新技术与新材料在环保设备中的应用分析

2022-05-23马福军曾贤杰

皮革制作与环保科技 2022年8期

马福军，曾贤杰

（1.潍坊市生态环境局临朐分局，山东潍坊 262600 2.临朐县冶源街道办事处，山东潍坊 262600）

近年来，我国经济发展迅速，综合国力不断增强，但由于能源消耗逐年增加而引发的环境污染问题也日益凸显出来，这也一直严重阻碍着生态环境建设。自从我国提倡企业转型、经济转型以来，相关部门认真执行各项环保政策、提升配套环保设备，同时，通过提高人们的环保意识，在能源消耗和环境保护方面都有了较大的改观，特别是农村地区，随处都有绿水青山的优美环境[1]。而对于高能耗的企业而言，有效应用环保设备是降低污染的重要手段，也是一种技术革新。因此，各企业单位应在确保证企业效益和经济发展的同时，积极应用新的环保设备和环保技术，从而促进企业环保工作的高效开展。

1 环保设备概述

通常，环保设备多指大型的污染处理设备，但实际上环保设备的种类非常多，只要是为了改良污染情况，净化污染环境而生产的专业设备，都可以称为环保设备。这些设备可大可小，可以是机械装置，也可以是建筑装备等。但在环保领域，环保设备主要包括运送具有流体形态的污染物质的动力机械和控制、预防污染的监控仪器等[2]。此外，在环境保护工作中，除了要加强人们的环境意识，还要通过必要的环保设备进行监测、预防和整治，所以，环保设备可应用到各个方面、各个行业，甚至居民家中也可以利用环保设备，从而科学合理地进行环境保护。

2 环保设备产业现状和未来的发展趋势

2.1 环保设备产业现状

当前，我国的环保设备产业的水平还属于发展阶段，很多环保设备都是根据我国的环境状况进行研制，具有可持续发展的功能。特别是电除尘器，已在市场上占有了很大的份额，并得到了较好的发展和应用。尽管环保设备产业发展迅速，但在实际的设计、生产过程中，仍然存在着诸多不足，也面临较多困难，其中最为突出的是环保设备的实效性，这是因为有部分设备技术还存在性能较为低下，结构还不够合理。有数据显示，我国的环保设备水平较低，还处在发达国家上世纪90年代的水平，而真正具有先进世界水准的设备还不到10%。

2.2 发展趋势

随着我国各项环保政策的出台和环保目标的设定，市场对于环保设备的需求与日俱增，特别是污水处理设施、固废处理设备，需求量逐年增长。且随着科学技术的发展进步，环保设备行业也逐渐步入正轨，现已达到迅速发展的时期。有调查数据显示：截至2021年，我国环保设备的产值超过1.2万亿元[3]。总体来看，基于市场需求和人们环保意识的增强，以及在环保设备需求量不断增加的前提下，我国环保设备行业的后续发展前景广阔，具有良好的发展空间。特别是在各级政府部门和各项环保政策的支撑下，环保设备行业将取得新的发展和进步。

首先是产业化发展，这主要是因为环保设备将不再单纯的作为辅助设施用于企业单位，而是向多元化和规模化方向发展，并逐渐开始设计、建设各种环保项目和大型配套环保装置，以应用在综合项目中。其次是智能化发展，这主要是因为在互联网时代的大背景下，科技创新技术已应用在各行各业中，特别是人工智能技术，已成为大型生产制造企业的“座上宾”。而对于环保设备而言，通过对人工智能、大数据处理、数字化等技术的应用，已逐渐形成环保设备的智能自动化处理，特别是物联网技术的应用，很好满足了人们对于设备的控制要求以及实时监测目标，实现了用科技武装环保设备，有效提升了各种设备应用和使用的便利性。最后是环境保护相关产业的发展，也进一步促进了环保设备的升级换代，在通过智能化、数字化的应用后，能有效提升环境保护工作的水平和效率，进而促进整个环保行业的健康发展，实现智能化提速。

3 环保设备的优化

3.1 环保设备优化的目标

当前，我国环保工作开展得如火如荼，同时，各项政策、制度以及设备应用正在落实期，所以，这也是未来环保工作成效体现的关键时期。一方面通过环保设备的优化，能有效推进环保工作的顺利开展，并逐步适应社会需求，从而满足社会经济的发展需要。而另一方面，在使用的众多环保设备中，有一大部分源于进口，但由于我国的技术水平和环境差异，导致环保设备的使用效率不高，从而既无法完成经济发展对环保设备的要求，也无法做到切实改善环境[4]。因此，在认清并明确我国环保设备的应用发展现状后，就需要通过合理的优化措施，改进环保设备的设计等重点环节，以此加快环保行业的良性发展。在具体的优化措施中，一定要结合自身实际情况，创新研发方向和研发思想，在引入国际新技术理念的基础上，有效提高环保设备的设计制造技术水平。

3.2 设计方面的优化

3.2.1 针对环保工作要求开展环保设备的设计

在环保设备设计之初，就要制定具体的工作要求，以明确其在环境保护中的主要作用，同时，通过设计优化，可有效提升、改善环保设备的工作效率，从而提高环保工作质量，加快环保工作的进度。所以，从环保设备设计开始就一定要选择可降解、无毒害的环保材料进行加工、生产，并确保从外形到内部，都要体现出环保的性能。而对于高能耗、高污染的设备，可以通过材料改造进行复刻，以满足生态环境的需求，同时，也进一步推进了环境保护工作的顺利开展。

3.2.2 简化功能设计

在实际应用中，各类环保设备的功能较为单一，多数需要人工进行控制，如果设计的操作过程较为复杂，容易导致设备出现故障，会加大维护费用的投入，这非常不利于环保工作的顺利开展。另外，当环保设备结构、功能趋向复杂化时，则可能会消耗更多的能源，这既违背了环保理念，又降低了设备的工作效率[5]。因此，在进行环保设备的设计优化时，应强化设备的具体功能，以提高其工作效率，同时，还要重视其整体的结构性能，要保留主要的核心功能，去除不必要的繁杂功能，这样不仅降低了设备的损耗，还有助于日常维护，以及提高设备的使用期限。

3.2.3 智能化技术在功能设计中的应用

在环保设备的设计优化中，要引入各种先进的科学技术即智能化，这非常有助于提高环保工作的效率，提升环保设备的自动化、智能化水平。通常，环保设备的智能化不仅体现在具体的操作过程中，更体现在提高工作质量方面。而智能化、自动化的引进，一是可以减轻人力的负担，二是可以进行环境的提前预警或检测，能有效提升环境保护的预防机制，特别是物联网和AI人工智能技术的加入，使环保工作变得更为全面、便捷。

4 环保设备新技术的采用

4.1 智能自动化技术

当前，智能化、自动化的技术在各行各业中广泛应用，也给环保设备的设计带来了新的思路和方向，这也是未来环保设备的重要研究课题。通过将智能自动化技术应用在环保设备的制作流程中，能通过实时监控了解和明确排放的污染物的具体状况，再通过预先设定的指令和标准，就可以对排放物进行有效控制、转化等[6]。在污水处理的设备中，智能化设备还可以监控污水的排放和净化，并按照具体的排放标准进行有效的、有计划的控制、调节，减少了人工控制的操作流程，这既提高了工作效率，又能将设备功能的超前性、优越性完全体现出来。而对于空气净化设备，除了能自动监控排放气体的标准外，还能够根据各项监测数据找到具体的污染源头，这样相关部门就可以制定相应的治理策略，从而真正实现大气的净化和环境的保护。

4.2 水力透平技术

水力透平是一种常见的能量回收装置，简单来说，就是将水力能量转化成机械能的一种循环技术。应用这种技术，能有效节约资源的转化效率，降低废物的排放量，而且，在满足环保设备使用动能的同时，还有效降低了其他的能源消耗，从而实现了自然能源的可利用性。而新型科学技术的应用，又给传统环保设备安上了“加速器”，主要体现在提高环保设备专项功能的同时，又降低了人力的损耗，能源的损耗，有效提高了环保工作效率，也推动了生态环境的绿色健康发展。

5 环保设备中新型材料的应用

5.1 袋式除尘器中新型材料的应用

在众多的环保设备中，袋式除尘器是应用中较为广泛的一种环保设备，特别是在有粉尘出现的企业中。袋式除尘器的结构简单，操作便捷，特别是应用在以煤炭作为能源供给原料的发电厂中，除尘效率较高。在发电厂中，危害最大的往往不是粉尘，而是烟气，该物质不仅会对过滤器等造成损害，也会腐蚀纤维、金属材质的材料，甚至会造成发电设备的损坏或者报废[7]。所以，就要求袋式除尘器在优化后的生产制造中，要应用更为新型的材料，保证其对烟气、粉尘的收集、过滤的效率，以便于对其他设备作出更好的保护。某公司自制的布袋除尘器如图1所示。

图1 某公司自制布袋除尘器

5.1.1 新型高分子有机材料的应用

（1）聚苯硫醚（PPS）纤维

PPS纤维是一种合成纤维，其最大的特点是耐高温，且结构简单，稳定性较高；同时，PPS纤维还有一定的阻燃性和耐化学药品的特性。

（2）聚酰亚胺纤维（P84）

P84也是一种耐高温的纤维，性能非常高，但却有不耐水解的特性；耐受脉冲能力较强，超过玻璃纤维。

（3）改良聚四氟乙烯（PTFE）

PTFE纤维是世界上最耐化学药品的纤维，应用也相当广泛：第一，其细丝可以作为过滤性材料使用或直接附着过滤材料；第二，特殊的短性或玻璃性PTFE纤维可直接作为过滤材料使用；第三，利用PTFE的悬浮状乳液可改良过滤材料。

（4）其他纤维

尼龙织物容易受酸腐蚀，但却非常耐磨，在过滤水泥熟料等同类型粉尘时，过滤效果非常明显；而陶瓷纤维、芳杂环纤维因为超好的耐高温特性，多用于高温烟气的过滤。

5.1.2 新型金属材料的应用

2254SMO不锈钢含钼量较高，非常耐腐蚀，是一种高级的奥氏体不锈钢。其具体的应用可举例说明：山东恒邦冶炼有限公司在生产工艺的改革优化后满足了生产废水零排放的标准，但布袋除尘器受到废水造浆的损害而频繁出现严重的腐蚀情况，需要人工频繁、及时进行电焊补漏；另外，由于设备中砷的含量较高，维护时造成的不利因素较多，也成为了阻碍环保的一大难题。现将新型金属材料2254SMO不锈钢用于制作布袋除尘器，完美解决了设备含砷较高的状况，且不容易被腐蚀，在减少了焊补操作和后期维护的同时，又减少了对人体的危害，有效降低了维护成本。

5.1.3 其他高分子有机材料的应用探析

（1）高分子有机材料是有机材料更新和升级的产物，进一步推动了环保设备的设计进步。在诸多的高分子有机材料中，考虑到应用的普及性，下面以活性炭纤维为例进行说明。首先，相比于传统的有机材料，活性炭由于孔隙较多，因此吸附或脱附能力更强；其次，活性炭的表面积较大，强度高不容易粉化，可以应用在各类工程领域中；再次，可塑性强，能按照不同要求进行多种形态的变化；最后，活性炭由于吸附层较薄，蓄热少，所以其安全性更强于普通有机材料。以上这些特点，使活性炭纤维材料的应用更为广泛性。

（2）在除尘器过滤材料的选择上，应用新型的活性炭纤维，不仅能有效解决原有材料的缺陷问题，还能有效避免和减少了对发电设备机组的损坏，从而提高了发电设备的工作效率，还增强了工作环境的安全性，取得较大成功。

5.2 管道、泵、过滤设备等新材料的使用

5.2.1 管道中新材料的应用

在传统的水电施工中，给排水管道的材料主要有三种，这三种材料在实际施工中应用各有不同。通过结合施工现场的各项数据、指标分析，特别要关注水管材料的温度值、压力范围，再配合环境状况以选择合理的、具体的安装方法，确保其经济适用和技术达标；相比于国外来说，室外的给排水管主要使用PVC－U、PE、PP等不同材质的管道进行安装，考虑到要满足大直径的要求，会选择在塑料管外部缠绕金属丝等方式[8]；但如果对于给排水管的直径要求不高，是属于中小直径的，则选用双壁波纹管的情况较多。

5.2.2 泵的新材料应用

在环保设备中，泵的损坏主要体现在泵机叶片日常使用中的磨损和腐蚀，这会导致损耗情况较为严重。在国内，一般多采用“搪瓷保护层金属修补剂”等材料来保护泵机叶片，但其韧性、耐水性都不高；而新型材料端羟基聚丁二烯（HTPB）作为涂层覆盖材料之一，混合配比环氧树脂，同时再加入陶瓷微珠耐磨填料，充分调匀后涂到表面，能有效改善这些不足，会使泵机叶片得到更好的保护，从而延长了泵机的使用周期。

5.2.3 新材料过滤器的应用

水处理设备中应用的新型纤维过滤器，能提高过滤器的负荷能力以及过滤能效，相比于传统的砂过滤器有了更好的过滤性能，也得到了广泛使用。

5.3 环卫设备中新材料的应用

参考各类环保设备，特别是在环卫设备的实际使用中，会因为环境以及设备材质等原因，出现过度磨损而产生的锈迹和腐蚀，加上其不锈钢材质不耐酸碱的特点，其维护和更换的频率和费用都较高，这给环保单位带来较大的经济压力。基于以上原因，改换塑木、玻璃钢等新型材料用作环保设备的生产，能有效提高环卫设备的工作效率和使用周期。

5.3.1 玻璃钢(FRP)

玻璃钢也是一种塑料，属于强化纤维塑料，又被称为GFRP，也就是俗称的“增强塑料”，也被称作“玻璃纤维增强塑料”。这种新型材料非常容易塑形，且塑形完成后的强度也非常高，常用于户外的宣传标识等。另外，该材料的质量较轻，节能省电，同时，其制作成本低廉，损坏后可修可换。

5.3.2 塑木

塑木材料多应用于环卫垃圾桶和环卫小屋等设备设施的生产。通常，经过高温、干燥、防腐处理的木材，能有效起到防水、防潮和防晒、防蛀的作用，所以使用也较为常见。这种材料还可以进行不同颜色的喷漆处理，能营造多彩、美丽的环境氛围。

5.3.3 环卫设备上涂层技术的应用

环卫设备表面使用涂层技术是为了提高其防腐、防锈的性能，具有保护和美观的作用。若将常见的新型材料多与其他材料混合使用，涂层后一次可达到要求。

5.4 其他新型材料在环保设备中的应用展望

新型高分子材料具有非常多的特点和特性，其不仅解决了一般材料的价格高、重量大的问题，在强度、耐腐蚀度和便于加工方面也非常理想，已经得到了普遍应用[9]。而作为高分子材料的热门科技材料，纳米材料当前正处于备受推崇的阶段，将其应用在环保设备的设计生产中是非常新颖的思路，鉴于该材料能将污染物进行催化、吸附和转化，所以在环境保护工作中起到了非常重要的作用，这对于环保设备的发展、环保工作的进步具有巨大推动作用。