件、塑料丝及编织制品是塑料应用较为广泛的门类,塑料薄膜和塑料包装容器次之,日用塑料制品以及塑料零件制造居其后。

  其中塑料零件制造业的主营业务收入及出货值在近5年内呈现上升趋势,2010年至2011年间增长尤为迅速,主营业务收入从2,372.82亿元增长近200%至7,095.59亿元,出货值从635.79亿元增长至1,914.26亿元;2012年至2018年间增速虽有所放缓,但主营业务收入仍在扩大,截至2018年已达到9,394.13亿元。

  2、模具制造行业概况

  模具是由塑料、橡胶、金属、粉末、玻璃、玻璃钢等材料经加工设备加工而成的基础工艺装备,属于生产过程中的中间产品,用于终产品的生产。模具加工是材料成型的重要方式之一,与机械加工相比,具有工序少、材料利用率高、能耗低、易生产、效益高等优点,因而在汽车、能源、机械、电子、信息、航空航天工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。据统计,75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型,家用电器行业80%的零件、机电行业70%以上的零件也都需要经过模具加工。模具行业常可带动其相关产业的发展,因此,模具行业常被称为效益放大器。

  我国模具行业尽管起步较早,但初期一直作为下游生产企业的附属企业,模具商品流通率较低,限制了模具企业的发展。直至1987年,模具才作为产品被列入机电产品目录,当时共有生产模具的厂点约6,000家,总产值约30亿元。经过20多年的发展,中国的模具工业已有了长足的进步,截至2013年,企业数量达3万家,年产值达2,200亿元人民币,年出口接近50亿美元。目前,我国模具行业的市场是汽车行业、电子信息行业、家电和办公设备、机械和建材行业。随着我国国民经济的迅速发展,人民收入水平的提高,对汽车、电子消费产品、家电等的需求不断增加,使得这些行业近年来进入一个高速发展的阶段,成为我国模具行业迅速发展的一个重要原因。下图为2007-2013年我国模具产值图,可以看到,近年来我国模具行业产值增长迅速,已经从2007年的870亿元增长到2013年的2,106亿元,增长率远高于世界模具行业整体水平。

  3、模具及塑料制品行业的发展趋势

  随着产业结构逐步转型升级、高档产品比重逐步加大、基础配套服务功能不断完善,塑料制品产量增长虽放缓但其价值空间仍很大,产值可保持较高增速,可以看出塑料加工业仍处于上升阶段。塑钢比作为衡量一个国家塑料工业发展水平的指标之一,我国仅为30:70,不及世界平均50:50,更远不及发达国家如德国的63:37和美国的70:30。因此,随着技术进步和消费升级,我国塑料制品行业仍将得到稳步发展。

  模具产业属于国民经济当中的基础行业,具体涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业,应用范围十分广泛。我国工业发展迅速,其中汽车制造、IT制造及医疗器械的发展,让整个模具行业迎来发展的机遇。

  目前,我国正处于产业结构的转型期,国家对新兴产业的目标规划为:到2020年战略性新兴产业增加值占国内生产总值的比重力争达到15%左右。要达到15%的占比目标,在七大战略性新兴产业中,高端装备制造业作为国民经济未来支柱产业将被大力发展,作为现代工业之母的模具行业将受益于高端装备制造业的发展。

  4、与行业上下游的关系

  公司目前产品主要为塑胶模具和塑胶制品,因此公司所处行业的上游为模具钢厂商、塑料原材料生产厂商、数控机床厂商、油墨原料厂商等,下游为汽车、消费电子、化妆品、医药医疗等厂商。

  (1)上游行业

  精密塑料模具中模具钢是组成成型生产主体部分的模仁的主要组成部分,其价格占模具总成本的25%左右,模具钢的发展对精密塑料模具行业的发展有较大影响。在当前精密塑料模具对模具高精度,表面光滑和寿命较长的要求下,加工工艺对模具钢的要求越来越高,模具钢的质量对于推动精密塑料模具产品向高档化、精密化、多样化、个性化和高附加值的方向发展有着重要的意义。

  数控机床是精密塑料模具行业的主要加工设备。数控机床的发展对于提升精密塑料模具的精度、光滑度和使用寿命有着重要的意义,而且加工设备的发展,能有效的缩短模具制造周期,降低模具生产成本。同时,由于数控机床的高额价格,其在本行业企业固定资产中比重较大。数控机床行业大力发展带来的加工精度上升及机床价格下降对本行业的发展有着重要的推动作用。

  PC料、ABS、HIPS、PP、PET等工程塑料是精密塑料模具行业产品成型的主要材料,它们不但对注塑产品质量有着直接的影响,其供应量的是否充足也在很大程度上影响模具注塑产品的生产量。塑料原料的供应量和价格对注塑产品的产量和价格有着直接决定性作用。

  (2)下游行业

  下游行业的需求决定着模具、塑料产品行业的发展。由于模具产品不能用于终消费,模具行业产品的需求取决于市场对下游行业产品的需求,因此,下游行业的需求决定了模具行业的发展。但是,模具行业的发展不是由某个行业的需求单独决定,而是由整个国民经济的发展共同决定。

  模具行业的发展带动了下游行业的发展。模具行业是国民经济的点金石,一个国家、地区模具行业的发展可以有效的带动其他行业的发展。同时,随着模具行业技术水平的提高,加工精度的提升会使得下游行业产品质量和性能的提升,从而推动下游行业的发展。

  由于模具行业的产品不是终产品,而只是终产品生产过程中的加工工具,因此,下游行业的总体需求直接决定了模具行业的需求,如果下游行业发展迅速,则会大幅增加模具行业的需求,促进模具企业的发展。

  1)汽车行业市场潜力巨大

  近年来,随着中国经济的高速发展和公路运输业的发展,我国汽车行业的产销量和汽车保有量逐年增加。2000年以来,中国汽车市场始终保持高速发展,年产量由2000年的207万辆增长至2013年的2,212万辆,销量由209万辆增长至2,198万辆,年复合增长率均达到20%。中国已经超过美国,成为全球大汽车市场。

  2)电子信息产业发展迅速

  改革开放以来,我国电子信息产业发展迅速,产业规模、产业结构和技术水平得到大幅提升。电子及通讯产品制造业作为我国国民经济的支柱行业之一,是关系国家经济命脉和国家安全的基础性产业和战略性产业。

  2010年10月10日,国务院发布“国发〔2010〕32号”《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,中国计划用20年时间,使节能环保、新一代信息技术等七大战略性新兴产业整体创新能力和产业发展水平达到世界先进水平,为经济社会可持续发展提供强有力的支撑。电子信息产业受益于政策扶持,未来将发展迅速,市场容量及其巨大。随着IT电子产品的发展,电子模具市场将会继续保持平稳的发展态势。

  5、行业壁垒

  (1)规模壁垒

  要成为一个综合的模具厂商需要购置大量的机械、设备、仪器,引进专业技术人才,需要大量的资金。资金规模需求使得其他企业进入本行业时需要跨越较高的门槛。同时,精密设备模具公司服务对象以大公司为主,大公司业务规模往往较大,这就要求作为其供应链一个重要环节的模具企业必须具有较大的生产规模,只有实现生产规模化,才能有效地降低采购成本和生产成本。

  (2)技术壁垒

  模具行业需要较强的技术实力,从产品3D设计开始,到模具制作、注塑、装配及表面处理等,工序较为繁琐,且这些工序之间相互影响,必须前后配合才能做好。所以模具加工技术、品质控制水平和生产管理技术都非常重要,需要长时间的实践和积累。同时,由于塑胶产品更新换代较快,模具企业需要长期不断进行模具技术、品质控制及生产管理等多方面的更新和提高。

  (3)经验壁垒

  在模具制造过程中,设计、编程、操作中的失误或者误差会使得模具实物与客户样品不同导致必须修模,严重情况下,必须重新设计制造。修模会使得模具企业制造成本提升,利润下降,而一旦出现必须重制模具的状况,模具生产企业订单必定亏损,因此,如何避免人为原因导致的修模、报损、返工现象成为了模具企业的重中之重。模具企业只有通过不断的实践和长期的积累,才能不断提升生产管理能力,建立起一套行之有效的流程作业标准,减少企业修模次数,杜绝重制现象。而这必须通过长时间的积累,不是新进企业短时间内所能拥有的。

  (4)资质壁垒

  塑胶模具行业的优质客户多为海内外大型厂商,其认定合格供应商的标准也较为严格,除要达到行业标准,更要通过严格的供应商资质认定。合格供应商资质一旦被认定,为保证产品品质及维护供货的稳定性,厂商通常不会轻易改变模具供货渠道。这种严格的供应商资质认定,以及基于长期合作而形成的稳定客户关系,对新进入的企业形成了极强的资质壁垒。

  6、行业竞争格局

  模具行业属于机械工业中的基础行业,各国均有自己的模具企业,但是,由于各国经济发展水平及发展方向的不同,各国的模具行业技术水平存在较大的差距。目前,全球形成了以亚洲地区的中国、日本、韩国与中国台湾,以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国为主的几大模具生产国。

  日本、美国、德国由于科技水平较高,模具加工机械先进,具有完善的人才培育体系,因此,在高精度与复合性模具开发上,不论在设计能力或制造技术方面,均于国内企业。但是,由于这些国家人工成本过高,客户为了缩减开支,纷纷将制造基地转移到以中国为代表的发展中国家。由于模具供应的地域性,各模具生产厂商不得不跟随其主要客户在当地建立制造基地,就近服务其主要客户,带动了该地区模具行业的发展,从而缩小了发展中国家与发达国家间的技术差距。目前,国内注塑模具行业竞争激烈,生产厂商工艺条件参差不齐,且大部分规模不大。

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  污水处理厂在处理污水过程中会产生大量的剩余污泥,污泥体积通常占污水处理总体积的0. 3%~1. 0%[1]。目前我国每年排放的干污泥大约为130万t,并以大约10%的速率增加[2]。剩余污泥中含有大量的污染物,如重金属、内分泌干扰剂、、多环芳烃以及二噁英等[4],这些污染物如果得不到妥善处理,会对环境造成严重的二次污染。剩余的处理费用巨大,一般占城市污水处理厂总费用的40%~60%[3]。目前对污泥处理多采用污泥厌氧消化的方法[5]。厌氧消化过程主要有水解、酸化、产乙酸和产甲烷4 个阶段,其中,水解过程由于厌氧微生物所需要的营养物质大部分存在于污泥絮体以及微生物的细胞膜(壁)内部原生质中,胞外分泌酶无法与营养基质充分有效地接触,严重限制了厌氧消化的速率[6]。因此,要对污泥进行预处理,即破碎污泥絮体和污泥细胞膜(壁),使营养基质得以释放,加快整个厌氧消化过程[7-8]。

  为提高污泥厌氧消化效率,许多污泥破壁或溶胞预处理技术正在研发之中。笔者综述国内外已有报道且具有良好应用前景的几种污泥预处理技术,将这些技术归纳为电磁场、辐射以及生物处理等污泥预处理技术,并分析它们的原理、特点、处理效果以及发展方向。

  1 污泥电磁场预处理技术

  电磁场预处理技术主要包括电场、磁场以及电磁波等处理技术。电场和电磁波方面主要包括聚焦脉冲技术和微波技术; 而在磁场方面,国内外的主要研究方向是加强活性污泥法污水处理效果[9]和污泥脱水性能的改善[10]。李帅等[11]在研究磁场对污泥的脱水性能时,发现在磁场作用下,污泥滤液中的COD 和NH4+质量浓度都在短时间内升高,COD 质量浓度的zui大变化率为60%,说明在磁场作用下,污泥细胞有一定程度的破壁,因此磁场污泥预处理技术有望成为一种有效的污泥预处理技术。本文推荐使用强脉冲磁场进行污泥预处理,因为随着磁场强度或脉冲数的增加,磁场杀菌效果越好[12],污泥破壁效果也可能更好。

  1.1 聚焦脉冲预处理技术

  聚焦脉冲(FP)技术尽管在医学破壁和食物杀菌方面为人所熟知[13-14],但对其提高厌氧消化效率方面的研究仍较少。聚焦脉冲在水中电弧放电,可以产生冲击波、紫外线辐射以及各种自由基[15],同时在高压条件下,细胞膜会产生电穿孔[16],这些都可以促使污泥细胞破碎,溶出胞内有机物。研究[17-20]表明: ①当采用较弱的电场时,可使细胞膜形成可逆周杰伦穿,即电场所诱导的细胞膜电穿孔在一定条件下可以重新封闭; ②随着电场强度的增大,细胞膜孔数增多,孔径增大,当达到一定程度后膜孔就不能再封闭,从而造成不可逆击穿,使细胞死亡、破裂。在污泥预处理中,主要是运用电场对细胞膜不可逆击穿原理。20 世纪60 年代后期,Sale等[21-22]首次采用多个高压电脉冲对微生物细胞进行处理,发现细胞在电场作用下溶解或死亡。聚焦脉冲电穿孔机理见图1[23]。图1 中,正负电极分别与聚焦脉冲电源和地面连接,绝缘的细胞膜在快速变化的电场中发生极化。这是由于磷脂分子是极性分子,随着电荷的积累,膜间电压升高。如果膜间电压超过了某一阈值,细胞膜间由于引力引起的压力就会破坏磷脂双分子层而形成小孔。

  

  细胞电穿孔机理主要研究电脉冲的幅度、宽度、波形以及个数等参数对细胞膜通透性变化的影响。脉冲宽度与幅度之间存在互补关系,即降低脉冲幅度,就需要加宽脉冲时程来弥补。细胞穿孔的效率往往与脉冲幅度与宽度的乘积成正比[24]。在细胞穿孔的大多数试验中,使用DC 方波脉冲[25]和RC指数衰减形脉冲[26]的研究表明,如果脉冲在峰电压击穿细胞之后,能以较低的电压维持膜孔洞开放一段时间,则有利于提高细胞电穿孔的效率,因此,RC指数衰减形脉冲往往比相同的DC 方波脉冲更有效[27]。增加脉冲个数能增大细胞穿孔的效果,后续脉冲的积累成活率比*脉冲下降得更快[28]。

  聚焦脉冲预处理污泥能够有效提高污泥溶解性有机物浓度和污泥厌氧消化产甲烷效率,并且具有较高的能效。聚焦脉冲对污泥处理强度的计算公式为

  

  式中: TI为聚焦脉冲对污泥的处理强度,(kW·h)/m3;V 为脉冲电压,(kg·m2)/(C·s2); D 为脉冲宽度,s;f 为脉冲频率,1/s; e 为样品的电导率,S/m; L 为电极间的距离,m; HRT为污泥样品在脉冲电场中停留的时间,s; K 为单位转换常数,用来评估污泥处理强度对COD 生成CH4的影响,取2. 8×10-7(kW·h)/J。

  Hanna 等[30]利用聚焦脉冲处理剩余污泥后,发现SCOD/TCOD 以及污泥中胞外多聚物ECP 成分的含量分别增加了4. 5倍和6. 6倍。厌氧消化后,甲烷产量提高了2. 5倍。美国OpenCELTM产品已经在梅萨市西北污水处理厂中得到应用[31],经处理后的剩余污泥中,溶解性化学需氧量SCOD 以及溶解性有机碳DOC 分别增加了160%和120%。当剩余污泥处理率为60%时,甲烷产量增加了40%以上。经计算,聚焦脉冲预处理所提高的产甲烷量与回收的热能之和达到了聚焦脉冲预处理所消耗能量的18倍。即使不考虑回收的热能,污泥产甲烷量的增量也达到输入能量的2. 7倍。聚焦脉冲预处理运行数据显示,设备安装投资成本回收期不会超过3 年。

  聚焦脉冲技术不但明显地提高了污泥厌氧消化效率,而且减少了厌氧消化过程中的臭味和泡沫等,因此可能在污水处理厂中能得到广泛应用。今后聚焦脉冲技术的研究方向在以下几个方面: ①改变脉冲的形式,如使用振荡电场,使除了具有压缩磷脂双分子层的效果之外,还会产生电-机械力耦联效应[32],可能会提高污泥处理的效果; ②联合其他预处理工艺,提高污泥处理能力; ③改善脉冲电场处理室的材料和构造,因为在脉冲处理过程中,处理室会受到很大的腐蚀[33]; ④增加污泥处理量,因为所使用的电压应可以产生几个kV/cm 的强电场,而限制了污泥处理室的容积。

  1.2 微波预处理技术

  微波是一种频率从300 MHz ~ 300 GHz,即波长在1m~0. 1mm 范围的电磁波[34]。目前用于工业目的的微波频率一般为915 MHz 和2 450 MHz。微波对微生物的作用可分为热效应和非热效应两种。微波热效应主要有偶极极化损耗、界面极化损耗等机制[35-36],而对非热效应原理至今还具有很大的争议。

  目前,微波污泥预处理技术的研究较为热门。Cigdem 等[37]认为,虽然污泥处理的前7 d 微波对产气影响不大,但明显提高了污泥厌氧消化的性能。Eskicioglu 等[38]的研究表明,微波对污泥絮体的结构和细胞膜具有破坏能力,使污泥释放胞内外溶解性颗粒COD 有机物质(如蛋白质,多糖,核酸等)。

  在96℃温度下,当污泥停留时间为5 d 时,污泥中总固体TS 和挥发性固体VS 的去除率比常温下处理的去除率提高了32%和26%; 而当污泥停留时间为20 d 时,同样操作条件下TS 和VS 去除率提高了16%和12%,说明温度和污泥停留时间对微波提高污泥厌氧性都具有影响。Park 等[39]发现经微波处理后的剩余污泥中,产气量和COD 去除率分别提高了79%和65%,同时,污泥停留时间可由原来的15 d缩短至8 d。Eskicioglu 等[40]通过实验发现温度、处理强度以及污泥浓度对污泥溶解性的影响较大。

  微波预处理技术处理速度快、效果好,可有效溶解污泥细胞壁,提高厌氧消化效率,但运行费用较高,限制了其广泛应用。今后应以降低能耗为着手点,研究影响微波处理效率的因素,找出周杰伦工况,并联合其他处理工艺,进一步提高厌氧消化效果,降低能耗。微波应用前景较好,值得进一步研究,并推动其在工程上的广泛应用。

  2 污泥辐射预处理技术

  辐射技术用于废物处理zui早始于20 世纪50 年代[41]。目前辐射类型主要有两种: ①由同位素60Co及137Cs 作为辐照源产生γ射线; ②利用电子加速器加速出来的高能电子束。基于辐射的污泥处理技术具有操作简便、率、低能耗等特点,因此应加以提倡和推广[42]。

  2.1 γ射线预处理法

  60Co 和137Cs 都能有效地产生γ射线进行污泥处理,但在工业上普遍使用60Co,这是因为137Cs 半衰期为30 年,有可能会引起核泄漏[43]。ˇCUBA 等[44]的实验表明,经γ射线(16 kGy)处理后的污泥产气量提高了22%。文献[45]发现γ射线还可以提高污泥的沉降性、脱水性,能抑制污泥发泡。YUAN等[46]通过实验发现,污泥经过γ射线处理后,总固体TS、挥发性固体VS、悬浮物SS 以及挥发性悬浮物VSS 都在减少,而且随着辐射剂量从0 增加到30 kGy 时,污泥粒径分布从80 ~ 100 μm 降低到0 ~40 μm,这表明污泥絮体受到破坏。由于污泥细胞溶出胞内物质,SCOD 升高。辐射剂量分别为2. 48kGy,6. 51 kGy 和11. 24 kGy 处理过的污泥,产气量分别增加了44%,98%和178%。郑正等[47]的实验表明,在较低辐射剂量(2. 48 kGy)下,SCOD 增加了178. 7%; 当辐射剂量增至10~20 kGy 时,SCOD 的增加率超过500%。经10 kGy 辐射剂量处理后的污泥产气比率有显著提高。当污泥停留时间为8 d,12 d和20 d 时,污泥产气比率分别增加了52. 6%,53. 5%和37. 6%。牟艳艳等[48]研究发现,γ射线辐照预处理方法可有效改善厌氧消化污泥的物化性质: ①可降低污泥中有机质颗粒的大小,增加细菌胞外酶接触底物的几率,从而提高厌氧消化的水解速率; ②破坏污泥中微生物的细胞壁,提高污泥厌氧消化的有效成分; ③提高污泥厌氧消化系统的抗酸性能; ④γ射线与水分子发生反应生成活性物质eaq-、OH·、H·,提高污泥厌氧消化的速率。

  可见,γ射线预处理法可有效进行污泥破壁,提高厌氧消化速率。但关于γ射线污泥预处理法的研究相当少,今后研究的方向将是: ①降低γ射线预处理法装置的基建费用; ②研究影响γ射线预处理法污泥处理效果的因素,如辐射剂量、辐射时间、污泥温度、污泥含水率以及污泥层厚度等,进而优化运行参数,提高污泥处理效率; ③研究和其他预处理技术(如加碱等)相结合的污泥处理方法; ④提高γ射线预处理法的安全性以及γ射线产生量。

  2.2 电子束预处理技术

  电子束预处理技术不需要添加额外的化学试剂,不生成副产物,并且可以通过由辐射产生的OH·来降解有毒难处理的物质[49]。当高能电子束辐射纯水时,在10-7s 内发生化学反应[50]:

  

  方括号中的数字表示每吸收100eV 的能量时,水中产生的各种自由基的数量。这个反应也可以在污泥中发生,因为污泥中含有大量的水。Park 等[51]通过实验发现,在辐照剂量为20 kGy 下,污泥层厚度为1. 0 cm,0. 75 cm,0. 5 cm 以及0. 25 cm 中的SCOD 分别增加了49%,54%,97% 和147%,并且发现辐照时间从0. 3 s 增加到1. 2 s 过程中,SCOD 增加量并不明显,但是蛋白质含量增加了5倍,从而得出结论: 污泥层厚度是影响污泥中有机物溶解的重要参数,辐照时间是影响污泥细胞溶胞的重要参数。

  SHIN 等[52]实验发现,电子束辐射处理污泥后的24h 期间,总化学需氧量TCOD 释放了30% ~ 52%,挥发性脂肪酸VFAs 大约增加了90%,并且厌氧消化时间缩短了一半。此外实验还发现,污泥的pH 值不影响电子束污泥处理效果,在SCOD 增加较快的期间,氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)曲线下降,而当SCOD 曲线趋于平衡时,ORP曲线开始上升,由此可将ORP 作为一个快速表征污泥水解的参数。CAO 等[53]的实验发现,随着辐射剂量的增大,SCOD、溶解性总氮STN 等迅速增加,而混合液污泥浓度MLSS 大幅度减小,说明此时污泥细胞破解溶出大量细胞内物质; 并且当污泥层为5cm时处理效果较好,处理后的污泥zeta 电位趋近于零,说明污泥的沉降性能变好。

  电子束污泥预处理技术具有、快速、经济的优点,应用前景较好。今后的研究方向应在于: ①确定影响电子束预处理技术的因素,优化工况参数;②与其他预处理技术联用,提高污泥处理效果; ③提高电子束预处理技术的安全性。

  3 污泥生物水解预处理技术

  采用生物技术处理污泥,由于具有可持续性、无害化、安全以及对环境友好等优点,得到了许多研究者的青睐。目前,生物水解预处理技术主要包括生物酶预处理技术和生物强化预处理技术。随着生物技术的迅速发展,生物水解预处理技术具有较好的发展前景。

  3.1 生物酶预处理技术

  生物酶水解技术已经有了30 多年的研究历史,许多种类的酶在废物处理当中起着重要的作用。先前的研究结果表明,额外添加酶类可以提高污泥厌氧消化效率,并可改善酶类的沉降性能[54],降低处理成本[55],控制简单,产物对环境无害[56]。Guang等[57]将胞外聚合物(EPS)分成松散(LB-EPS)和紧密(TB-EPS)两部分,并根据酶系列实验研究结果,认为蛋白酶主要作用于污泥颗粒,α-淀粉酶和α-葡糖苷酶作用于松散的胞外聚合物(LB-EPS),只有很少部分的蛋白酶、α-淀粉酶和α-葡糖苷酶作用在紧密的胞外聚合物(TB-EPS)。44% ~ 65%的α-淀粉酶和59% ~ 100%的α-葡糖苷酶作用在LB-EPS,表明污泥絮体水解部分主要是蛋白质和碳水化合物。Roman 等[58]将纤维素酶和链霉蛋白酶E 分单一和混合两种投加方式来处理污泥,结果表明,经混合投加方式处理后的污泥,污泥量减少了80%,颗粒型COD 去除了93%,总化学需氧量TCOD 去除了97%,总悬浮固体TSS 从25 g/L 降低到5g/L,减少了80%。而单一投加方式对污泥的溶解、COD 以及TSS 却几乎没有影响,但所有方式的投加酶都可以降低挥发性脂肪酸VFAs。由于VFAs 积累可能会导致发酵失败,所以得出结论是额外添加酶可从降低VFAs,污泥减量,以及由于pH 值稳定而保证消化稳定等方面,说明可以提高厌氧消化效率。Andres 等[59]的实验表明,污泥被生物酶处理后,其在脉冲电场中停留的时间缩短了30%,这意味着反应器容积可以大大减小,不仅降低加热和搅拌的能耗,而且还可以降低基建的费用。

  生物酶预处理技术可有效提高污泥溶解性以及厌氧消化效率,大大提高产甲烷能力,不需要特殊的反应设备,反应条件温和,不产生2 次污染物,所以具有良好的应用前景。由于酶的种类繁多及其本身特性,今后研究方向应包含: ①研究利用不同种类的酶进行污泥预处理,寻找其周杰伦组合; ②由于酶类对环境较敏感,所以要研究周杰伦的工况参数(如pH、温度等)和周杰伦投加量; ③提高生物工程技术,生产低廉生物酶试剂。

  3.2 生物强化预处理技术

  生物强化预处理是向污泥中投加具有特定功能的微生物来改善污泥厌氧消化性能,充分发挥微生物的潜力。微生物可以改变或者破坏污泥絮体的结构和成分。研究发现,丝状真菌具有很强的释放蛋白质、酶、有机酸以及其他代谢产物的能力[60],可以抑制或减少碱性物质以保持pH 平衡,降解有机物。根据Molla 等[61]的研究,混入丝状真菌可以通过加强其他菌分泌酶的能力来加快基质的分解。通过生物强化后,沼气产量会大大提高。Miah 等[62]通过接种高温消化菌种AT,沼气产量增加了2. 2倍。Tepe 等[63]通过向厌氧发酵池中投加杆菌、假单胞菌以及放线菌等来提高产甲烷量,当加入细菌量为5 g/L 时,纯甲烷产量提高了29%,丙酸残留浓度降低了46%,此外,CH3SH 生成量降低了63%,大大减少了发酵过程中的臭味。Miah 等[64]利用菌种SPT2-1 进行污泥预处理,此菌种可以分泌蛋白酶以及蛋白酶等胞外酶,在有氧条件下使污泥溶解速度加快了大约40%,而在厌氧条件下生物沼气产量提高了1. 5倍。

  从已有的研究成果发现,生物强化技术在一定程度上和酶强化技术重合,只是生物酶的来源不同。两种处理技术的优点基本一样,有较好的发展前景。今后研究方向应为: ①由于菌种繁多,应明确起主要作用的是哪一种或者哪一类菌种; ②确定zui优化的菌种剂量,提高经济性; ③利用生物工程技术,培养出的菌种试剂。

  4 结语

  虽然现有的污泥预处理技术种类繁多,但实际应用方面的研究不够深入和。今后,研究工作应该着眼于实际生产,解决相关技术投资高、能耗大以及不经济等问题。本文笔者所论述的污泥预处理技术,都有良好的发展应用发展空间,值得深入研究。


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  为细化落实《中国制造2025》,工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部组织编制了制造业创新中心、工业强基、绿色制造、智能制造和高端装备创新等5个工程实施指南,并正式发布。其中,智能制造工程推动制造业智能转型,推进产业迈向中高端;高端装备创新工程以突破一批重大装备的产业化应用为重点,为各行业升级提供先进的生产工具。

  重点聚焦“五三五十”重点任务,即:攻克五类关键技术装备,夯实智能制造三大基础,培育推广五种智能制造新模式,推进十大重点领域智能制造成套装备集成应用。

  1主要目标

  “十三五”期间通过数字化制造的普及,智能化制造的试点示范,推动传统制造业重点领域基本实现数字化制造,有条件、有基础的重点产业启动并逐步实现智能转型;

  “十四五”期间加大智能制造实施力度,关键技术装备、智能制造标准/工业互联网/信息安全、核心软件支撑能力显著增强,构建新型制造体系,重点产业逐步实现智能转型。

  2具体目标

  1、关键技术装备实现突破。高档数控机床与工业机器人、增材制造装备性能稳定性和质量可靠性达到国际同类产品水平,智能传感与控制装备、智能检测与装配装备、智能物流与仓储装备基本满足国内需求,具备较强竞争力,关键技术装备国内市场满足率超过50%。

  2、智能制造基础能力明显提升。初步建立基本完善的智能制造标准体系,完成一批急需的国家和行业重点标准;具有知识产权的智能制造核心支撑软件国内市场满足率超过30%;初步建成IPv6和4G/5G等新一代通信技术与工业融合的试验网络、标识解析体系、工业云计算和大数据平台及信息安全保障系统。

  3、智能制造新模式不断成熟。离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务等五种智能制造新模式不断丰富完善,有条件、有基础的行业实现试点示范并推广应用,建成一批智能车间/工厂。试点示范项目运营成本降低30%、产品生产周期缩短30%、不良品率降低30%。

  4、重点产业智能转型成效显著。有条件、有基础的传统制造业基本普及数字化,启动并逐步实现智能转型,数字化研发设计工具普及率达到72%,关键工序数控化率达到50%;十大重点领域智能化水平显著提升,完成60类以上智能制造成套装备集成创新。

  3关键技术装备研制重点

  高档数控机床与工业机器人。数控双主轴车铣磨复合加工机床;高速精密五轴加工中心;复杂结构件机器人数控加工中心;螺旋内齿圈拉床;高精数控蜗杆砂轮磨齿机;蒙皮镜像铣数控装备;率、低重量、长期免维护的系列化减速器;高功率大力矩直驱及盘式中空电机;高性能多关节伺服控制器;机器人用位置、力矩、触觉传感器;6-500kg级系列化点焊、弧焊、激光及复合焊接机器人;关节型喷涂机器人;切割、打磨抛光、钻孔攻丝、铣削加工机器人;缝制机械、家电等行业专用机器人;精密及重载装配机器人;六轴关节型、平面关节(SCARA)型搬运机器人;在线测量及质量监控机器人;洁净及防爆环境特种工业机器人;具备人机协调、自然交互、自主学习功能的新一代工业机器人。

  增材制造装备。高功率光纤激光器、扫描振镜、动态聚焦镜及高品质电子枪、光束整形、高速扫描、阵列式高精度喷嘴、喷头;激光/电子束选区熔化、大型整体构件激光及电子束送粉/送丝熔化沉积等金属增材制造装备;光固化成形、熔融沉积成形、激光选区烧结成形、无模铸型、喷射成形等非金属增材制造装备;生物及医疗个性化增材制造装备。

  智能传感与控制装备。高性能光纤传感器、微机电系统(MEMS)传感器、多传感器元件芯片集成的MCO芯片、视觉传感器及智能测量仪表、电子标签、条码等采集系统装备;分散式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)、数据采集系统(SCADA)、高性能高可靠嵌入式控制系统装备;高端调速装置、伺服系统、液压与气动系统等传动系统装备。

  智能检测与装配装备。数字化非接触精密测量、在线无损检测系统装备;可视化柔性装配装备;激光跟踪测量、柔性可重构工装的对接与装配装备;智能化率强度及疲劳寿命测试与分析装备;设备全生命周期健康检测诊断装备;基于大数据的在线故障诊断与分析装备。

  智能物流与仓储装备。轻型高速堆垛机;超高超重型堆垛机;高速智能分拣机;智能多层穿梭车;智能化高密度存储穿梭板;高速托盘输送机;高参数自动化立体仓库;高速大容量输送与分拣成套装备、车间物流智能化成套装备。

  4十大领域智能制造成套装备集成创新重点

  电子信息领域。消费类电子整机产品制造成套装备;极大规模集成电路(芯片)制造工艺装备;集成电路先进封装与测试成套装备;低温共烧陶瓷(LTCC)、薄膜等先进基板制造成套装备;表面贴装成套装备;高密度混合集成模块、微机电系统(MEMS)器件组装成套装备;新型元器件(片式电子器件、高性能元件、电池、高亮度半导体照明芯片和器件、大功率半导体器件)制造成套装备;新型平板显示制造成套装备;太阳能电池片制造成套装备;以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体电力电子器件制造成套工艺与装备。

  高档数控机床和机器人领域。高精度床身箱体类零件智能加工成套设备;高精度丝杠与导轨、高速主轴、长寿命模具、高压大流量泵阀等核心零部件制造所需的精密加工与成形制造成套装备;微纳加工、电加工与激光特种加工成套装备;机器人减速器、伺服电机精密制造成套装备。

  航空航天装备领域。航空航天钣金件加工与成形成套装备;难变形金属件智能化激光焊接、超塑/扩散连接成套装备;大型复合材料机身和机翼、航天复合材料构件自动化数字化铺放、成形、加工和检测成套装备;、火箭整机、发动机及大部件数字化柔性对接与装配成套装备;发动机空气动力性能智能试验平台;整机结构疲劳及承载力多通道智能化测试试验成套装备;整机渐变自动喷漆成套装备;固体发动机装药界面粘接质量无损检测装备。

  海洋工程装备及高技术船舶领域。柔性可重构工装、高功率激光复合焊接(FCB)、多点压力成形船舶分段流水线智能化成套装备;船体外板涂装、环缝涂装、典型结构智能焊接、大船舱自动化柔性对接与装配、大尺寸智能测量与定位、舵浆定位与安装等总装建造关键成套工艺装备;大型柴油机缸体、曲轴、齿轮、叶片智能加工成套装备;水深超过1000米饱合潜水焊接成套装备;海工装备海上检测试验成套装备;海底油气输送管道自动化焊接与涂装成套装备;海上大型压力容器智能化焊接成套装备。

  先进轨道交通装备领域。铝/镁合金、不锈钢轻量化车身的激光及激光复合焊、搅拌摩擦焊新型成套装备;大型铝合金板材超塑成形成套装备;复合材料车身快速成形成套装备;大功率高可靠柴油机核心部件制造成套装备;30吨轴重以上电力机车核心部件制造成套装备;120km/h以上高载客能力高加减速轻量化城轨列车及250km/h、350km/h以上高速列车用齿轮、轴承、轮对、转向架、制动系统等轻量化加工与成形成套装备。

  节能与新能源汽车领域。轻量化多材质混合车身智能制造成套装备、车用碳纤维复合材料构件低成本成形成套装备;基于机器人的伺服冲压/模压成形、连接(激光焊、铆、粘)、节能环保型涂装等智能成形成套装备;汽车发动机、变速箱等加工与近净成形成套装备、柔性装配与试验检测装备;柴油高压共轨、汽车ABS/ESP、新能源汽车机电耦合系统等精密加工、成形、在线检测与装配成套装备;动力电池数字化制造成套装备。

  电力装备领域。百万千瓦级核电机组主设备智能化加工与成形成套装备;大型发电设备用定转子、转轮、叶片、锅炉受压部件等先进加工与机器人焊接成套装备;超特高压输变电关键设备智能制造及装配成套装备;智能电网及用户端关键设备精密制造及装配成套装备;大功率电力电子器件、高温超导材料、大规模储能、新型电工材料、高压电容器、高压电瓷和绝缘子等关键元器件、材料的智能制造成套装备;在线检测、远程诊断与可视化装配成套装备。

  农业装备领域。联合收割机底盘、脱离滚筒等部件激光焊接、铆接与涂装成套装备;土壤工作、采收作业等关键部件智能冲压、模压成形、表面工程等成套装备;农产品智能拣选、分级成套装备;食品高黏度流体灌装智能成套装备;多功能PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)瓶饮料吹灌旋一体化智能成套设备;液态食品品质无损检测、高速无菌灌装成套设备。

  新材料领域。先进不锈钢卫生管洁净化、绿色化制备及成形成套装备;有色金属材料低能耗短流程、高性能大规格制备成套装备及低成本化精密加工与成形成套装备;先进化工材料合成与制备装备;先进轻工材料的绿色分离、功能化和高值化加工制备、改性成套装备;先进纺织材料的材料设计、加工、制造一体化成套工艺与装备;特种合金、高性能碳纤维、先进半导体等关键战略材料的稳定批量制备与低成本加工成套装备;增材制造材料、石墨烯、超导、智能仿生与超材料等中小批量纯化制备、调控与分离成套装备。

  生物医药及高性能医疗器械领域。应用过程分析技术、自动化和信息化程度高、满足高标准GMP要求的无菌原料药制造成套设备;注射剂高速灌装联动智能成套装备;高速口服固体制剂智能成套设备;中药分离提取智能成套装备;缓控释等高端剂型智能生产成套设备;高速智能包装设备;数字化影像设备;全自动生化免疫检验成套装备;远程监护和远程诊疗设备。

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