張世哲
中國(guó)長(zhǎng)城鋁業(yè)公司水電廠，河南　450041

　　摘要：本文以長(zhǎng)鋁公司水源車(chē)間岸邊式直接取用黃河水為對(duì)象，結(jié)合近十幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，介紹了黃河滾道、設(shè)備磨損、一級(jí)處理的情況及對(duì)水廠生產(chǎn)的影響，探討了為穩(wěn)定生產(chǎn)所采取的措施。
　　關(guān)鍵詞：黃河；水源；給水；河床滾動(dòng)；磨損；休克療法
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TV671
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1009-2455(2000)05-0013-02

　　長(zhǎng)鋁公司黃河水源車(chē)間是以黃河水為水源的高濁度水處理廠。70年代初開(kāi)始勘察論證、設(shè)計(jì)施工，1987年7月試車(chē)投產(chǎn)。該工程設(shè)計(jì)取水構(gòu)筑物時(shí)，參閱了大量黃河水文歷史資料，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了充分的科學(xué)論證，確定在滎陽(yáng)縣王村鄉(xiāng)孤柏咀村采用岸邊式地下取水泵站取水。該泵站至一級(jí)構(gòu)筑物Φ100 m輻射式沉淀池有效高差為96.5 ｍ。由兩條長(zhǎng)約600 ｍ，DN 1200 mm的管道輸水，是黃河中下游唯一不經(jīng)預(yù)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(zhì)在中下游地區(qū)四季變化大，又沒(méi)有成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此在生產(chǎn)中仍存在不少問(wèn)題。

1　取水部分

1.1　存在問(wèn)題
　　隨著水源車(chē)間的投入運(yùn)行，泵站取水困難日益加劇，這主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。
1.1.1　河床滾動(dòng)
　　由于黃河中上游兩岸攔水、修壩以及水土嚴(yán)重流失等原因，河床不斷滾動(dòng)，水量明顯減小。如1997年6月25日三門(mén)峽水文站預(yù)報(bào)黃河流量?jī)H為24.4m³/s，7月3日為34m³/s。據(jù)資料記載，河床背離泵站地點(diǎn)的滾動(dòng)，過(guò)去幾十年從未發(fā)生過(guò)，而近幾年卻反復(fù)出現(xiàn)這一情況，表1即是近年來(lái)黃河河床滾動(dòng)較大的幾次記錄。出現(xiàn)時(shí)間均為6月、7月、8月三個(gè)月份，并為主汛期階段。

表1 近幾年黃河河床流滾動(dòng)情況 時(shí)間 1995.7.22晨 1996.7.22晨 1997.7.24晨 河床滾動(dòng)現(xiàn)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(yè)平臺(tái)200mm左右 水位下降，河床向?qū)Π稘L動(dòng)，只有一股回流水 滾動(dòng)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(gòu)筑物，進(jìn)水井與泵站的基礎(chǔ)在相同標(biāo)高上，水泵自灌啟動(dòng)，每臺(tái)泵單獨(dú)配有進(jìn)水間，進(jìn)水間內(nèi)設(shè)有格柵兩道，閘板兩道。ZH-3000旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)1臺(tái)，有6臺(tái)雙吸臥式離心泵(黃河一號(hào)H1)送往凈水廠，水泵揚(yáng)程為100～105m，流量為0.8 m³/s，水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，隨含沙量變化進(jìn)行調(diào)整。
　　由于每年黃河峰期含沙量在30kg/m³以上可達(dá)1個(gè)月左右，年平均含沙量在5kg/m³以上，設(shè)備磨損非常嚴(yán)重，單臺(tái)泵運(yùn)行3000 h后，出水量只能達(dá)到0.3m³/s，葉輪磨損2cm左右，口環(huán)幾乎報(bào)廢，泵殼出現(xiàn)極明顯的蜂窩并整塊脫落，出水閥門(mén)口環(huán)、閘板出現(xiàn)蜂孔，開(kāi)閉失靈。
1.2　采取的措施
　　針對(duì)河床滾動(dòng)這一難題，為了能夠安全穩(wěn)定取水，使進(jìn)水口不被堵塞斷流，挖泥船似乎可以解決問(wèn)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(shí)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(gè)DN50 mm軟管進(jìn)行人工強(qiáng)力沖刷，以擴(kuò)大加深連通溝渠。這樣既可保證生產(chǎn)運(yùn)行，又減少人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。
　　至于水泵磨損情況，幾年來(lái)，每年峰期前必須將水泵更新或?qū)⑺萌~輪、口環(huán)更新，枯水期拆泵大修，并在黃河管理委員會(huì)抗磨研究所的幫助下，對(duì)水泵葉輪和泵殼進(jìn)行抗磨涂料保護(hù)。年單臺(tái)泵大修費(fèi)用達(dá)15萬(wàn)元左右，致使維修費(fèi)用過(guò)大，成本升高，且效果并不理想。后采用渣漿泵黃河一號(hào)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(fèi)降低，出水效率提高，每臺(tái)泵僅節(jié)電一項(xiàng)可年節(jié)約資金149.5萬(wàn)元，效果非常明顯。

2　一級(jí)處理

2.1　現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題
　　水源車(chē)間處理系統(tǒng)一級(jí)凈化構(gòu)筑物為2個(gè)Φ100 輻射式沉淀池，設(shè)計(jì)工藝尺寸及停留時(shí)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(shí)間三期t＝6.95 h?四期 t＝5.96 h。池上設(shè)周邊傳動(dòng)桁架刮泥機(jī)，刮泥板的平面形式為帶有不變角度θ＞45°的對(duì)數(shù)螺旋線形式，刮泥板距池底為8～10 cm。在池中心底部設(shè)集泥坑，刮泥機(jī)將沉積于池底的泥沙匯集泥坑后，借池內(nèi)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(gè)作用是，當(dāng)原水含沙量高時(shí)，這種大容量沉淀池可停止進(jìn)水，利用其調(diào)節(jié)容量安全渡過(guò)沙峰。設(shè)計(jì)要求含沙量S＜30 kg/m³時(shí)，自然沉淀運(yùn)行；S＝30～250 kg/m³時(shí)投加2％的聚丙烯酰胺混凝沉淀，4處投藥點(diǎn)均設(shè)在輻射池進(jìn)水管上。
　　水廠投產(chǎn)后，按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行，但近幾年輻射池淤積事故出現(xiàn)較多。經(jīng)過(guò)分析研究認(rèn)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(shù)，膠體物質(zhì)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(duì)較小，密度大的泥沙顆粒，在大礬花的阻擋、網(wǎng)捕作用下，沉速也相對(duì)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(huì)出現(xiàn)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(zhì)較少，由于取水泵站取水口標(biāo)高低，水泵連續(xù)帶走大量泥沙沉于Φ100 m輻射池中心配水柱周?chē)Ｔ诖罅磕嗌踌o壓下，致使集泥堅(jiān)硬，剪切力增大，造成中心配水柱較近的刮板局部過(guò)載脫落，出現(xiàn)運(yùn)行事故。要解決這一問(wèn)題，只能是增大桁架強(qiáng)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(shí)驗(yàn)工作，其生產(chǎn)車(chē)間不具備這樣的條件，不得不采用連續(xù)大量排泥，日浪費(fèi)水萬(wàn)噸以上。
2.2　解決措施
　　考慮安全生產(chǎn)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(shí)，池子的機(jī)械傳動(dòng)部件全部停止運(yùn)行，Φ100 m輻射沉淀池只起預(yù)沉作用，既不進(jìn)行刮泥，也不進(jìn)行排泥，只作定期倒池清理。采取這種措施后，可治刮泥機(jī)的損壞現(xiàn)象，并可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。計(jì)算過(guò)程如下：
　　① 取值：日取水量5萬(wàn)t，每噸水成本1.2元，泥沙密度2.62 t/m³，進(jìn)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(jì)算(車(chē)間測(cè)算一級(jí)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(jié)約費(fèi)用：
　　W₁＝(300002.4-4465.65)1.2＝35.5萬(wàn)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(guò)0.4 m，中心配水柱周?chē)e泥厚度不超過(guò)2 m
　　池子總用電量：13×2＋2.0＝28 kW
　　每月節(jié)約電費(fèi)：
　　W₂＝28×24×30×0.34＝6854.4元
　　積泥清理費(fèi)估計(jì)：W₃＝5萬(wàn)元
　　清刷池子用水5萬(wàn)t。費(fèi)用W₄＝5×1.2＝6萬(wàn)元，則每月凈節(jié)約費(fèi)用為W＝W₁＋W₂＋W₃-W₄＝35.185萬(wàn)元。
　　綜合以上分析，岸邊式直接取用黃河水仍需進(jìn)行大量的研究探索。直接取水，設(shè)備損壞快、處理難度大、成本高。1994年以前，黃河水源車(chē)間生產(chǎn)水成本皆在1.3元／t以上，近年，我廠通過(guò)技術(shù)改造和以上生產(chǎn)技術(shù)措施的運(yùn)用，生產(chǎn)費(fèi)用大幅度降低，其生產(chǎn)水成本維持在1元／t左右，再降低成本，需進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)研究改造工作。

作者簡(jiǎn)介：
　　張世哲(1965-)，男，工程師。1987年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)