产业化项目实施方案(郑州)

1 国家水体污染控制与治理科技重大专项国家水体污染控制与治理科技重大专项 饮用水安全保障技术体系研究与示范主题饮用水安全保障技术体系研究与示范主题 饮用水安全保障关键材料饮用水安全保障关键材料 设备产业化设备产业化 项目实施方案项目实施方案 二 一 年十月 I 目 录 一 项目概述 1 一 饮用水领域产业化现状与问题分析 1 1 饮用水产业化现状 1 2 饮用水材料与设备产业化特征及战略意义 6 二 饮用水领域产业化模式 9 1 建立 产学研联盟 平台模式 10 2 建立产业化经费筹措模式 12 3 组织管理模式 13 二 项目目标 技术路线 产业化内容及预期成果 15 一 项目目标 15 二 总体思路和技术路线 15 1 总体思路 15 2 技术路线 16 三 项目内容与标志性成果 18 课题一 大型臭氧发生器设备研制及其产业化 19 1 目标 19 2 重点任务 19 3 关键技术及科学问题 21 4 产业化条件和依托工程 23 II 5 预期成果和考核指标 25 6 实施年限 26 课题二 饮用水处理用膜组件及装备产业化 26 1 目标 26 2 重点任务 27 3 关键技术及科学问题 30 4 产业化条件和依托工程 31 5 预期成果和考核指标 32 6 实施年限 33 课题三 新型二次供水设备研制及产业化 33 1 目标 33 2 重点任务 34 3 关键技术及科学问题 39 4 产业化条件和依托工程 40 5 预期成果和考核指标 43 6 实施年限 44 课题四 供水管网漏损监控设备产业化 44 1 目标 44 2 重点任务 44 3 关键技术及科学问题 47 III 4 产业化条件和依托工程 48 5 预期成果和考核指标 49 6 实施年限 49 课题五 饮用水水质检测监测设备产业化 50 1 目标 50 2 重点任务 50 3 关键技术及科学问题 53 4 产业化条件和依托工程 53 5 预期成果和考核指标 54 6 实施年限 55 课题六 移动式饮用水应急供水设备产业化 56 1 目标 56 2 重点任务 56 3 关键技术及科学问题 58 4 产业化条件和依托工程 59 5 预期成果和考核指标 60 6 实施年限 61 课题七 净水厂用高效活性炭制备产业化 61 1 目标 61 2 重点任务 61 IV 3 关键技术及科学问题 64 4 产业化条件和依托工程 66 5 预期成果和考核指标 68 6 实施年限 69 课题八 饮用水安全保障设备及产品产业化支撑平台建设 69 1 目标 69 2 重点任务 69 3 关键技术及科学问题 72 4 产业化条件和依托工程 73 5 预期成果和考核指标 74 6 实施年限 75 三 项目关联行动 76 1 必要的支撑条件 76 2 饮用水安全保障技术产业化基地建设 76 3 与国家十一五水专项的衔接和分工 77 四 项目的组织管理措施 78 1 加强领导 成立项目管理领导小组和办公室 78 2 成立课题专家组 78 3 成立课题研究团队 78 V 4 建立 产学研用联盟 79 5 相关政策措施 79 五 经费筹措 80 六 项目经济效益与风险分析 81 一 项目市场分析 81 二 效益分析 81 1 经济效益 81 2 社会效益 82 3 环境效益 83 三 风险分析 83 1 技术的风险分析与对策 83 2 市场风险 84 3 管理风险分析与对策 84 1 一 项目概述一 项目概述 一 饮用水领域产业化现状与 一 饮用水领域产业化现状与问题分析问题分析 1 饮用水产业化现状 1 我国饮用水行业产业化概述 随着新技术 新产品的研制和生产 人类生活的范围不断扩张 环境污染日益加重 最直接的就是水污染 地表水 地下水 而 水污染直接危害到人类的饮用水安全 饮用水安全危机目前越发彰 显 近几年水污染突发事故频发 影响区域供水安全 地表水严重 富营养化 藻类 氨氮等明显超标 有机有毒污染加重 水质不断 恶化 可饮用水源越来越少 水资源漏失严重 部分城市漏损率高 达 40 究其原因 主要是水资源缺乏科学合理的利用和保护 水 质净化和监测力量薄弱 不重视管网系统的安全输配等隐患 针对我国饮用水普遍存在的安全隐患 国家 十一五 水专项中 饮用水安全保障技术研究与示范主题以新 生活饮用水卫生标准 GB5749 2006 为依据 配合 全国城市饮用水安全保障规划 的实 施 通过关键技术研发 技术集成和应用示范 构建针对水源保护 净化处理 安全输配全过程的 集水质监控 风险评估 运行管理 应急处置于一体的饮用水安全保障技术 标准和监管体系 为全面 2 提升我国饮用水安全保障能力和促进相关产业发展提供科技支撑 尽管我们通过数个五年计划的实施在饮用水安全保障技术方面 取得了较多突破 但是我们在技术集成 产品研发等方面存在的问 题仍不容忽视 我国目前技术到产品研发和推广进程明显滞后 没 有形成与国家科研投入相匹配的产出 因此 饮用水领域亟需集成 科技成果 形成技术 产品 产业的有序转变 提高国有设备的市场 份额 建成一批拥有我国自主知识产权和核心技术的饮用水相关设 备 材料产业 2 我国饮用水行业产业化存在的问题 1 过度依赖进口 国内饮用水设备市场上 国外设备仍占主导 以水质检 监测设 备为例 目前国内使用的大型水质检测设备和水质实时在线监测 绝 大多数源于进口 并且配套耗材价格昂贵 相对于国外饮用水设备 国产设备质量偏差 技术含量偏低 使用寿命较短 缺乏市场竞争 力 2 供水过程损耗过大 供水管网老化 漏损问题严重 仅 2009 年管网跑 冒 滴 漏就损失城市供水近 100 亿立方米 这些均增加了供水成本 产销 之间的巨额差距对供水企业来说既加大了供水成本 也是社会资源 3 的巨大浪费 3 产业化进程滞后 近些年 我国在饮用水工艺 技术研发上的投入逐年加大 行 业整体的技术水平有了很大提高 但国家在产品的研制与开发上没 有进行继续的投入与再投入 同时市场环境较差 国家对相应水质 安全保障产品的政策扶持力度不够 导致产业化进程停滞不前 4 产品质量良莠不齐 我国饮用水材料与设备行业主要以低层次 小规模企业为主 在产品上 由于重复投资 技术引进不够 饮用水行业充斥低质量 产品 2006 年 10 月中国城镇供水排水协会设备材料工作委员对大 中城市自来水管道进行统计调查 调查结果显示 目前供水行业塑 料管市场生产厂家多 品牌多 原材料来源混杂 质量参差不齐 用户分散 处于激烈竞争状态 5 技术与产品转化率低 据资料显示 我国高校每年有 6000 8300 项科技成果问世 但 能够签约转化并能产生经济效益的科技成果只有约 10 这与美国 日本等发达国家科技成果转化率大多 70 左右的水平相比有相当大 的差距 国内饮用水领域技术与产品转化率低的原因主要是成果的 技术含量低 应用范围面窄 同时行业政策和法规体系不健全 使 科技型企业的技术优势无法充分发挥作用 4 6 核心竞争力弱 自主创新技术少 目前 我国饮用水行业关键设备 如臭氧发生设备 等均依赖 进口 盲目引进设备导致国内市场多被进口产品占据 而产品的核 心技术却控制在国外企业手中 国产设备普遍缺乏自主创新技术 产品竞争能力偏弱 在技术层面上 国内研发投入上以及创新机制 上与国外相比都有很大差距 针对饮用水行业存在的问题 国内饮用水领域企业要根据自身 的比较优势采用合适的技术创新模式 开发具有自主知识产权的核 心技术 高度重视关键技术的应用 打造技术优势型核心竞争力 3 饮用水行业产业化已有基础 十一五 水专项针对当前我国饮用水源污染严重和供水系统 存在的安全隐患 以完善我国相关水质标准和规范 加强水源地保 护与管理 提高供水系统的科学技术水平 初步建立饮用水安全预 警和应急系统为目标 开展了关键技术研发和系统集成 预计到 十一五 结束时 将会取得如下成果 建立全流程饮用水水质监测与预警技术 初步构建国家 省 市三级供水水质监控网络 预警系统和应急技术体系 建立应对突发性水源污染的城市供水应急处理系列技术 建立针对水源水质特点的饮用水预处理技术 强化常规处理 5 技术 深度处理技术 建立针对不同类型村镇供水的分散型饮用水处理适用技术 建立和完善管网水质稳定化 管网监测 多水源联合调度和 优化管理技术 上述成果为我国饮用水领域材料与设备的产业化奠定了理论基 础 提供了有力的技术支撑 4 饮用水行业产业化需要解决的问题 饮用水安全保障工作仍存在大量亟需解决的问题 国家 十一 五 水专项中部分技术只适用于特定的水质 特定区域 水源地生 态环境保护与恢复 区域饮用水安全综合保障能力提高等成套技术 尚未形成 部分关键性技术研究仍需进一步深化 产出结构不合理 科技成果转化率低 多数关键性成套技术未形成产品 即缺乏技术 的设备化及产品化意识 手段和平台 距离技术的产业化仍有一定 距离 部分成套技术产业化研究不成体系 多数关键性试验设备操 作只被少数专业研究人员所掌握 自动化程度差 普及率低 应用 不广 各成套技术中自主研发的材料与设备较少 重大装备不能自 给 多数先进设备为国外进口 造价昂贵 十二五 产业化项目拟针对上述问题 对 十一五 水专项 形成的具备产业化条件科研成果进行筛选 结合饮用水行业已有设 6 备材料制造和生产基础 以市场需求为导向 通过相关领域和上下 游产业的渗入 打造产学研联盟 并对 十一五 期间技术指南 规 范 标准等成果进行系统集成 实现饮用水安全保障关键技术 产 品 产业的转化 为全面提升我国饮用水安全保障能力和促进相关 产业发展提供科技支撑 2 饮用水材料与设备产业化特征及战略意义 1 饮用水材料和设备产业化特征 1 市场需求旺盛 为保证生活饮用水安全 卫生 健康 国家出台了新的 生活 饮用水卫生标准 GB5749 2006 新国标的出台及实施给水务企 业提出了政策及标准导向 为饮用水材料与设备产业化创造宏观环 境 我国相当部分的水厂设施陈旧 工艺落后水厂出厂水不达标的 共 2487 个 规模总计 0 95 亿 m3 日 影响人口约 1 7 亿人 为了达 到新国标的要求 各水厂检测和处理设备都亟需升级改造 给饮用 水材料与设备产业化提供了旺盛的市场需求 2 范围广 规模大 基础供水设施落后及缺乏程度大 严重威胁我国饮用水水质安 全的保障 据调查 在 43 个国家城市供水水质监测站中 具备水 质标准要求的 106 项指标检测能力的仅有 12 个 在 190 个地方城 7 市供水水质监测站中 约 94 尚不具备 42 项常规指标的检测能力 在全国城市 4500 多个水厂中 约 78 不具备每日必检的 10 项指标 检测能力 其中 2000 多个水厂无任何检测手段 目前 可能导致 水质问题的灰口铸铁管 冷镀锌铁管 以及其他老旧管道仍有一定 比例 总长度 10 余万公里 综合以上 我国所需改造的饮用水处 理设施包括检测 管道 二次供水设备等 其种类多 数量大 3 以点带面 促进产业化整体提高 产业化项目选择具有较大开发潜力和市场需求的材料和设备 作为饮用水产业化的突破口 探索饮用水材料和设备产业化模式 通过带动作用 促进关联材料和设备的研发 推广以及产业化 实 现饮用水材料和设备产业化水平的整体提高 2 饮用水材料和设备产业化的战略意义 保障饮用水安全是关系到民生的第一要务 大力发展饮用水安 全保障技术并推进产业化 对于解决我国经济社会发展中的水资源 瓶颈问题 实现全面建设小康社会的宏伟目标 具有十分重要的意 义 1 为保障饮用水安全打下坚实的基础 饮用水材料与设备产业化会形成一批新型的高效的水质监测设 备 净水材料和净水设备 水质监测设备的产业化可降低同类产品 8 的生产成本 并实现水质远程监控 加大水污染防控力度 新型净 水材料和净水设备将用于老水厂的提标改造 增强水厂净水能力 全面提升饮用水的安全性 2 促进饮用水材料与设备产品结构与产业结构优化升级 目前我国饮用水处理行业产业链不完整 该项目建立的产业化 平台可以形成强强联手 针对具体问题重点突破 加速适应我国水 处理发展水平的高科技含量技术和设备的诞生 提高我国同类产品 的市场占有率 限制和淘汰落后生产力 推进产业结构的优化升级 通过探索产学研联盟的模式 实现产 学 研一体化 形成科研开 发以市场应用为导向 科研促进市场健康发展 市场的发展回报科 研的良性循环 对促进产品结构和产业结构的升级优化有着重要作 用 3 带动相关产业与产品的发展 饮用水行业是一个涵盖物理 化学 光学 现代微生物学 分 子生物学 流体动力学 电气控制 机械制造和给排水工艺等的多 学科复合行业 饮用水材料与设备产业化必然带动相关行业的发展 也为不同专业之间相互交流和发展提供了一个很好的平台 尤其对 交叉学科的发展有很大的推动力 饮用水安全保障产业共性技术的 转移和辐射可能对相关上下游产业产生重大影响 同时这些具有重 大影响的产业共性技术还可能引起产业的升级换代 9 4 具有巨大的经济 社会和环境效益 饮用水材料与设备产业化将产出一批拥有我国自主知识产权的 水处理技术和设备 一些核心技术不再依赖进口 减少了水处理中 设备投资费用 大大降低了制水成本 一些成熟的技术可通过知识 产权的转让为企业或国家获得直接的经济效益 待产业达到一定规 模 拥有优势的技术实力后 完全可以进入国际市场 提高我国同 类产品的市场占有率 获得更大的经济利益 随着我国水资源市场 化进程的加快 饮用水材料与设备产业化将成为我国经济的一个新 的增长点 产业化过程更有利于饮用水材料和设备向节能 高效 绿色科技的方向发展 更有利于在水处理过程中提高水资源利用效 益 降低能耗 促进低碳经济的发展 二 饮用水领域产业化模式 二 饮用水领域产业化模式 饮用水产业化过程按照其与实际应用目标的远近 分为基础研 究 应用研究 开发研究和推广应用四大阶段 产业化的关键环节 在于开发研究和推广应用阶段 作为生产主体 也作为市场经济的 主体 企业受供求规律和优胜劣汰规律的支配 具有循序渐进性 受市场影响较大 如何有效的将各阶段衔接起来 使产业化顺利进 行成为饮用水材料和设备产业化的关键 以下就建立产业化研究模 式 经费筹措模式和组织管理模式进行分析 10 1 建立 产学研联盟 平台模式 产学研联盟 是适合中国国情的一种产业化模式 科技成果 是在实验室环境下 着重于技术功能的实现 产品化要求满足用户 对稳定性 可靠性 实用型和高性价比的要求 产业化则要求建立 规模化生产工艺 质量保证体系和售前售后服务网络 最终占领市 场 如果没有高校和科研院所强大的科技支撑 饮用水事业的发展 就会大打折扣 同样 如果没有企业对高校和科研院对科技成果的 需求 一流研究型高校和科研院的科研乃至教育事业的发展也会受 到影响 而在饮用水这一特殊行业 如果没有水务企业对科技成品 和设备的需求 也就没有市场 因此 应加强高校和科研院所 水 务企业与企业的合作和联系 切实形成产学研结合的格局 1 以企业为主体的产学研联盟 企业是在理论研究和小试验证的基础上具体研制 推广和应用 产品的主要部门 包括设备材料的制造生产企业和作为终端用户的 水务企业 建立以设备材料的制造生产企业为主体的产学研联盟 以市场为导向 以企业为主体 将高校 科研院所的人才和成果引 导到科技产业化的方向 企业对市场需求有充分的了解 在自身已 有产品特点的基础上 通过自身科研中心和高校等科研院所的合作 加强产品对市场的适应性和竞争力 11 水务企业对饮用水水质的安全和稳定有最直接 最重要的责任 建立以水务企业为主体的产学研联盟 搭建高校 科研院所 企业 沟通的平台 以研究中心的形式提供场所和试验基地 既可借助科 研院所的力量发现和解决水处理过程中现有的实际问题 又可验证 企业产品的实用性 促进科研项目向科研成果产业化的转移 国内 一些拥有自己的研究机构和仪器设备制造机构的大型水务集团 已 开始了与高校和科研单位的合作 建立产学研联盟的初步探索 2 以高校或科研院所为主体的产学研联盟 高校拥有众多实验室 科研人才 研究中心 是重大科技创新 的主要源头 据统计 目前我国高校从事科学研究开发的人员约 70 余万 占全国科技力量的 25 承担了 2 3 的国家自然科学基金项 目和 14 以上的国家科技攻关任务 但仅 10 科技成果可实现技 术到产品的转化 所以 对 应将一些具有开发性科研中心的高校 和科研院所推向市场 办成经济自主 自负盈亏 自我发展的实体 型科研生产联合体 将技术成果进行合理定价后推向供需竞争体系 繁荣技术交易 开发性科研机构只有走入市场才能更具产生活力和 效益 12 2 建立产业化经费筹措模式 针对饮用水材料和设备产业化 建立适用于我国饮用水产业化 的经费筹措模式 坚持政府投入为引导 企业投入为主体 银行信 贷 社会资本为支撑的多元化融资体系 1 政府投入为引导 在产业化的初级阶段 主要通过国家重大课题启动 政府下拨 一定数量的资金进行扶持 包括事前补助为主 事后补助为辅的形 式 如设备开发前及开发过程中 提供技术研究和产品制造相应补 助 保障工艺设备研发 设备开发技术后进行市场开发和产业化推 广过程中 对本设备应用企业进行补贴 降低应用风险和经济压力 为本设备推广应用提供条件 2 企业投入为主体 随着产业化格局的形成 要建立健全的市场机制 就必须逐步 转化为以企业投入为主的资金筹措方式 通过对投资于应用研究的 企业给予一定奖励 或给予减免税 低息贷款 贴息贷款等优惠政 策 鼓励企业资金投入 饮用水材料和设备产业化给企业带来了直 接的经济效益 各种优惠政策的鼓励极大的调动企业对饮用水产业 化积极性 也使企业在 产学研 的平台上提升自身的市场竞争力 可持续发展力 3 银行信贷 社会资本为支撑 13 公用事业虽然利润率不高 但具有现金流回报稳定 收益风险 低的特点并且未来随着收费机制的进一步到位 其资本回报收益还 有进一步上升的空间 因此也成为各种资金青睐的对象 通过政策 倾向加大对自主创新成果产业化项目的信贷支持力度 加强担保机 构等融资支撑平台建设 为自主创新成果产业化项目融资提供服务 带动工商界的加入 3 组织管理模式 饮用水材料和设备产业化项目是一项任务复杂而艰巨 意义重 大 影响深远的工作 由于项目涉及政府 高校和科研院所 水务 集团及企业等多种不同性质的单位 所以组织和管理更具复杂性 为保证饮用水产业化的顺利实施 本专题实行新的项目管理机 制 成立由政府 水务企业 科研院校 企业以及技术专家共同组 成的领导小组和领导办公室 对实施过程中一些重大问题做好统筹 规划和项目的进展进行监督 聘请国内外知名的技术专家 经济专 家和战略专家组成专家委员会 对项目的实施中一些关键问题进行 指导 积极鼓励科技咨询服务中介的建立 完善社会化服务职能 解决企业技术方面的难题 促进成果的转化和推广 产学研联盟 由具体实施主体单位做好组织协调与监管工作 各个部门需要多方 面协力配合 为保证项目按计划实施 严格按照重大水专项有关组 14 织实施方式 进行项目的组织实施 15 二 项目目标 技术路线 产业化内容及预期成果二 项目目标 技术路线 产业化内容及预期成果 一 项目目标 一 项目目标 针对我国水质污染事件频发 水厂工艺难以保障饮用水安全 管网水量漏失严重 主流净水设备与材料市场被进口产品占据等问 题 以提高饮用水水质标准 保障饮用水安全为出发点 建立以水 处理科技企业为主体的产学研技术联盟 集成多项先进技术 进行 饮用水领域内水质监测预警 臭氧活性炭深度处理工艺关键设备 膜材料与设备以及漏损预警检测设备为重点的产业化示范 带动相 关材料设备及上下游产业的发展 建立相应产业技术标准 形成具 有饮用水领域特色的产业化模式与政策 项目将带动主要饮用水设 备与材料国产化 其中关键材料 设备占国内供水市场份额 60 以 上 成本降低 25 以上 初步形成具有我国自主知识产权的饮用水 水质安全保障产业 二 总体思路和技术路线 二 总体思路和技术路线 1 总体思路 以满足供水行业发展需求为目的 发展饮用水安全保障技术产 业 以机制创新和技术创新为基础 把握技术发展方向 突出产业 16 发展要素的合理配置 促进规模产业和大型企业的形成与发展 加 快饮用水安全保障产品的产业化 大幅度提高整体创新水平和竞争 力 一 促进人才 技术 资本的有机结合 形成有利于我国饮用 水处理领域长远发展的内在机制 择优支持 扶优扶强 促进具有 较强市场竞争能力的企业和企业集团的形成和快速发展 二 加速有重大需求和技术基础的新型饮用水安全保障技术系 列产品的产业化进程 特别是技术含量高 产品性能 价格比和功 效 成本比优良的产品的产业化 三 突出自主创新 综合集成 技术合作与技术引进相结合 加速形成和发展具有我国特色的优势技术领域 形成我国具有关键 技术创新能力 工程化系统集成能力的产业化基地 2 技术路线 17 图 1 饮用水材料与设备产业化示范 项目技术路线图 水源水质污染输配水系统漏耗 饮用水产业化滞后 及核心竞争力不足 问题 污染物 指标 突发性 污染 常规处理不 达标 漏损预 警监测 政策法规 不完善 需求关键技术突破 产品研发 监测 检测设 备 预测应 急设备 深度 处理 水厂 改造 预测应 急设备 产业化 模式 产业化 政策 净水厂用高效活性炭制备产业 化 产业化政策标准 移动式饮用水应急供水设备产 业化 饮用水水质检测监测设备产业 化 供水管网漏损监控设备产业化 新型二次供水设备研制及产业 化 饮用水处理用膜组件及装备产 业化 大型臭氧发生器设备研制及其 产业化 生产试用 效果反馈 分析总结 形成产品技术标准 产学研联盟 饮用水材料与设备产业化与示范 推广应用 饮用水安全保障设备及产品产 业化支撑平台建设 18 该项目研究的技术路线是在 十一五 水专项饮用水安全保障技 术研究与示范主题研究成果基础上 重点结合饮用水水质监 检设备 净水材料 水质净化技术装备领域的最新研究进展 开展饮用水监 检测 应急控制设备 净水材料 净水设备等几个方面研究与开发 形成从水源 水厂 管网到用户的饮用水安全保障产业化体系 并 选择具有典型性的产品 设备进行产业化集成示范 具体技术路线 如图 1 所示 三 项目内容与标志性成果 三 项目内容与标志性成果 饮用水安全保障关键材料设备产业化 项目设置以下 8 课题 课题一 大型臭氧发生器设备研制及其产业化 课题二 饮用水处理用膜组件及装备产业化 课题三 新型二次供水设备研制及产业化 课题四 供水管网漏损监控设备产业化 课题五 饮用水水质检测监测设备产业化 课题六 移动式饮用水应急供水设备产业化 课题七 净水厂用高效活性炭制备产业化 课题八 饮用水安全保障设备及产品产业化支撑平台建设 19 课题一课题一 大型臭氧发生器设备研制及其产业化大型臭氧发生器设备研制及其产业化 1 目标 针对我国饮用水深度处理和污水处理领域广泛采用的臭氧发生 器及配套系统主要依赖进口 价格昂贵 技术服务不到位等问题 以研制稳定可靠 技术性能先进的臭氧发生器为目标 开发具有自 主知识产权的高性能 高寿命的放电管 研制臭氧发生器系列产品 形成以臭氧发生设备为核心的臭氧成套化 规模化生产制造体系 并集成臭氧发生相关配套设备和系统检测设备 推动臭氧系统配套 设备国产化 专业化 2 重点任务 本课题共设置三个研究内容 研究内容一 大型臭氧发生器关键技术的自主知识产权化和产 业化 研究内容二 大型集成臭氧发生器智能化控制系统的开发与产 业化 研究内容三 大型集成臭氧发生器系统设备与仪表的产业化 20 1 大型臭氧发生器关键技术的自主知识产权化和产业化 研究臭氧发生器中发生单元器件 电源 控制系统 冷却系统 等主要部件的关键技术 研制具有自主知识产权的高性能 高寿命 的臭氧发生单元器件 大功率高可靠性的中 高频电源 提高发生 单元器件加工精度 降低电耗 并通过臭氧系统的优化设计与配置 提升系统运行的稳定性 集成臭氧发生器的各组件系统 形成可产 生高浓度臭氧 稳定可靠 低电耗的臭氧发生器 实现大型臭氧发 生器关键技术的自主知识产权化和产业化 2 大型集成臭氧发生器智能化控制系统的开发与产业化 研制智能化控制水平高的臭氧发生器 设计大型臭氧发生器硬 软件控制系统 以及集成臭氧发生器各个设备和仪表组件进行智能 化控制系统的研究 实现对运行指标的在线监测 数据的远传和异 地控制 各技术参数的在线或异地调节 根据水质和水量智能化调 整设备输出功率等自动化 智能化控制和调控功能 3 大型集成臭氧发生器系统设备与仪表的产业化 推动臭氧浓度测定仪 气体流量流气仪表 压力表 水池双向 安全阀 大型射流器 静态螺旋混合器 微孔布气器和尾气处理回 收装置 制氧设备等配套设备实现专业化标准化生产 为实现集成 21 化臭氧发生系统的自动化智能化控制国产化提供条件 同时针对集 成臭氧发生器系统在具体应用时制定相应的系统运行安全规范 验 收标准和规范化技术服务规程 实现社会化服务 形成以臭氧制备 设备为核心的成套臭氧制备系统的规模化生产制造体系 推动臭氧 系统配套设备国产化 专业化 标准化 智能化 3 关键技术及科学问题 1 关键技术 1 用于臭氧发生单元的介电体材料有玻璃 搪瓷 陶瓷等材 料 其击穿电压值 介电常数 介质损耗系数是主要的电气性能指 标 三项指标提高可提高臭氧产生效率 降低臭氧电耗 提高抗击 穿可靠性 其技术难点在于优化材料配方 改进加工成型工艺 由 于原材料或型材是外购的 有的还是进口的 需要原材料生产方配 合试验 改进 难度较大 由于产效低 使某些领域需要几十公斤甚至上百公斤臭氧的企 业在选择和使用上面临极大困难和不便 发生器的中 高频逆变电 源是产生臭氧的动力 所以电源是制造大型 超大型 臭氧发生器 装置的瓶颈 由于发生室是容性负载 高电压下产生电晕放电对电 源频率 波形 功率因数都有要求 高达 800KW 大功率对逆变器 件的耐压 电流和控制保护要求极高 22 2 臭氧发生器控制系统除保证发生器的工作参数控制外 还应检 测系统内的相关装置工作及水中参数等 并做到检测 反馈与闭环自动 调节 并与水厂总控室建立数据通讯 建立 DCS 网络监控系统 3 臭氧系统除臭氧发生器外 还包括气源装置 预臭氧和主臭氧 投加装置及尾气处理装置 臭氧投加装置如大型射流器 静态螺旋混合 器 布气器和臭氧尾气分解装置与呼吸阀等 国内没有正规标准化产品 需要自主设计或合作研制 气源装置 仪表 仪器则需优化选型 保证 功能 质量 2 科学问题 1 对各种材质的基本性能 如结构和电特性进行合理评价 提高其电晕功率 并使其达到可靠 稳定 是本课题的科学问题之 一 2 中高频电源的容性和负载特性 包括有放电过程的放电开 始时间 放电间隙发生放电的临界条件 无放电过程负载电压与电 流的关系 有放电过程负载电压与电流的关系 负载平均等效电容 以及放电过程的功率消耗等 以及减小漏感 减小电容效应 同时 根据负载情况调整匝数比 使最高工作频率时的工作峰值电压小于 管的最高耐压 是本课题的科学问题 3 避免或减少网络在传输数据的过程中 其路径的不确定性 23 以及信道的阻塞 基于网络的控制系统的稳定性 可控性和可观测 性是本课题的科学问题之一 4 产业化条件和依托工程 1 产业化条件 1 市场应用前景 饮用水应用臭氧的历史近百年 早期应用目的为对微生物消毒 近期则以去除化学污染为主 在美 日 欧洲得到大规模应用 我国饮用水应用臭氧 活性炭深度处理技术已有十几年历史 新 的 生活饮用水卫生标准 GB5749 2006 公布后 得到有力推 广与快速发展 据不完全统计 浙江 广东 江苏 北京 上海等 地近 40 个水厂装备了超过 1500kg h 的臭氧设备 处理水量近 1000 万 m3 h 臭氧设备装机量 100kg h 及以上的水厂有 3 个 进入世界大型臭氧水厂行列 我国大型臭氧发生设备研制起步较晚 目前深度处理应用的臭 氧设备绝大部分为 OZONIA WEDECO 富士 三菱四家外国公 司生产 由于深度处理技术开始时在我国属于探索性应用 深度处 理工艺 设备由上述公司总承包 由于臭氧设备标准及应用环境差 异 技术培训和服务明显不足 运行中产生了很多问题 如 南方 地区环境温度高 冷却水温高 发生器功率负荷高 发生单元介电 24 体击穿率高 配件昂贵 维修费用难以承受 国外公司在我国的技 术服务人员没有或很少 设备发生故障不能及时维修 影响水厂运 行 臭氧系统设备没有认真验收 配套仪器 仪表无定期检查 维 护 校准服务 系统处于失准工作状态 我国臭氧企业自 2001 年开始研制深度处理用大型发生器 在 发生单元结构 介电体材料与工艺 中高频逆变电源 控制系统 等多方面进行试验 研究 开发了系列产品 目前国产臭氧设备已 进入江苏昆山 上海松江等水厂深度处理工程 按住房与城乡建设部 2009 年调查统计 在全国城市 4553 个 公共供水厂中 水源水质不符合要求的水厂 2566 个 涉及供水量 1 47 亿 m3 d 用水人口达 1 9 亿 其中化学需氧量 COD 超标的 有 431 个水厂 供水量约 4200 万 m3 d 按 5 年内 70 采用臭氧 活性炭深度处理技术解决 水量达到约 3000 万 m3 d 按每立方水投加 3mg 臭氧计算 1 万 m3 d 供水需 1 25kgO3 h 水厂按 30 备用量采购 则 1 万 m3 d 供水装机为 1 6kgO3 h 3000 万 m3 d 需臭氧设备 4800kg h 目前按液氧源 系统装机 每 kg 臭氧系统设备平均价格约 12 万元 则产值为 5 8 亿元 按 PSA 制氧或空气源系统装机 每 kg 臭氧设备约为 18 万 元 则产值 8 6 亿元 上述价格水平为进口产品的 50 60 2 课题承担单位条件 25 具备生产高性能臭氧发生器的技术基础 拥有自主知识 产权 生产企业具有一定的生产臭氧发生器的能力 并有一定 的应用业绩 具有稳定可靠的原材料供应渠道 以及相应企业的必要 考核条件 资质 生产能力 企业信誉 技术力量和技术成 果 市场占有率等 3 课题经费支持 本课题国拨经费不超过 800 万元 地方 企业配套经费不低于国 拨经费的 2 倍 2 依托工程 依托工程是以大型臭氧发生器设备生产企业为牵头单位 同时 结合研制单位和供水企业的实际需求进行设备批量生产的工程单位 建立臭氧发生器系列产品生产基地 1 个 年生产能力不低于 100 台 套 以上 市场占有率提高 20 以上 其中 在饮用水方面规模 化应用工程不少于 10 项 26 5 预期成果和考核指标 1 形成 10 50kg O3 h 的臭氧发生器系列产品 具体要求 如下 氧气源 浓度 180mg L 发生效率 11kWh kgO3 冷却水温 度 25 空气源 浓度 30mg L 电耗 15kWh kgO3 冷却水温度 25 2 放电管使用寿命不少于 10 年 故障率达到或优于国外设 备水平 返修率90 与国外同类设备相比 成本降低 62 30 以上 5 应具有自主知识产权的核心关键技术 申请专利 3 项以 上 并制定相应的产品标准 6 实施年限 2011 年 1 月 2015 年 12 月 课题七课题七 净水厂用高效活性炭制备产业化净水厂用高效活性炭制备产业化 1 目标 饮用水深度净化专用活性炭产品应满足如下条件 原材料消耗 少 吸附性能优越 孔隙结构可调整 孔径分布均匀而合理 本课 题针对我国净水用活性炭生产规模小 产品质量不稳定等问题 拟 研制净水用高效吸附水中污染物的颗粒和粉末活性炭 攻克现有活 性炭吸附性能难以应对复杂水质 水中大分子 超大分子有机物的 大量存在给微孔型活性炭的应用带来系列问题 并实现产业化 满 足净水厂深度处理和应急处理的需求 提高水处理效果 延长活性 炭的使用年限 降低制水成本 2 重点任务 本课题主要包括以下研究内容 63 研究内容一 高吸附性能活性炭产品的研发及其产业化 研究内容二 功能性活性炭产品的研发及其产业化 研究内容三 臭氧 生物活性炭工艺专用高强度颗粒活性炭的研 制及其产业化 1 高吸附性能活性炭产品的研发及其产业化 我国的活性炭市场缺乏高性能的优质活性炭 因此 对活性炭 性能 尤其是吸附性能的优化 是当前活性炭市场的一个亟需解决 的重要问题 活性炭吸附主要是依靠炭表面的微孔孔隙进吸附 其孔隙结构 对于活性炭的吸附性能有着重要作用 目前 在活性炭市场上 任 何单一煤种生产的活性炭 其孔隙结构均有其局限性 比如以无烟 煤生产的活性炭 其孔隙分布集中于 偏重于 微孔 但由于孔隙 偏小 导致较大分子的污染物无法进入 常常出现比表面积大的活 性炭 吸附能力不如比表面积小的活性炭 增大有效孔隙结构 即 次微孔 6 7A r 15 16A 的比例是重点 其途径有以下几种 1 通过不同煤种的配煤来改善活性炭的孔隙结构是通常采取 的措施 该法需要对配煤的煤种进行大量的筛选 2 比选最佳的配煤比例 以多种煤级配代替单个煤种 实现 活性炭孔隙结构合理化 3 在煤粉中添加一些化学药品 扩孔剂 的方法 藉助化学 64 药品的气化或腐蚀作用来扩大孔隙 2 功能性活性炭产品的研发及其产业化 通过不同的活化法或活化剂 制备不同孔径分布及不同表面化 学特性的活性炭 使活性炭具有特殊的吸附性能和催化特性 例如 专门脱除致嗅物质 重金属 氨氮等特定污染物的高效粉末活性炭 该研究内容范围很广 比如除去水面浮油用的 憎水活性炭 由于表面嫁接 憎水 基团 它可以长期漂浮在水面 去除重金属 离子的改性活性炭系在活性炭表面嫁接了羟基 COOH 重金属 离子 M 羟基中的氢离子 H 进行交换 从而达到去除水中特定 重金属或痕量金属的目的 有机化合物中带羟基的物质相当多 水 中的金属离子则更多 如何使嫁接羟基后的活性炭对重金属 Pb Cd Hg Cr 的交换能力大 而对 Ca Mg 的交换能力小 这 是产品研发的重点 3 臭氧 生物活性炭工艺专用高强度颗粒活性炭的研制及其 产业化 利于生物强化 中孔发达 高吸附性能的新型活性炭 攻克现 有活性炭吸附性能难以应对复杂水质 水中大分子 超大分子有机 物的大量存在给微孔型活性炭的应用带来系列问题 提高水处理效 果 延长活性炭的使用年限 降低制水成本 65 1 具有液相催化功能的活性炭 目前我国的给水深度处理工艺常采用生物活性炭 臭氧 颗粒 活性炭 在该工艺中 如何使臭氧氧化速率和效率提高 既节能 降耗又减少对环境的污染 使用载氮活性炭可以则实现此目标 活 性炭本身具有一定的催化活性 可单独作催化剂使用 也可作为催 化剂的载体 国内外的研究表明 其催化功能随载氮量的增加而提 高 目前需深入研究的是 何种含氮物质最适用于活性炭的载氮 2 对生物有特殊吸附功能的活性炭 在生物活性炭工艺中 处理效果和活性炭的生物载持量基本上 是成正比的 因此要提高工艺的处理效果 关键是提高活性炭的生 物载持量 提高生物载持量的途径主要有以下三个 提高单位体积活性炭的外表面积 cm2 cm3 通过减小活性 炭的粒径来实现 增加活性炭的的大孔 d 0 1 m 容积 在活性炭中增加某种金属离子 这种金属离子对微生物有 特殊的 吸附 功能 3 关键技术及科学问题 1 关键技术 1 通过不同煤种的配煤来改善活性炭的孔隙结构需要对配煤 66 的种类进行大量的筛选 国外的很多制造商选择在全世界范围内去 海选 这无形中增加了产品的成本 我们国家的活性炭生产厂家目 前还无法做到这一点 通常是在现有煤种 田 中选择 但是可选 择的范围和种类就很有限 通过改变配煤的种类和比例 也可调整活性炭的孔隙结构 但 此种方法有时候会导致活性炭产品的强度下降 耐磨损程度下降 2 采用不同的改性途径 扩充活性炭的吸附选择性能 使活 性炭具有特殊的吸附性能和催化特性 以适应于更多种类的目标污 染物 3 开发活性炭的液相催化功能 增加活性炭的载氮量 以提 高生物活性炭工艺中臭氧氧化速率和处理效率 4 增加活性炭对于微生物的吸附功能 提高活性炭的生物载 持量 从而提高生物活性炭工艺的处理效果 2 科学问题 1 活性炭孔径结构形成规律 活性炭含有大量微孔 孔径的大小可分为三类 大孔 半径 1000 1000000 A 过渡孔 半径 20 1000 A 微孔 半径 20 A 由于原料的种类和生产条件的不同 活性炭具有不同的孔隙结 67 构 一般在水处理中使用的活性炭 其表面积不一定过大 但是应 具有较多的过渡孔隙及较大的平均孔径 活性炭的吸附性能和解析 性能与其孔隙结构有着重要关系 因此 了解活性炭的孔径结构形 成规律是研发高吸附性能活性炭的一个关键科学问题 2 活性炭改性原理 碳的存在形态为金刚石 微晶碳和石墨三种 金刚石为绝缘体 石墨为导体 微晶碳则介于两者之间为半导体 活性炭属于微晶 碳的形态 随着生产条件的改变 它可以不同的形态出现 可以催 化氧化 也可以催化还原 这些主要由表面化学基团决定 通过改 性的途径使活性炭具有特定的吸附和催化功能 则需要深入研究不 同改性方法的原理 4 产业化条件和依托工程 1 产业化条件 1 市场应用前景 综观国际上著名的活性炭生产商 它们的产量都很大 如 Norit 公司每年生产 11 万 t 活性炭 Calgon 每年生产 9 万 t 而国内最大 的活性炭厂家的实际产量没有超过 1 万 t 的 造成这些问题最根本 的原因是单个厂家规模小 效益差 资金缺 无力顾及生产及销售 以外的事情 只能在低水平上重复 而恰恰是生产和销售以外的东 68 西决定活性炭企业的效益和前途 即高性能优质活性炭的开发与研 制 经济的发展造成污染物总量排放增加 水体污染加剧 不可预 见的恶性突发水质事件不断增加 严重影响生产和生活 作为水深 度处理和应急技术采用的关键材料 活性炭的使用越来越多 国内 活性炭的需求以年均 10 以上的速度增长 在饮用水深度净化方面 北京 上海 天津 深圳和广州等大城市用于城市自来水深度净化 的活性炭目前年需求量超过 2 万吨 而我国已有越来越多的城市准 备采用活性炭对城市供水进行深度净化处理 2010 年我国活性炭的 年需求量可达到 30 40 万吨左右 其中城市供水需活性炭约 8 10 万吨 预计国内每年活性炭产值可达到 60 80 亿元 城市供水行业 每年活性炭产值可达到 16 20 亿元 未来国内饮用水深度净化亟 需特定污染物吸附用高效粉末活性炭 臭氧 生物活性炭工艺专用高 强度颗粒活性炭 其市场需求潜力巨大 效益显著 2 课题承担单位条件 具有多年活性炭生产经验 且拥有 5000 吨 年及以上规模的 生产企业 产品具有完全自主知识产权 3 课题经费支持 本课题国拨经费 800 万元 国拨经费与地方或企业配套经费的 69 比例为 1 2 2 依托工程 针对目前净水工艺使用的活性炭成本高 对复杂水质污染物吸 附性能差 易饱和等问题 研究高效能活性炭的低成本生产 活性 炭改性和活性炭的生物强化 建立净水用活性炭系列产品产业化基 地 1 个 达到年产量 2 6 万吨以上 创造产值达到 2 6 亿元以上 5 预期成果和考核指标 1 高效活性炭碘值 1100mg g 亚甲蓝值 250mg g 达到国际 领先水平 生物炭寿命 4 年 可再生两次以上 吸附性能恢复率 85 2 直径 0 1 m 孔隙的大孔孔容增加至 0 15cm3 g 生物量增加 20 处理效果提高 15 3 低浓度重金属离子 浓度 0 5mg L 去除率 90 100 4 建成 1 2 个活性炭产业化基地 每年提供净水厂专用高效活 性炭 2 万吨以上 高效活性炭成本降低 15 5 规模化应用活性炭净水的水厂累计处理水量大于 200 万 m3 d 6 应具有自主知识产权的核心关键技术 申请专利 3 项以上 70 6 实施年限 2011 年 1 月 2015 年 12 月 课题八课题八 饮用水安全保障设备及产品产业化支撑平台建设饮用水安全保障设备及产品产业化支撑平台建设 1 目标 促进饮用水安全保障新技术 新产品推广和转化 为调整产业 产品结构 推动产业技术升级 节约水资源和提高饮用水安全保障 能力服务 为相关技术和设备装备的产业化提供孵化支撑环境 2 重点任务 以推广饮用水安全保障设备材料产业化为目的 开展设备材料 推广机制研究 包括激励机制 保障机制 运行机制和监管机制等 同时开展相关推广体系研究和能力建设 包括产业化基地建设研究 检测和监测体系建设研究 评估组织管理能力建设和面向全国的饮 用水安全保障设备及产品技术交流与技术交易信息平台 重点研究 1 产业布局政策研究 调查我国现有的饮用水材料与设备 企业分布状况 自然资源和人才资源分布情况 以及基础设施 配 套厂商情况 结合国家和区域发展战略 依托制造业集聚区 提出 71 产业布局调整建议 使产业区域分布合理 产业链完善 产业梯度 合理 2 产业发展重点研究 在资金 技术和能力有限的情况下 必须将有限的资源用到重点领域和方向 以期尽快形成突破 激活 并带动产业链条上的相关企业快速发展 吸收国内外相关行业在科 技成果转化方面经验 结合饮用水行业特色 通过成果转化机制创 新 形成适合中国国情的技术成果筛选评价机制 建立科学高效的 评价流程和标准 吸引国内外成果所有者 各种社会资本 形成企 业 资本和个人合作共赢的格局 所以 必须要通过充分调研 了 解我国饮用水材料和设备产业的优势 特点和企业的强项 从而选 择创新力强 市场前景广阔的领域和方向进行重点支持 使有限的 资源发挥最大效益 3 支持创新政策研究 饮用水材料与设备生产企业与高校 科研院所以及供水企业建立合作机制 促进 产学研用 紧密结合 形成良性互动机制 加快科技成果的研发和转化 研究多部门联动 机制 帮助企业引进先进技术 设备和人才 提高企业创新能力和产 品技术含量 研究知识产权保护法规在本行业的应用规则和模式 切实保护创新成果 4 财税支持政策研究 在政策导向上 优先支持有规模 有拳头产品 有市场的企业引进国内外先进技术与装备 改造传统 72 的 落后的工艺技术 形成专业化 规模化的企业或企业集团 支 持企业开发和使用新技术 新设备 在重点领域实现重点突破 在 操作层面上 研究适用于该产业的税收减免政策和财政支持 如低 息借款 贴息借款等 政策 5 新产品 新技术初期推广政策研究 新产品 新技术从 研发到全面推广的过程中需要经过大量的实验 试用 以使用户逐 渐认可和接受 这个过程会增加生产企业和供水企业的成本 延长 新产品 新技术投入使用的周期 从而会影响科技成果的转化 因 此针对我国饮用水领域特征和发展现状 汲取国内外相关领域市场 推广经验 设计符合我国国情的市场推广机制 可以考虑设立新产 品 新技术推广补贴政策 采取财政补贴 税费减免等形式 鼓励 供水企业与饮用水材料和设备生产企业合作 进行新产品 新技术 的实验 试用和推广 6 饮用水材料与设备产业技术标准研究 分析饮用水领域 亟待规范产品的共性技术 制定饮用水安全保障相关的关键设备和 材料的技术标准框架 实现产品的标准化和系列化 提出产业技术 标准体系 包括但不限于 大型臭氧发生器设备研制及其产业化 饮用水处理用膜组件及装备技术标准