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微灌用过滤器的应用探讨

                                       微灌用过滤器的应用探讨
             陈 瑾 (浙江同济科技职业学院,浙江省杭州市 311231)
                沈 洁 (浙江省平湖市水利工程质量监督站 314200)
    摘 要:过滤器是整个微灌系统首部枢纽的核心设备,关系到整个系统的使用寿命。现详细阐述了微灌过滤器的常见种类及适用范围,并根据水质或水源条件等因素提出了适用类型,同时对微灌过滤器后期运行、维护提出了几点建议,以促进微灌技术在农业上的推广应用。
    关键词:微灌;过滤器;分类;选型;维护
    微灌技术作为新兴的节水灌溉技术的代表,在提高水资源利用率、改良作物品质、促进农业生产自动化控制方面,具有突出的优势。但微灌系统由于其灌水器(滴头、滴灌带或微喷头等)的流道细小,极易被杂质堵塞,所以对水质的要求较其他灌溉方式高得多,因此对灌溉水进行严格的过滤处理是微灌系统的首要工作。若过滤设备选择失误,会导致灌水器堵塞,配水不均和系统性能下降,甚至造成整个微灌系统瘫痪,所以,过滤器的好坏和选型是否正确,会直接影响整个系统的使用寿命。
    1 ·微灌用过滤器的分类和过滤性能分析
    微灌系统中过滤器的分类方法较多,最常见的分类方法是根据过滤原理、过滤介质和功能的不同,分为网式过滤器、叠片式过滤器、沙石过滤器和水力旋流器。
    1.1 筛网过滤器
    网式过滤器以金属丝网或尼龙丝网为过滤介质,将流经水流中所有大于网孔尺寸的悬浮颗粒都截留在滤网上,净水则通过网芯流出。筛网过滤器价格便宜,维护简单,适用于去除小的沙粒和大的无机碎片,但处理藻类等有机污染物效果较差,尤其是当压力较大时,大量的有机污染物会“挤”过过滤网而进入管道,造成微灌系统与灌水器堵塞,所以,当灌溉水中有机污染物含量较高时,常和沙石过滤器配套使用。
    1.2 叠片过滤器
    叠片式过滤器可有效去除有机和无机污染物,兼有网式过滤器和沙石过滤器的特点,通过紧压叠片,在每个叠片的上下两个表面都分布有一系列微小的滤槽,这些滤槽可吸附比滤槽尺寸小得多的杂质,并且如果一部分滤槽堵塞了也不会影响其它滤槽的吸附,所以过滤能力大大加强。由于叠片过滤器过流能力大、结构简单、运行可靠等,所以应用较为广泛,但在自清洗时会因为受水体中有机物和化学杂质的影响,出现叠片被粘在一起、不易彻底清洗干净的现象。
    1.3 沙石过滤器
    沙石过滤器的过滤介质为均质沙子,它是利用过滤罐中的介质吸附及滤头阻挡将流经的含杂质水过滤成清水。沙石过滤器不仅可有效去除无机污染物,而且是含有有机污染物和淤泥水质最适宜的过滤器类型,具有很高的去污能力,而这主要是依靠厚达30~50 cm介质的机械筛滤、沉淀和接触絮凝作用来完成,所以只要水中有机污染物含量超过1 0mg/L,无论无机物含量多少,均应选用沙石过滤器[1]。但这种设备较贵,对管理的要求较高,在反冲洗时若操作不当,就会使整个沙床移动而导致过滤器失效。
    1.4 水力旋流器
    水力旋流器常见形式有圆柱形和圆锥形两种,其工作原理是将切向进入的压力水流高速旋转,产生强大的离心加速度,从而使密度不同的物质迅速分离,密度较大的沙粒沿器壁旋转下沉至底部贮沙罐,而密度较小的颗粒和水则被推向中心低压部位,并在回压作用下逆向上流至顶部溢流口排出,进入下游管道[2]。因此,水力旋流器最适合处理含有大量沙子及石块的水体,但不能去除与水密度相近和比水轻的有机质等杂物。
    1.5 其 他
    水中杂物较多时,不宜直接进入系统,需在进水口安装网式拦污栅或者沉沙池,作为灌溉水源的初级净化处理设施,以拦截枯枝残叶、去除固体物质(主要为泥沙)和铁物质[3]。如管道入水口处压力低、不足以运行过滤器时,往往需要自行配制管道入口过滤设备(即将进水的PVC管均匀打孔,并包裹滤网),以同时满足系统过滤和流量要求。如水体中杂质和漂浮物较多,可将网管改制成“过滤网箱”。通常一个大型微灌系统的首部,其过滤设备是复杂而庞大的,要根据不同的水源条件,选择多种过滤器组合成为多级过滤系统,同一类型的过滤器要根据流量选择多个过滤单体组成过滤器组。要综合考虑两种过滤器的优点,组成水力性能良好、过流能力大的组合型过滤器,例如离心叠片组合过滤器、离心网式过滤器、叠片式沙石过滤器等,但由于存在特殊的水流效果,此类过滤器比一般过滤器的局部水头损失要大[1]。
    2· 微灌过滤器的选型
    2.1 微灌水质因素
    为选择一定条件下最适宜的过滤系统,首先必须确定过滤系统上游的水质,然后根据灌水器的类型确定对过滤器的要求。同时,微灌系统的堵塞主要指灌水器的堵塞,造成堵塞的主要原因是水质不满足要求,导致微灌系统产生物理、化学和生物堵塞,表1较系统地总结了水质与堵塞程度的关系[4]。
    
    2.2 过滤器类型选择
    在充分分析灌区水源水质的基础上,过滤器可根据表2进行选择[3]。
    
    注:A 为第一选择方案;B 为第二选择方案;C 为第三选择方案。
    从表2可知,水力旋流器最适合分离水中含有的大量沙子及石块,在满足过滤要求的条件下,以60~150目为宜,分离效率为92%~98%,但水头损失较大[1]。沙石过滤器处理有机杂质和无机杂质都非常有效,但当颗粒小于20 μ m时,沙石过滤器的截滤效果不理想。筛网、叠片过滤器在灌溉水水质良好或一般时可单独使用,当灌溉水水质不良时,可作为末级过滤接在主过滤器之后使用,也可于支管入口作控制过滤器使用,不过叠片式过滤器的过滤效率很高,在过水流量相同时,它比筛网过滤器存留杂质的能力强,是价格昂贵的沙石过滤器之后的第二选择。
    如果当地缺乏水质分析资料,设计者和农户也可通过表3根据水的来源粗略选择过滤器[5]。当过滤器类型或组合确定后,还需根据所选灌水器对过滤器的能力要求确定过滤器的目数大小。一般来说,微喷灌要求100~120目过滤,滴灌要求120~200目过滤。为保证灌水器正常工作,过滤介质孔径要求达到灌水器流道直径的1/10(滴灌)和1/7(微喷灌),比值越小,灌水器堵塞的可能性越小。如果系统要求流量较大,可选择大流量过滤器或多个过滤器并联过滤。在有条件的情况下,可采用自动反冲洗类型的过滤器,以减少维护和工作量。
    
    当然,价格也是影响过滤器选型的一个很大因素。在微灌设备方面,国产设备的产品门类和系列已基本配套,质量也已得到保证,可基本满足各类用户的需要(林果、温室大棚、大田、道路绿化、荒山绿化、园林草坪),可降低许多成本。
    3· 微灌过滤器的维护
    为保证微灌系统的正常运行和使用寿命,过滤器进入运行阶段后,设备维护的重要性绝不亚于设备的选择。过滤器并不能解决化学和生物堵塞问题,对水中的化学和生物污物通常采用水体的氯处理和酸处理办法[6,7]以溶解沉淀和杀死微生物,但这样会伤及作物根系,剂量过大还会影响灌水器压力补偿片的工作性能[6]。当水中泥沙含量太多,筛网和沙石过滤器会因频繁冲洗而失去作用,这时,设置沉沙池作为初级过滤就显得十分必要。
    从系统内部讲,由于微灌系统是小水勤灌,运行频繁,水泵连续运转时间长,一般的水泵叶轮极易生锈和磨损。在我国尚缺微灌专用防锈耐磨水泵,水泵使用寿命短,水泵的锈屑添加过滤负担,而且也给系统堵塞带来危害[8]。因此,在过滤水源前,可先多次冲洗过滤器[9]。
    筛网过滤器结构简单且价格便宜,是最常用的过滤器。目前过滤器研究与制造时,对筛网精度等级无要求,会导致国产筛网存在质量偏差,性能不稳定[10]。
参考文献
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[3] 郭彦彪,邓兰生,张承林.设施灌溉技术[M].北京:化学工业出版社,2007.
[4] 赵和锋,李光永.微灌水质分析与指标判定[J].节水灌溉,2004,(6):4~7.
[5] 周长吉.温室灌溉[M].北京:化学工业出版社,2005.
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[7] 石秀兰,张明炷.滴头堵塞的水质化学处理[J].喷灌技术,1995,(2):39~41.
[8] 王留运,叶清平,岳兵.我国微灌技术发展的回顾与预测[J].节水灌溉,2000,(3):3~7.
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[10] 张国祥. 对微灌过滤器筛网规格、孔径比及两种压降合理取值的探讨[J].节水灌溉,1992,(1):31~35.


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