黄河岸边直接取水存在问题及解决措施

张世哲
中国长城铝业公司水电厂，河南　450041

　　摘要：本文以长铝公司水源车间岸边式直接取用黄河水为对象，结合近十几年的运行经验，介绍了黄河滚道、设备磨损、一级处理的情况及对水厂生产的影响，探讨了为稳定生产所采取的措施。
　　关键词：黄河；水源；给水；河床滚动；磨损；休克疗法
　　中图分类号：TV671
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2000)05-0013-02

　　长铝公司黄河水源车间是以黄河水为水源的高浊度水处理厂。70年代初开始勘察论证、设计施工，1987年7月试车投产。该工程设计取水构筑物时，参阅了大量黄河水文历史资料，并结合实际情况进行了充分的科学论证，确定在荥阳县王村乡孤柏咀村采用岸边式地下取水泵站取水。该泵站至一级构筑物Φ100 m辐射式沉淀池有效高差为96.5 ｍ。由两条长约600 ｍ，DN 1200 mm的管道输水，是黄河中下游唯一不经预沉池直接从黄河取水处理的水厂。工艺流程如图１所示。由于黄河水质在中下游地区四季变化大，又没有成功运行经验，因此在生产中仍存在不少问题。

1　取水部分

1.1　存在问题
　　随着水源车间的投入运行，泵站取水困难日益加剧，这主要表现在以下两个方面。
1.1.1　河床滚动
　　由于黄河中上游两岸拦水、修坝以及水土严重流失等原因，河床不断滚动，水量明显减小。如1997年6月25日三门峡水文站预报黄河流量仅为24.4m³/s，7月3日为34m³/s。据资料记载，河床背离泵站地点的滚动，过去几十年从未发生过，而近几年却反复出现这一情况，表1即是近年来黄河河床滚动较大的几次记录。出现时间均为6月、7月、8月三个月份，并为主汛期阶段。

表1 近几年黄河河床流滚动情况 时间 1995.7.22晨 1996.7.22晨 1997.7.24晨 河床滚动现象 水位剧落，大量泥沙淤积于吸水口上游 大量泥沙淤积于吸水口处，高出捞草作业平台200mm左右 水位下降，河床向对岸滚动，只有一股回流水 滚动距取水口距离 500m左右 100m左右 180m左右

1.1.2　水泵磨损
　　取水泵站为合建式岸边取水构筑物，进水井与泵站的基础在相同标高上，水泵自灌启动，每台泵单独配有进水间，进水间内设有格栅两道，闸板两道。ZH-3000旋转格网1台，有6台双吸卧式离心泵(黄河一号H1)送往净水厂，水泵扬程为100～105m，流量为0.8 m³/s，水泵运行台数，随含沙量变化进行调整。
　　由于每年黄河峰期含沙量在30kg/m³以上可达1个月左右，年平均含沙量在5kg/m³以上，设备磨损非常严重，单台泵运行3000 h后，出水量只能达到0.3m³/s，叶轮磨损2cm左右，口环几乎报废，泵壳出现极明显的蜂窝并整块脱落，出水阀门口环、闸板出现蜂孔，开闭失灵。
1.2　采取的措施
　　针对河床滚动这一难题，为了能够安全稳定取水，使进水口不被堵塞断流，挖泥船似乎可以解决问题。但由于一次性投资太大，利用率低，整体效果差，不可取。考虑到实用性，在水泵出水管上接一DN200 mm管至泵站吸水口，在吸水口处分出5个DN50 mm软管进行人工强力冲刷，以扩大加深连通沟渠。这样既可保证生产运行，又减少人力、物力、财力的浪费。
　　至于水泵磨损情况，几年来，每年峰期前必须将水泵更新或将水泵叶轮、口环更新，枯水期拆泵大修，并在黄河管理委员会抗磨研究所的帮助下，对水泵叶轮和泵壳进行抗磨涂料保护。年单台泵大修费用达15万元左右，致使维修费用过大，成本升高，且效果并不理想。后采用渣浆泵黄河一号泵(XH1)，改变了叶轮出水角度，泵壳加可换耐磨衬，叶轮采用铬铁，磨损量减小，备件费降低，出水效率提高，每台泵仅节电一项可年节约资金149.5万元，效果非常明显。

2　一级处理

2.1　现状和存在的问题
　　水源车间处理系统一级净化构筑物为2个Φ100 辐射式沉淀池，设计工艺尺寸及停留时间为：总面积F＝7850 m2；有效面积Fob＝7490 m2；有效水深Hob＝2.5 m；最大水深Hmax＝7.15 m；有效容积Wab＝18700 m³；停留时间三期t＝6.95 h?四期 t＝5.96 h。池上设周边传动桁架刮泥机，刮泥板的平面形式为带有不变角度θ＞45°的对数螺旋线形式，刮泥板距池底为8～10 cm。在池中心底部设集泥坑，刮泥机将沉积于池底的泥沙汇集泥坑后，借池内静水压力将泥浆自池底部的排泥管压出。此辐射沉淀池的另一个作用是，当原水含沙量高时，这种大容量沉淀池可停止进水，利用其调节容量安全渡过沙峰。设计要求含沙量S＜30 kg/m³时，自然沉淀运行；S＝30～250 kg/m³时投加2％的聚丙烯酰胺混凝沉淀，4处投药点均设在辐射池进水管上。
　　水厂投产后，按设计要求运行，但近几年辐射池淤积事故出现较多。经过分析研究认为，夏季，由于黄河中下游含沙量增大，属于粗分散系的颗粒0.05～0.005 mm占绝大多数，胶体物质增多，加之投加了聚丙烯酰胺形成的大矾花以拥挤沉淀为主，悬浮颗粒密度较小，沉泥疏松，沉速相对较小，密度大的泥沙颗粒，在大矾花的阻挡、网捕作用下，沉速也相对减小，颗粒沉至池底需2 h以上，沉泥松软、均匀、刮泥剪切力也小，不会出现刮板脱落；而在冬季黄河水量小，悬浮于水中的颗粒较为均匀，胶体物质较少，由于取水泵站取水口标高低，水泵连续带走大量泥沙沉于Φ100 m辐射池中心配水柱周围。在大量泥沙静压下，致使集泥坚硬，剪切力增大，造成中心配水柱较近的刮板局部过载脱落，出现运行事故。要解决这一问题，只能是增大桁架强度，改变刮板角度、池底坡度和粗糙度等。但需作大量的研究实验工作，其生产车间不具备这样的条件，不得不采用连续大量排泥，日浪费水万吨以上。
2.2　解决措施
　　考虑安全生产和成本，我们提出“休克疗法”，即每年10月至次年3月或含沙量低于10 kg/m³时，池子的机械传动部件全部停止运行，Φ100 m辐射沉淀池只起预沉作用，既不进行刮泥，也不进行排泥，只作定期倒池清理。采取这种措施后，可治刮泥机的损坏现象，并可节省运行费用。计算过程如下：
　　① 取值：日取水量5万t，每吨水成本1.2元，泥沙密度2.62 t/m³，进水平均含沙量8 kg/m³，处理后含沙量为0.2 kg/m³，排泥用水量按日供水量的20％计算(车间测算一级处理排水量在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
　　沉泥体积为：11700/2.62＝4465.65 m³
　　每月节约费用：
　　W₁＝(300002.4-4465.65)1.2＝35.5万元
　　池子积泥平均厚度约为?
　　4465.65/3.15×50 2＝0.57 m
　　考虑沉淀的不均匀性?池子外缘沉泥厚度不超过0.4 m，中心配水柱周围积泥厚度不超过2 m
　　池子总用电量：13×2＋2.0＝28 kW
　　每月节约电费：
　　W₂＝28×24×30×0.34＝6854.4元
　　积泥清理费估计：W₃＝5万元
　　清刷池子用水5万t。费用W₄＝5×1.2＝6万元，则每月净节约费用为W＝W₁＋W₂＋W₃-W₄＝35.185万元。
　　综合以上分析，岸边式直接取用黄河水仍需进行大量的研究探索。直接取水，设备损坏快、处理难度大、成本高。1994年以前，黄河水源车间生产水成本皆在1.3元／t以上，近年，我厂通过技术改造和以上生产技术措施的运用，生产费用大幅度降低，其生产水成本维持在1元／t左右，再降低成本，需进行大规模的技术研究改造工作。

作者简介：
　　张世哲(1965-)，男，工程师。1987年毕业于同济大学