TRIZ理论在洗车污泥气浮处理排污器设计中的应用

污泥通常是指主要由各种微生物、有机和无机颗粒组成的絮体。污泥是城市污水处理不可避免的副产品。随着我国机动车保有量的快速增加，洗车量不断扩大，洗车污水量快速增加，洗车污泥(洗车污泥)的产量也不断增加。在考虑洗车污水处理的同时，洗车污泥的处理和处置成为必须解决的重要问题。

目前，国内用于气浮处理中去除和清洗漂浮污染物的排污装置(刮渣器)多为传统的刮板链。通常情况下，橡胶刮刀由链条带动在气浮池液面上部循环移动，对漂浮的污染物进行刮除和清洗，如图1所示。由于泡沫洗涤剂、油污和固体悬浮物的存在，气浮池表面的浮垢由于泡沫软、流动性大，很难被橡胶刮刀有效清洗去除，影响了气浮处理的最终效果。

    图 1 刮板链条式刮渣机

在洗车污泥气浮处理排污器的开发设计过程中，我们遇到了一些难以解决的工程技术问题。本次开发设计尝试应用TRIZ 理论以全新的视野分析问题，快速发现问题的矛盾和本质，对加快解决这些工程技术问题的进程，提高成功率起到了很好的作用。

1 TRIZ发明原理在洗车污泥气浮处理排污器设计中的应用

排污装置用于洗车污泥气浮处理过程中，清洗去除气浮池内液面漂浮的泡沫洗涤剂、油污和固体悬浮物的混合污染物。由于混合污染物(泡沫)较软，流动性较高，刮板链排污装置的橡胶刮板存在清洗去除气浮池液面漂浮污染物效果不佳的问题。

TRIZ发明原理”31。“多孔材料原理”是指材料或物体的孔隙率可以通过打孔、打开空腔或通道来增强，并且物体可以制成多孔的或多孔的[3]。根据本发明的原理，将污水处理装置的刮刀设计成多孔海绵材料，使刮刀在气浮池的液面上移动，刮除浮污，同时还能吸附软的、流动性强的泡沫洗涤剂、油污和固体悬浮物的混合污染物，从而提高刮刀清除浮污的清洁效果。

2技术矛盾在洗车污泥气浮处理排污器设计中的应用

虽然污水处理装置的刮刀设计为多孔海绵材料，但它不仅能刮除漂浮的污物，还能吸收污染物，从而提高了清洗和清除漂浮污物的效果。但由于排污装置的海绵刮刀体积较小，对污物的吸附量不大，使得清洗去除效果的提升受到限制。增加海绵刮刀(海绵)的体积可以提高刮刀清洗去除浮污的效果，但增加了污水处理系统的体积和复杂性，增加了系统加工制造的难度。

根据TRIZ 理论，海绵刮刀的体积可以换算成“7。39个通用技术参数中的“运动物体体积”，是改进后的技术特征参数。系统制造可以转化为“32。可制造性”，这是一个恶化的技术特征参数。技术矛盾是两个参数之间的矛盾。改善系统的一个参数会导致另一个参数的恶化[4]。系统中的问题是由上述两个参数引起的，是技术矛盾。根据阿奇·舒勒的矛盾矩阵表，参考发明原理为:“29。气动和液压结构原理》1。划分原则”和“40。复合材料原理”。

将以上三个对应的发明原理与开发设计的具体问题结合起来，讨论每个原理是否适用和可操作。经过分析，“1。“分割”可以借鉴，就是把一个物体分成几个独立的部分，这样就可以把一个物体分成容易组装和拆卸的部分。根据划分原则，污水处理装置海绵材料的刮刀设计成由多个(五个)独立的单个刮刀组装而成的组件，即在增加刮刀海绵总体积的情况下，系统的加工制造难度不会增加(或降低)，刮刀的清洁效果会提高，以清除漂浮的污物。

3物理矛盾在洗车污泥气浮处理排污器设计中的应用

由多个独立刮刀组装而成的海绵材料制成的刮刀可以提高清洁和清除漂浮污垢的效果，但在刮刀海绵总体积较大的情况下，并不会增加制造难度。但吸附在海绵刮刀上的污垢不方便清除，人工清除效率低。即刮板材料的吸附力越强，越有利于刮板清理和清除漂浮的污物，但会增加清除刮板内吸附的污物的难度。

根据TRIZ 理论，系统中的问题是由一个参数引起的，即刮板材料吸附的强弱，可以理解为“强弱”功能参数引起的物理矛盾，属于物理矛盾，可以用分离原理解决。由于刮板吸附清洗清除浮污的时间段可以与清除刮板吸附污物的时间段分开，矛盾双方可以在不同时间段分开，通过满足不同时间的不同需求，可以利用时间分离原理解决物理矛盾。

通过分析，15。动态特性原理及10。预作用原理是对应于解决与时间分离相关的物理矛盾的12个发明原理之一。可以使用。动态化是指:使整体的各个部分都动态化，使工作过程中的每一个动作或阶段都处于最佳状态，即把一个物体分成可以改变相对位置的不同部分。预作用原理的含义是:预先设定有用的物体，使它们在必要时能立即作用在最方便的位置。

在上述两个发明原理的提示下，污水处理装置设计为由刮刀、平移机构、旋转机构和挤污板组成，刮刀由五个独立的海绵材料刮刀组装在一起组成，挤污板预设在污水出口处，旋转机构和平移机构可以使刮刀处于平移和同时旋转的动态状态，其结构示意图如图2所示。

    1刮板  2平移机构  3 旋转机构  4污物挤压板

    图 2 洗车污泥气浮处理排污器结构示意图

带海绵的刮刀在旋转机构和平移机构的驱动下，在泡沫洗涤剂、油污和固体悬浮物的混合污垢上旋转运动，不断吸收海绵中的污垢。刮刀从起点向终点(排污口)移动旋转，使刮刀不断改变海绵对污物的吸附位置，同时将漂浮液面上的污物推向排污口，提高了吸附去除效果。当平移机构将旋转刮刀拖动到目的地时，旋转刮刀在目的地出口处预设的挤污板的挤压下，将吸附在旋转刮刀海绵中的污物挤出(清除)，污物通过出口排出。通过调节和控制带海绵刮刀的旋转运动参数和刮刀往复直线运动的时间和速度，刮刀可以多次被挤污板挤压，可以有效清理和消除洗车污泥气浮处理产生的漂浮污染物，从而提高洗车污泥气浮处理效果。洗车污泥气浮处理排污器立体效果如图3所示，该排污装置已获国家实用新型专利（ZL 2015 2 0843296.3）。

    (a)

    (b)

    图 3 洗车污泥气浮处理排污器三维效果图

4总结

在洗车污泥气浮处理排污器开发设计过程中，尝试了TRIZ 理论“多孔材料原理”的发明原理、技术矛盾和物理矛盾工具，解决了传统刮板链式排污装置对洗车污泥气浮处理产生的漂浮污染物清洗去除效果差的问题。利用TRIZ 理论快速准确地确定问题的探索方向，突破思维障碍，加快解决这些工程技术问题的效率，取得满意的效果。