技术进步推动了塘沽供水事业发展

张永复

　　天津市塘沽地区城市供水事业，在“引滦入塘”后的十年中有突飞猛进的发展。年供水量由1984年的1378万立米增加到1994年的7288万立米。10年间增长了5.29倍。成绩取得，首先是由于改革开放政策带来的硕果，同时也是我们认真贯彻了“经济建设必需依靠科学技术，科学技术必须面向经济建设”这一战略方针，使我们从技术进步中获得了效益。
　　我们应该认真的总结过去，展望未来，在今后工作中应更充分发挥技术进步的作用。

　　一、水源管道加装串联泵

　　滦河水是塘沽唯一水源，引滦入塘是由引滦入津明渠直接取水的。由宝坻县尔王庄乡高庄户村建取水泵站取水，经过45km两条直径1200mm管道送到塘沽区的杨北路。由杨北路到水厂予沉池7km埋设了一条直径1200mm管道。杨北路以下这7km成为卡脖子线段。因为这一段流量限制，制约了塘沽供水发展。虽然在杨北路已建有一座泵站。但这座泵站是引滦以前建设的，输水能力较小，不适应塘沽供水水量要求。系统日输水能力仅有16万立米。
　　在这种情况下，最合理办法是再铺设7km管道，使全线均成为两条管道。可是，这需要较大的投资，目前又不易实现。我们反复比较后决定采取在杨北路处建一座串联加压泵站，投资不足100万元，就将塘沽水源系统能力增加4万立米／日，使水源系统输水能力超过20万立米，满足了塘沽当前用水需要。

　　整个系统在用水量少时，不必开泵，由高庄户泵站直送塘沽。用水量增加再启动泵组，320千瓦大型泵组直接抽取管道水，增压后使流量增加。由于直接从管道抽水，不必装设抽真空设备，启动泵组十分容易。仅需注意水泵与流量的合理匹配，避免管道中产生较大负压即可（我们实际掌握水泵吸水口真空表读数为零）。若万一发生停电事故，微阻止回阀自动开启，经过止回阀及水泵过流，可免除水锤产生，此时再开启手动蝶阀，又可恢复直送功能。
　　在1984年“引滦入塘”工程中，设计单位设计的中间加压泵站全部都建有调蓄构筑物，增加很多基建投资。91年塘沽分公司新建这套系统已经安全运行三年多。因为没有调蓄构筑物，投资大幅度下降，而且还利用了管道余压，可节省运行电费。在大型输水管道上用串联泵站输水，塘沽开创了一个先例。特别是，由于降低了工程费，才有可能建设加压站，在满足塘沽源水水量方面起到显著作用。根据杨北路泵站的经验，我们又将输水管道的中间泵站北淮淀泵站改建为串联加压。使水源系统输水量又增加3万立米／日。大大缓解了本地区水源不足的困难。

　　二、取水口

　　水位变化不大时常规取水口作法是修建吸水井，水泵由吸水井中抽水。
　　经我们观察，从调蓄水库中取水的两座水厂，由于水库漂浮杂物很轻微，运行八年吸水井的拦污格栅铁丝网都没有杂物可清除。因此，可以将取水井简化。1992年在为天津碱厂专用沉淀水取水系统中的取水头部就将水泵吸水管道直接伸入水库取水，仅在管道周围水位变动部分浇注水下混凝土防冻。采用这一方案，全部取消了取水井，取水工程造价仅支出原估算费用20%就达到同样效果。
　　我们认为，对一些漂浮物很轻微的水厂在用较大口径水泵取水时，取水口可以不用吸水井仍能同样安全取水的。

　　三、混凝剂

　　塘沽净水实验结果表明，净水混凝剂以铁盐效果较好，尤其是三氯化铁净化效果最好，降低三氯化铁购入价格，就成来降低自来水成本关键问题之一。
　　我们经过分析，以为降低混凝剂费用必需结合我们背靠工业基地的优势，应充分利用工业下脚料这一技术路线才能达到目的。因此，在1985年塘沽在我市各水厂中首先采用北京首都钢铁公司带钢厂盐酸酸洗废液制成的三氯化铁作混凝剂。净化效果与化工企业产品一样。由于是采用工业下脚料制取的药剂，其价格仅相当于一般化工厂产品价格60%左右。
　　1990年我们又进一步在塘沽郊区支援村办企业再建一座用天津市大成五金厂及第二钢丝绳厂等工厂的盐酸酸洗废液再加入铁屑及通氯等工艺加工成三氯化铁溶液的工厂。产品浓度可达34%左右。由1990年至1992年三年共计制成1493吨，占塘沽分公司同期混凝剂用量的29.2%，又进一步降低了成本。
　　酸洗废液各地都有，排放后污染环境。加工为混凝剂不但可以降低水厂生产成本，还可消除公害。若在全国各地普遍推广，肯定会产生明显经济效益和环境效益。

　　四、混合设施

　　常规净化工艺过程为：
　　凝聚——絮凝——沉淀——过滤
　　混合设施是完成凝聚过程的设备。按水净化各工艺过程所需要的停留时间分析，凝聚所经历的时间最短，因而在水净化处理过程中混合设施投资也就最少。但是，它却是整个净化工艺过程中不可缺少的一环，是控制混凝剂单位消耗关键的一环。因此，提高混合设施效果，在净水厂投入与产出相比中，是应该予以特别关注的问题。
　　我们对混合十分重视。塘沽分公司采用不同混合设备，完成各水厂净化所需凝聚工艺过程。1987年购入了一台螺旋叶片管道混合器（用于海水厂）。1988年使用一台扩散（喇叭扩散器——中南院设计产品）管道混合器（用于四水厂）。1988年在一水厂扩建中根据购入管道混合器原理自制了一台阻流板式静态管道混合器用于直径1000mm源水入厂管。1992年为了混合及配水需要又在五水厂建设一座中央配水式混合池，专门用于混合及配水。现将该池进行简要介绍（专利号：ZL 92 2 07780.0）。
　　这座中央配水式混合池是在园形水池基础上，池中央增设棱柱状配水竖井。进水由园形池下部进入，在池的入口处投加混凝剂，在池的下部经过分流隔板及连续陡坎等挠流措施，促使水体与药剂混合。由于惯性力水体围绕池壁旋转，并且受到棱柱状竖井挠动，使混凝剂进一步混合，最后上升到池的顶部后，再经可动式堰板进入中央多孔配水竖井，水体在多孔配水竖井内由上向上流，再经由各自不同出水口流往相应的沉淀池。
　　塘沽五水厂共按装7台进水泵，在进水井投加氯气，在泵前投加混凝剂。由于各水泵在整个系统中位置不同，实际工作状况不同，因而每台水泵流量有变化，各泵投配混凝剂难以准确匹配。因而五水厂6组斜管沉淀池水质不同，经过六组沉淀池反应后水的余铁测定，相差可达二倍。运行十分困难。改用混合池混合后，全部混凝剂及消毒剂均投加在混合池进口处，混合均匀，各沉淀池水质达到统一，有利于节约药耗及氯耗。
　　一般混合池均有死角，容积利用不充分，塘沽五水厂新建配水混合池容积利用率可达100%，经国家给排水检测中心华北分中心检测证实混合效果良好。而且对各组沉淀池具有配水作用，使用便利。该地共投资13万元，能适应五水厂现大10万立米／日的能力及扩建为15万立米／日能力的需要。据测算，一年多一点时间节省的药剂费即可达13万元。

　　五、反应沉淀池

　　净水工艺中完成絮凝过程依靠反应设施。絮凝是净化的重要工艺。塘沽一水厂1964年建成平流沉淀池一座，为土堤结构，设计能力1.5万立米／日。同时建有园形单级旋流反应池，作为反应设施。进水管由沿反应池底部池壁切线方向进入，水在池内旋流，由上部出不。由于混合效果差，虽然水体在沉淀池内停留3小时，但沉淀水出水浊度经常在14度以上。由于不能适应需要而停用。
　　1988年塘沽一厂扩建，为了增加量和提高净水水质。决定不仅要恢复平流沉淀池，而且要提高处理水能力和降低浊度，要求沉淀池出水浊度达到5度以下。
　　我们与设计部门合作，学习芥园水厂改造平流沉淀池经验，采用在沉淀池内部斜坡上增建反应池方法。即在沉淀池斜坡上设了4组反应槽，由于是沿沉淀池池壁上建反应槽，因而流程长，转折少，有利于节能。利用原有反应井与反应槽组合，增加了反应时间。虽然沉淀池容积减少，停留时间缩短。但是，效果反而更好。
　　经过改造以后，沉淀池处理能力大幅度提高，水量增多，由原业1.5万立米／日增加到3万立米／日以上。由于是在池内部施工反应槽，工程简单易行，工期短。投产运行后，沉淀池出水浊度为4-5度，特别是冬季低温低浊期间，水质良好，有利于全厂水处理。改造全部费用仅相当于新建同等规模沉淀池的1/2。而且水头损失小，药耗低。一厂平流沉淀池改造真正作到了多快好省，是一个推广先进技术成功范例，它充分体现科学技术是生产力，而且是第一生产力的这个论证的正确。
　　根据1988年一厂沉淀池改造成功经验，1992年我们在一水厂扩建中又利用原平流沉淀池外坡为新建的平流沉淀池再建一组反应池。最大限度利用土地，塘沽一水厂水处理能力则在原增加一倍基础上，再增加50%。投产以后收到显著效益。1994年一水厂高日供水量突破了10万立米／日。比1984年增加二倍。

　　六、滤池

　　过滤是所有净化水必不可少的工艺过程。也是保证水质的带把关性重要工艺过程。塘沽分公司从两个方面追求过滤技术进步，一是从构筑物入手，另一是滤料革新。在这两方面均获益匪浅。现分别给以介绍：
　　在构筑物面，我们采取了以下一些措施：
　　1、穿孔支管：将滤池配水系统的穿孔支管由直径75mm铸铁管改为D=90mm（外径）P、V、C管。
　　塘沽是以铁盐为混凝剂，采用铸铁穿孔支管时，在滤池内铁细菌繁殖，穿孔支管铁管与附近砾石粘结在一起，穿孔支管内部及孔眼因锈蚀堵塞严重，使滤池无法正常冲洗。每两年即需对滤池大修一次。大修时，将全部穿孔支管启出，重新除锈，同时翻修滤池，不但费用高昂，而且费时费力，影响生产。
　　1986年10月，我们将一厂第五组滤池穿孔配水支管改为加厚P、V、C管（采用天津二塑产品）。试验取得成功后到87年5月，将全部滤池都更换为P、V、C管。至今已九年，一直运行良好。以后，在1988年一水厂扩建及新建四水厂滤池时，全部采用P、Ｖ、C管作穿孔配水支管。
　　采用非金属材料代替金属材料是材料科学发展方向，从价格上比，小口径P、V、C管价格低于铸铁管价格，并且能作到定尺生产，没有余料。由于P、V、Ｃ管内壁光滑，还可减少冲洗水能源消耗。
　　这一技术改进是新材料利用一个成功范例。
　　2、中阻力滤池：1984年在新建五水厂滤池中，在我公司首次采用二次配水陶瓷滤砖的中阻力过滤系统。经过几年反复探索，我们现在已正确掌握了陶瓷滤砖的安装与运行。使用也步入正轨。由于采用中阻力系统，在相同条件下，冲洗水头可减少2米，节约了反冲洗电费。
　　3、洗砂排水槽：一水厂原滤站为1964年建成，滤池采用底阀进水及排水。由于使用多年，腐蚀严重，经常需要停水维修。特别是底阀漏水严重，日漏水量已达产水量的3%左右。1991年我们结合设备及构筑物现在技术状态。引进了高位排水技术，对滤池进行改造。采用虹吸进水，高位槽排水。采用这种特殊形式，彻底解决了滤池漏水。同时由于排水槽抬高，还可以加大砂层厚度，增大砂滤料粒径，提高了滤水能力。
　　关于滤料方面，主要是采用均粒径石英粗砂滤料：
　　滤料是快滤池的主要部分，是滤池工作好坏的关键。它既要满足过滤要求，又应使冲洗效果好。
　　我们根据这一要求，从84年开始先在个别滤池进行试验，试用均粒径石英砂滤料代替传统常规砂滤料。试验成功后，逐步在塘沽分公司各水厂扩大使用范围。由于各个滤池排水槽与配水支管距离不同，所以砂的粒径及层厚也不能一样。91年在四水厂又开始以均粒石英砂滤料代替双层滤料用于微絮凝直接过滤的生产性试验，经过两年使用，效果良好，可以从根本上解决原滤池滤料流失问题。最后将全部滤池的双层滤料都更换为均粒石英砂滤料。
　　我们根据滤池构造的不同，以及滤料厂供货条件，塘沽分公司最近几年采用砂滤料的规格有0.7-0.85毫米、0.9-1.1毫米、0.8-1.25毫米。由于普遍增大粒径，石英砂有效粒径d10由0.5-0.6毫米增至0.7-0.82毫米。在深度方向过滤起始孔隙率ε。也由0.43提高到0.45-0.51。因此，在过滤时全部滤床能发挥作用。普通的石英砂滤池，仅在滤床表层截留了大量污泥，表层阻塞增长很快，大量的下层滤料对水质澄清所起作用很小。这样，在相同水质条件下，均粒径石英砂滤池滤速可比常规滤池滤速提高50-70%，过滤同期能延长一倍。由于粒径加大，在相同冲洗强度下，虽然砂膨胀度减少，但是反冲洗时，速度梯度G是与滤料颗粒的比重和大小成正比的，粒径大，G值也大。因此，采用均粒径粗砂滤料后，冲洗方式不需采用特殊措施，只需要延长冲洗时间一分钟左右即可。
　　塘沽分公司各水厂滤池滤料主要采用均粒径粗石英砂滤料，流失滤料极其轻微，年流失率仅5%左右。节约了大量补滤料费用。
　　由于采用均料石英砂滤料，滤速提高，过滤周期延长。所以我们在各水厂增能挖潜的扩建工程中，仅扩建了沉淀构筑物，不再新建滤池，各厂均可以按照提高过滤能力50%计算，节约了数以千万元的基建投资。经济效益十分突出。
　　使用均粒径粗砂滤料，塘沽分公司在国内同行中是处于领先地位的。我国从事给水理论研究学者原来是不赞成的。例如：由同济大学主编的《给水工程》1980年版第322页就明确指出“采用均匀粒径粗滤料……作为生活饮用水最后过滤工艺往往不能确保滤后水质，或者使滤层厚度大大增加而导致经济上的不合理”。我们根据现在滤前水浊度低的情况，不从书本出发，而从实际出发，逐步推广、实践，证实了合理采用粗砂均粒径滤料是可行的。

　　七、泵房

　　我们在泵房工程中从两方面追求技术进步。
　　在建筑结构方面：
　　采用分离基础泵坑代替半地下式泵房。天津自来水公司为了节约能耗，要求泵房匀建为半地下式。泵房下部是钢筋混凝土结构，钢筋混凝土整体底板厚达40-50cm，造价昂贵。为了节约投资，我们将泵房基础建为普通条形基础结构，对安装水泵部分建单独钢筋混凝土结构泵坑。在相同使用功能下大幅度节约了建设费用。例如，塘沽一水厂送水泵房日送水10万立米，采用上述办法其土建费仅10万元。大约节约了30%费用。1994年新建的加压泵站也是采用这种结构，又大幅度节约了投资。
　　在节能方面：
　　国家十分重视节能技术推广，各种调速设备相断问世。我们采取方针是：结合塘沽生产实际，不搞为调速而调速，而是坚持为节能而调速。因此，现在对全区统一供水系统（各水厂的送水泵房）不采用调速方案，而是采用统一调度各厂供水，要求每台水泵均能满负荷运行，以保证运行合理。对于因水质要求不同的单独供水系统，由于不能与全区管网并联，则结合具体情况选用不同调速方式。1989年在海水厂的进水泵房，选用电动机变频器调速，节电30%。两年半就收回全部投资。在专供天津碱厂沉淀水的泵房，选用上海交大机械厂生产的YOT-560调速型液力偶合调速运行，亦可节电20%。在总结使用经验基础上，1992年在为天津碱厂专用沉淀水的进水泵房的工程中，设计了一套由沉淀水位反馈，自动控制进水泵变频器频率，以此来决定进水泵转速的系统。该系统建成，可以取消泵站值班人员，稳定保持平流沉淀池在高水位状态下运行。避免沉淀池水位忽高忽低，保证二级泵房吸水稳定，一级泵房自动调泵，节约电力消耗。

　　八、管道

　　我们在管道施工中着重抓了新材料推广使用，以推广新材料为龙头来带动管道工程技术进步。据《城镇供水》1992年第三期城建司丁五禾同志“我国城市供水管道情况浅析”一文介绍：1985年城镇供水协会对全国供水管道普查，各种材质管道分别占管道总数的百分比为铸铁管占81%、钢管占5%、水泥压力管占10%、石棉水泥管占1%、塑料管占0.3%、其它的管占2.7%。同文又介绍：目前我国年产灰铁管150万吨，球墨管仅5万吨，两者之比为1:30。
　　从1990年起，我们就狠抓新材料推广工作，逐步扩大使用范围。以1992年为例，当年塘沽共安装管道18052米。其中球墨铸铁管13833米，占76.6%；钢管410米，占2.2%；灰铸铁管597米，占3.3%；P、V、Ｃ管3158米，占17.6%。由此可以看出，在管道材质方面，我们已有根本性变化。新材料使用已达到了发达国家水平。现在，塘沽分公司≥300mm管道，基本上采用内衬水泥砂浆的球墨铸铁管。≤200mm管道，基本上是P、V、Ｃ管。由于新材料推广使用，使管道工人劳动生产率大幅度提高，1992年一线管道安装工人人均产值达到27万元，创造了塘沽分公司历史上最好成绩。1993年及1994年在这个基础上又进一步提高。
　　为了推广承插口的P、V、C管，我们还自行设计了P、V、C管与铸铁管转换接头。它类似于套袖。这样就可以在利用现有铸铁管管件的基础上充分利用P、V、C管。经过三年使用证明，这种接头在试压过程中无一漏水，保证了承插接口的P、V、C管推广使用。
　　在施工技术方面，1985年我们在铺设一条长269m，内径750mm穿越海河的输水钢管中工程中，在我市首次在输水管道中引进了“弹性敷设”技术。完成了从设计到施工全过程工作。不仅节约工程造价，现已安全运行九年。我市河流从多，推广这项新技术对铺设穿越水域管道必将带来很大效益。

　　九、分质供水

　　塘沽和天津一样，是淡水资源极为匮乏的城市。为了节约水资源，1988年6月我们建成了海水实验厂。现在日供水量为8000立米，占塘沽日供水量的4%。该厂年税利合计为8-9万元。取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。
　　塘沽海水实验厂是国内第一家供应净水海水的企业，为了处理好海水，我们同时进行了大量科学试验，寻找适合的混凝剂及净化方案。该项课题获得我市科技进步一等奖和1992年北京国际发明展览会铜奖。并取得国家专利，专利号：ZL 90 1 0109467.6在海水厂建设中我们将科研和生产紧密结合在一起。根据科研成果进行设计，指导和完善生产。生产中存在问题又反馈作为科研课题内容。从而达到科研和生产的双丰收。
　　现在正拟扩大利用海水研究课题，将使塘沽地区分质供水更向前推进一步。

　　十、结束语

　　近年来塘沽分公司按照不唯上，不唯书，只唯实的精神，踏踏实实结合生产实际，推广国内外先进科技成果，或者自行研究解决生产中出现问题，或者对推广技术成果中出现问题，结合分公司的实际情况加以完善。努力提高给水技术水平。使塘沽分公司获得者得了显著效益。
　　1985年塘沽分公司在引滦入塘工程实现后，共建成12万立米／日能力水厂。由1986年开始利用收取水厂增容费办法集资，8年中集资约1600万元，将其中1200万元左右用于水厂建设。大约日处理1方米水厂，投资仅100元。到1994年底，使全部水处理能力达到25万立米／日。扩大水厂供水能力13万立米／日，适应了生产的发展需要和生活水平提高的需要。由于我们在水厂建设中充分利用先进科技成果及我们自已研究的技术成果，在净水厂内增能挖潜，我们没有用国家一分钱投资，也没用国内外贷款，仅依靠收取增容费，就使塘沽地区水厂产水能力（不含水源工程）适应了用水增长。
　　我们认为，给水技术进步与给水事业发展是应该紧密联系在一起的，给水技术进步必须以给水事业的发展为基础，给水事业的发展又必须依靠给水技术进步。这样，我们就能在技术进步中获得效益。追求技术进步应该是推动塘沽供水事业发展的重要对策。

---

一九九五年一月