張世哲
中國長城鋁業公司水電廠，河南　450041

　　摘要：本文以長鋁公司水源車間岸邊式直接取用黃河水為對象，結合近十幾年的運行經驗，介紹了黃河滾道、設備磨損、一級處理的情況及對水廠生產的影響，探討了為穩定生產所采取的措施。
　　關鍵詞：黃河；水源；給水；河床滾動；磨損；休克療法
　　中圖分類號：TV671
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009-2455(2000)05-0013-02

　　長鋁公司黃河水源車間是以黃河水為水源的高濁度水處理廠。70年代初開始勘察論證、設計施工，1987年7月試車投產。該工程設計取水構筑物時，參閱了大量黃河水文歷史資料，并結合實際情況進行了充分的科學論證，確定在滎陽縣王村鄉孤柏咀村采用岸邊式地下取水泵站取水。該泵站至一級構筑物Φ100 m輻射式沉淀池有效高差為96.5 ｍ。由兩條長約600 ｍ，DN 1200 mm的管道輸水，是黃河中下游唯一不經預沉池直接從黃河取水處理的水廠。工藝流程如圖１所示。由于黃河水質在中下游地區四季變化大，又沒有成功運行經驗，因此在生產中仍存在不少問題。

1　取水部分

1.1　存在問題
　　隨著水源車間的投入運行，泵站取水困難日益加劇，這主要表現在以下兩個方面。
1.1.1　河床滾動
　　由于黃河中上游兩岸攔水、修壩以及水土嚴重流失等原因，河床不斷滾動，水量明顯減小。如1997年6月25日三門峽水文站預報黃河流量僅為24.4m³/s，7月3日為34m³/s。據資料記載，河床背離泵站地點的滾動，過去幾十年從未發生過，而近幾年卻反復出現這一情況，表1即是近年來黃河河床滾動較大的幾次記錄。出現時間均為6月、7月、8月三個月份，并為主汛期階段。

表1 近幾年黃河河床流滾動情況 時間 1995.7.22晨 1996.7.22晨 1997.7.24晨 河床滾動現象 水位劇落，大量泥沙淤積于吸水口上游 大量泥沙淤積于吸水口處，高出撈草作業平臺200mm左右 水位下降，河床向對岸滾動，只有一股回流水 滾動距取水口距離 500m左右 100m左右 180m左右

1.1.2　水泵磨損
　　取水泵站為合建式岸邊取水構筑物，進水井與泵站的基礎在相同標高上，水泵自灌啟動，每臺泵單獨配有進水間，進水間內設有格柵兩道，閘板兩道。ZH-3000旋轉格網1臺，有6臺雙吸臥式離心泵(黃河一號H1)送往凈水廠，水泵揚程為100～105m，流量為0.8 m³/s，水泵運行臺數，隨含沙量變化進行調整。
　　由于每年黃河峰期含沙量在30kg/m³以上可達1個月左右，年平均含沙量在5kg/m³以上，設備磨損非常嚴重，單臺泵運行3000 h后，出水量只能達到0.3m³/s，葉輪磨損2cm左右，口環幾乎報廢，泵殼出現極明顯的蜂窩并整塊脫落，出水閥門口環、閘板出現蜂孔，開閉失靈。
1.2　采取的措施
　　針對河床滾動這一難題，為了能夠安全穩定取水，使進水口不被堵塞斷流，挖泥船似乎可以解決問題。但由于一次性投資太大，利用率低，整體效果差，不可取。考慮到實用性，在水泵出水管上接一DN200 mm管至泵站吸水口，在吸水口處分出5個DN50 mm軟管進行人工強力沖刷，以擴大加深連通溝渠。這樣既可保證生產運行，又減少人力、物力、財力的浪費。
　　至于水泵磨損情況，幾年來，每年峰期前必須將水泵更新或將水泵葉輪、口環更新，枯水期拆泵大修，并在黃河管理委員會抗磨研究所的幫助下，對水泵葉輪和泵殼進行抗磨涂料保護。年單臺泵大修費用達15萬元左右，致使維修費用過大，成本升高，且效果并不理想。后采用渣漿泵黃河一號泵(XH1)，改變了葉輪出水角度，泵殼加可換耐磨襯，葉輪采用鉻鐵，磨損量減小，備件費降低，出水效率提高，每臺泵僅節電一項可年節約資金149.5萬元，效果非常明顯。

2　一級處理

2.1　現狀和存在的問題
　　水源車間處理系統一級凈化構筑物為2個Φ100 輻射式沉淀池，設計工藝尺寸及停留時間為：總面積F＝7850 m2；有效面積Fob＝7490 m2；有效水深Hob＝2.5 m；最大水深Hmax＝7.15 m；有效容積Wab＝18700 m³；停留時間三期t＝6.95 h?四期 t＝5.96 h。池上設周邊傳動桁架刮泥機，刮泥板的平面形式為帶有不變角度θ＞45°的對數螺旋線形式，刮泥板距池底為8～10 cm。在池中心底部設集泥坑，刮泥機將沉積于池底的泥沙匯集泥坑后，借池內靜水壓力將泥漿自池底部的排泥管壓出。此輻射沉淀池的另一個作用是，當原水含沙量高時，這種大容量沉淀池可停止進水，利用其調節容量安全渡過沙峰。設計要求含沙量S＜30 kg/m³時，自然沉淀運行；S＝30～250 kg/m³時投加2％的聚丙烯酰胺混凝沉淀，4處投藥點均設在輻射池進水管上。
　　水廠投產后，按設計要求運行，但近幾年輻射池淤積事故出現較多。經過分析研究認為，夏季，由于黃河中下游含沙量增大，屬于粗分散系的顆粒0.05～0.005 mm占絕大多數，膠體物質增多，加之投加了聚丙烯酰胺形成的大礬花以擁擠沉淀為主，懸浮顆粒密度較小，沉泥疏松，沉速相對較小，密度大的泥沙顆粒，在大礬花的阻擋、網捕作用下，沉速也相對減小，顆粒沉至池底需2 h以上，沉泥松軟、均勻、刮泥剪切力也小，不會出現刮板脫落；而在冬季黃河水量小，懸浮于水中的顆粒較為均勻，膠體物質較少，由于取水泵站取水口標高低，水泵連續帶走大量泥沙沉于Φ100 m輻射池中心配水柱周圍。在大量泥沙靜壓下，致使集泥堅硬，剪切力增大，造成中心配水柱較近的刮板局部過載脫落，出現運行事故。要解決這一問題，只能是增大桁架強度，改變刮板角度、池底坡度和粗糙度等。但需作大量的研究實驗工作，其生產車間不具備這樣的條件，不得不采用連續大量排泥，日浪費水萬噸以上。
2.2　解決措施
　　考慮安全生產和成本，我們提出“休克療法”，即每年10月至次年3月或含沙量低于10 kg/m³時，池子的機械傳動部件全部停止運行，Φ100 m輻射沉淀池只起預沉作用，既不進行刮泥，也不進行排泥，只作定期倒池清理。采取這種措施后，可治刮泥機的損壞現象，并可節省運行費用。計算過程如下：
　　① 取值：日取水量5萬t，每噸水成本1.2元，泥沙密度2.62 t/m³，進水平均含沙量8 kg/m³，處理后含沙量為0.2 kg/m³，排泥用水量按日供水量的20％計算(車間測算一級處理排水量在30％左右)。
　　② 每月少排水：416.67×24×30＝300002.4 t
　　每月池子沉泥量：
　　50000×7.8×30＝11700 t
　　沉泥體積為：11700/2.62＝4465.65 m³
　　每月節約費用：
　　W₁＝(300002.4-4465.65)1.2＝35.5萬元
　　池子積泥平均厚度約為?
　　4465.65/3.15×50 2＝0.57 m
　　考慮沉淀的不均勻性?池子外緣沉泥厚度不超過0.4 m，中心配水柱周圍積泥厚度不超過2 m
　　池子總用電量：13×2＋2.0＝28 kW
　　每月節約電費：
　　W₂＝28×24×30×0.34＝6854.4元
　　積泥清理費估計：W₃＝5萬元
　　清刷池子用水5萬t。費用W₄＝5×1.2＝6萬元，則每月凈節約費用為W＝W₁＋W₂＋W₃-W₄＝35.185萬元。
　　綜合以上分析，岸邊式直接取用黃河水仍需進行大量的研究探索。直接取水，設備損壞快、處理難度大、成本高。1994年以前，黃河水源車間生產水成本皆在1.3元／t以上，近年，我廠通過技術改造和以上生產技術措施的運用，生產費用大幅度降低，其生產水成本維持在1元／t左右，再降低成本，需進行大規模的技術研究改造工作。

作者簡介：
　　張世哲(1965-)，男，工程師。1987年畢業于同濟大學