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目前，國內用于氣浮處理中去除和清洗漂浮污染物的排污裝置(刮渣器)多為傳統的刮板鏈。通常情況下，橡膠刮刀由鏈條帶動在氣浮池液面上部循環移動，對漂浮的污染物進行刮除和清洗，如圖1所示。由于泡沫洗滌劑、油污和固體懸浮物的存在，氣浮池表面的浮垢由于泡沫軟、流動性大，很難被橡膠刮刀有效清洗去除，影響了氣浮處理的最終效果。

TRIZ理論在洗車污泥氣浮處理排污器設計中的應用

圖 1 刮板鏈條式刮渣機

在洗車污泥氣浮處理排污器的開發設計過程中，我們遇到了一些難以解決的工程技術問題。本次開發設計嘗試應用TRIZ 理論以全新的視野分析問題，快速發現問題的矛盾和本質，對加快解決這些工程技術問題的進程，提高成功率起到了很好的作用。

1 TRIZ發明原理在洗車污泥氣浮處理排污器設計中的應用

排污裝置用于洗車污泥氣浮處理過程中，清洗去除氣浮池內液面漂浮的泡沫洗滌劑、油污和固體懸浮物的混合污染物。由于混合污染物(泡沫)較軟，流動性較高，刮板鏈排污裝置的橡膠刮板存在清洗去除氣浮池液面漂浮污染物效果不佳的問題。

TRIZ發明原理”31。“多孔材料原理”是指材料或物體的孔隙率可以通過打孔、打開空腔或通道來增強，并且物體可以制成多孔的或多孔的[3]。根據本發明的原理，將污水處理裝置的刮刀設計成多孔海綿材料，使刮刀在氣浮池的液面上移動，刮除浮污，同時還能吸附軟的、流動性強的泡沫洗滌劑、油污和固體懸浮物的混合污染物，從而提高刮刀清除浮污的清潔效果。

2技術矛盾在洗車污泥氣浮處理排污器設計中的應用

雖然污水處理裝置的刮刀設計為多孔海綿材料，但它不僅能刮除漂浮的污物，還能吸收污染物，從而提高了清洗和清除漂浮污物的效果。但由于排污裝置的海綿刮刀體積較小，對污物的吸附量不大，使得清洗去除效果的提升受到限制。增加海綿刮刀(海綿)的體積可以提高刮刀清洗去除浮污的效果，但增加了污水處理系統的體積和復雜性，增加了系統加工制造的難度。

根據TRIZ 理論，海綿刮刀的體積可以換算成“7。39個通用技術參數中的“運動物體體積”，是改進后的技術特征參數。系統制造可以轉化為“32。可制造性”，這是一個惡化的技術特征參數。技術矛盾是兩個參數之間的矛盾。改善系統的一個參數會導致另一個參數的惡化[4]。系統中的問題是由上述兩個參數引起的，是技術矛盾。根據阿奇·舒勒的矛盾矩陣表，參考發明原理為:“29。氣動和液壓結構原理》1。劃分原則”和“40。復合材料原理”。

將以上三個對應的發明原理與開發設計的具體問題結合起來，討論每個原理是否適用和可操作。經過分析，“1。“分割”可以借鑒，就是把一個物體分成幾個獨立的部分，這樣就可以把一個物體分成容易組裝和拆卸的部分。根據劃分原則，污水處理裝置海綿材料的刮刀設計成由多個(五個)獨立的單個刮刀組裝而成的組件，即在增加刮刀海綿總體積的情況下，系統的加工制造難度不會增加(或降低)，刮刀的清潔效果會提高，以清除漂浮的污物。

3物理矛盾在洗車污泥氣浮處理排污器設計中的應用

由多個獨立刮刀組裝而成的海綿材料制成的刮刀可以提高清潔和清除漂浮污垢的效果，但在刮刀海綿總體積較大的情況下，并不會增加制造難度。但吸附在海綿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強，越有利于刮板清理和清除漂浮的污物，但會增加清除刮板內吸附的污物的難度。

根據TRIZ 理論，系統中的問題是由一個參數引起的，即刮板材料吸附的強弱，可以理解為“強弱”功能參數引起的物理矛盾，屬于物理矛盾，可以用分離原理解決。由于刮板吸附清洗清除浮污的時間段可以與清除刮板吸附污物的時間段分開，矛盾雙方可以在不同時間段分開，通過滿足不同時間的不同需求，可以利用時間分離原理解決物理矛盾。

通過分析，15。動態特性原理及10。預作用原理是對應于解決與時間分離相關的物理矛盾的12個發明原理之一。可以使用。動態化是指:使整體的各個部分都動態化，使工作過程中的每一個動作或階段都處于最佳狀態，即把一個物體分成可以改變相對位置的不同部分。預作用原理的含義是:預先設定有用的物體，使它們在必要時能立即作用在最方便的位置。

在上述兩個發明原理的提示下，污水處理裝置設計為由刮刀、平移機構、旋轉機構和擠污板組成，刮刀由五個獨立的海綿材料刮刀組裝在一起組成，擠污板預設在污水出口處，旋轉機構和平移機構可以使刮刀處于平移和同時旋轉的動態狀態，其結構示意圖如圖2所示。

1刮板 2平移機構 3 旋轉機構 4污物擠壓板

TRIZ理論在洗車污泥氣浮處理排污器設計中的應用

圖 2 洗車污泥氣浮處理排污器結構示意圖

帶海綿的刮刀在旋轉機構和平移機構的驅動下，在泡沫洗滌劑、油污和固體懸浮物的混合污垢上旋轉運動，不斷吸收海綿中的污垢。刮刀從起點向終點(排污口)移動旋轉，使刮刀不斷改變海綿對污物的吸附位置，同時將漂浮液面上的污物推向排污口，提高了吸附去除效果。當平移機構將旋轉刮刀拖動到目的地時，旋轉刮刀在目的地出口處預設的擠污板的擠壓下，將吸附在旋轉刮刀海綿中的污物擠出(清除)，污物通過出口排出。通過調節和控制帶海綿刮刀的旋轉運動參數和刮刀往復直線運動的時間和速度，刮刀可以多次被擠污板擠壓，可以有效清理和消除洗車污泥氣浮處理產生的漂浮污染物，從而提高洗車污泥氣浮處理效果。洗車污泥氣浮處理排污器立體效果如圖3所示，該排污裝置已獲國家實用新型專利（ZL 2015 2 0843296.3）。

TRIZ理論在洗車污泥氣浮處理排污器設計中的應用

(a)

TRIZ理論在洗車污泥氣浮處理排污器設計中的應用

(b)

圖 3 洗車污泥氣浮處理排污器三維效果圖

4總結

在洗車污泥氣浮處理排污器開發設計過程中，嘗試了TRIZ 理論“多孔材料原理”的發明原理、技術矛盾和物理矛盾工具，解決了傳統刮板鏈式排污裝置對洗車污泥氣浮處理產生的漂浮污染物清洗去除效果差的問題。利用TRIZ 理論快速準確地確定問題的探索方向，突破思維障礙，加快解決這些工程技術問題的效率，取得滿意的效果。