陳瑾 湯冠華

作者信息：1碩士、講師，浙江同濟科技職業(yè)學院，杭州，311231；2浙江省紹興市水利局，312000

0 前言

微灌是按作物需求，通過管道系統(tǒng)與安裝在末級管道上的灌水器，將水和作物生長所需的養(yǎng)分以較小的流量，均勻、準確地直接輸送到作物根部附近土壤的一種灌水方法。它提高水資源的利用率，改良作物的品質(zhì)，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化控制；但微灌系統(tǒng)由于其灌水器的流道細小，極易被雜質(zhì)堵塞，所以對水質(zhì)的要求較其他的灌溉方式高得多。若過濾設(shè)備的選擇失誤或維護不當，導致灌水器堵塞，會引起配水不均和系統(tǒng)性能下降，甚至造成整個微灌系統(tǒng)癱瘓。所以，過濾器的選型和維護是否正確，直接影響整個系統(tǒng)的使用壽命。

1 微灌用過濾器的分類和選型

1.1 過濾器類型

造成微灌灌水器堵塞的主要原因是水質(zhì)不滿足要求，導致微灌系統(tǒng)產(chǎn)生物理、化學和生物堵塞。物理堵塞主要是懸浮在水中的有機或無機顆粒；化學堵塞是指溶于水中的某些化學物質(zhì)，在條件改變時變成不溶的固體沉淀物；生物堵塞主要是由于活的菌類、藻類等微生物和水生動物等進入系統(tǒng)后繁殖生長，減小過水斷面，堵塞系統(tǒng)。根據(jù)堵塞成因不同，設(shè)計人員和用戶需要選擇相應(yīng)的處理措施和過濾器。

微灌系統(tǒng)中對雜質(zhì)的處理設(shè)備與設(shè)施主要有：攔污柵(篩、網(wǎng))、沉砂池、過濾器等。過濾器的分類方法比較多，最常見的分類方法是根據(jù)過濾原理、過濾介質(zhì)和功能的不同，分為四種類型：篩網(wǎng)過濾器、疊片過濾器、砂石過濾器和水力旋流器。

(1)篩網(wǎng)過濾器。篩網(wǎng)過濾器以金屬絲網(wǎng)或尼龍絲網(wǎng)為過濾介質(zhì)，將流經(jīng)水流中所有大于網(wǎng)孔尺寸的懸浮顆粒都截留在濾網(wǎng)上，凈水則通過網(wǎng)芯流出。篩網(wǎng)過濾器價格便宜，維護簡單，適用于去除小的砂粒和大的無機碎片；但處理藻類等有機污染物效果較差，尤其是當壓力較大時，大量的有機污物會“擠”過濾網(wǎng)而進入管道，造成微灌系統(tǒng)與灌水器的堵塞，所以，當灌溉水中有機污物含量較高時常和砂石過濾器配套使用。

(2)疊片過濾器。疊片過濾器可以有效去除有機和無機污染物，兼有篩網(wǎng)過濾器和砂石過濾器的特點，通過緊壓疊片，在每個疊片的上下兩個表面都分布有一系列微小的濾槽，這些濾槽可以吸附比濾槽尺寸小得多的雜質(zhì)，并且如果一部分濾槽堵塞了不會影響其他濾槽的吸附，所以過濾能力大大加強。由于疊片過濾器具有過流能力大、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等特點，所以應(yīng)用較為廣泛。

(3)砂石過濾器。砂石過濾器的過濾介質(zhì)為均質(zhì)砂子，它是利用過濾罐中的介質(zhì)吸附及濾頭阻擋將流經(jīng)的含雜質(zhì)水過濾成清水。砂石過濾器非但可以有效地去除無機污染物，而且是含有有機物和淤泥水質(zhì)的最適宜的過濾器類型，具有很高的去除污物的能力，而這主要是靠厚達30～50 cm介質(zhì)的機械篩濾、沉淀和接觸絮凝作用來完成的。所以只要水中有機物含量超過10 mg/L時，無論無機物含量有多少，均應(yīng)選用砂石過濾器[1]。

(4)水力旋流器。水力旋流器常見的形式有圓柱形和圓錐形兩種。其工作原理是切向進入的壓力水流高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強大的離心加速度，從而使密度不同的物質(zhì)迅速分離，密度較大的砂粒沿器壁旋轉(zhuǎn)下沉至底部貯砂罐，而密度較小的顆粒和水則被推向中心低壓部位，并在回壓作用下逆向上流至頂部溢流口排出，進入下游管道[2]。因此，水力旋流器最適合處理含有大量砂子及石塊的水體，但不能除去與水密度相近和比水輕的有機質(zhì)等雜物。

如管道入水口處壓力低，不足以運行過濾器時，往往自行配制管道入口過濾設(shè)備(即將進水的PVC管均勻打孔，并包裹濾網(wǎng))，就可同時滿足系統(tǒng)過濾和流量要求。如果水體中雜質(zhì)和漂浮物較多，可將網(wǎng)管改制成“過濾網(wǎng)箱”。如果系統(tǒng)要求流量較大，可選擇大流量過濾器或多個過濾器并聯(lián)過濾。

1.2 過濾器選型

為了選擇一定條件下最適宜的過濾系統(tǒng)，首先必須確定過濾系統(tǒng)上游的水質(zhì)，然后根據(jù)污物的類型確定對過濾器的要求，如表1[3]。

表1 過濾器的類型選擇

如果當?shù)厝狈λ|(zhì)分析資料，設(shè)計者和農(nóng)戶也可以根據(jù)水的來源粗略選擇過濾器。篩網(wǎng)、疊片過濾器在灌溉水質(zhì)良好或一般時，可以單獨使用；當灌溉水質(zhì)不良時，則可作為末級過濾接在主過濾器之后，也可用于支管入口作控制過濾器。不過疊片過濾器的過濾效率很高，在通過流量相同時，它比篩網(wǎng)過濾器存留雜質(zhì)的能力強，是價格昂貴的砂石過濾器之后的第二選擇。

當過濾器類型或組合確定后，還需根據(jù)所選灌水器對過濾性能的要求，確定過濾器的目數(shù)大小。為保證灌水器的正常工作，過濾介質(zhì)孔徑要求達到灌水器流道直徑的1/10(滴灌)和1/7(微噴灌)。比值越小，灌水器堵塞的可能性越小。一般來說，微噴灌要求100～120目過濾，滴灌要求120～200目過濾。

2 微灌過濾器的管理

為了保證微灌系統(tǒng)的正常運行和使用壽命，進入運行階段后，設(shè)備維護的重要性絕不亞于設(shè)備的選擇。過濾器的管理措施主要需注意以下幾個方面。

2.1 明確各類過濾器的缺陷，合理使用

砂石過濾器處理有機雜質(zhì)和無機雜質(zhì)都非常有效。但是，當顆粒小于20 μm時，砂石過濾器的截濾效果不理想。通過對大田灌溉用過濾器的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，對分離粒徑在1～10 μm范圍的污粒，砂石過濾器基本是無效的，其過濾效率低于15%，但當去除大于10 μm污粒時砂石過濾器的效率卻高于50%[1]。水力旋流器最適合分離水中含有的大量砂子及石塊，在滿足過濾要求的條件下，以60～150目為宜，分離效率為92%～98%，但水頭損失較大[1]。而篩網(wǎng)和疊片過濾器的過濾效果則不如前二者。

同時水力旋流器在水泵啟動和停機時過濾效果較差，會有較多砂粒進入系統(tǒng)，一般是不能單獨承擔微灌系統(tǒng)的過濾任務(wù)，必須與篩網(wǎng)或疊片過濾器結(jié)合使用。

2.2 灌溉水源初級處理，減輕過濾負擔

當水中泥砂含量太多或者含有氧化鐵，篩網(wǎng)和砂石過濾器會因頻繁沖洗而失去作用[4]，這時，設(shè)置沉砂池作為初級過濾是十分必要的。同時水中雜物較多時，需在進水口安裝網(wǎng)式攔污柵，以攔截枯枝殘葉和去除固體物質(zhì)。

過濾器并不能解決化學和生物堵塞問題，對水中的化學和生物污物通常采用水體的氯處理和酸處理辦法[5]以溶解沉淀和殺死微生物。但此類方法應(yīng)用于灌溉系統(tǒng)會傷及作物根系，劑量過度還會影響灌水器壓力補償片的工作性能[6]。所以用戶可以定期處理水體，在高含砂量的蓄水池中加入0.1%的沸石后10 h左右，即可將泥濘沉積到池底。對容易長藻類的蓄水池可以加入硫酸銅等殺滅藻類，有條件的還可以將蓄水池進行覆蓋，以隔絕空氣[4]。

2.3 配套設(shè)備的相應(yīng)選擇

從系統(tǒng)內(nèi)部講，由于微灌系統(tǒng)是小水勤灌，運行頻繁，水泵連續(xù)運轉(zhuǎn)時間長，一般的水泵葉輪極易生銹和磨損。在我國尚缺微灌專用防銹耐磨水泵，水泵壽命短，水泵的銹屑添加過濾負擔，而且也給系統(tǒng)堵塞帶來危害[5]。在過濾水源前，可先多次沖洗過濾器[7]。

噴水帶是目前應(yīng)用較為廣泛的一種灌水器。在一定壓力下水從噴水帶孔口噴出，高度幾十cm至1 m。將噴水帶鋪設(shè)于膜下或孔口朝下鋪設(shè)的灌水方式則相當于滴灌，但結(jié)構(gòu)大大簡化，對灌溉水質(zhì)的要求顯著低于滴灌，抗堵塞能力強，對過濾器的要求降低。

2.4 過濾器的定期清洗

當過濾器前后兩端的壓力表壓差超過一定值時，即需要對過濾器進行清洗。以一級過濾為例：水力旋流器前后壓差大于0.08 MPa，砂石過濾器前后壓差大于0.05 MPa，一般此情況下就需要清洗。在有經(jīng)濟條件的地方，可采用自動反沖洗類型的過濾器，以減少維護和工作量。

需要注意的是，疊片過濾器受水體中有機物和化學雜質(zhì)的影響，有些疊片往往被粘在一起，會出現(xiàn)不易被徹底清洗干凈的現(xiàn)象。水力旋流器底部的貯砂罐必須頻繁沖洗，以防止沉積的泥砂再次被帶入系統(tǒng)。砂石過濾器如在反沖洗時操作不當，就會使整個砂床移動而導致過濾器失效。當然，砂石過濾器的介質(zhì)還要及時替換，處理頻率視水質(zhì)情況而定，一般每年處理1～4次。

2.5 其他方面

在發(fā)現(xiàn)過濾器的濾芯、密封圈損壞時，必須及時更換，否則將失去對水的過濾效果。在冬季不用時應(yīng)將過濾器中的水排空，以防凍壞。

3 微灌過濾器使用的誤區(qū)

隨著微灌技術(shù)的推廣，農(nóng)戶享受到了微灌帶來的省水、省工和農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的經(jīng)濟效益，同時也面臨著運行費用、配套用品的高投入問題，便出現(xiàn)了一些錯誤的選型和使用方法。

(1)認為過濾器壓力損失越小性能越好，忽視了對過濾器壓力損失隨過流能力的提升而提高的考慮。

(2)只要安裝過濾器，便可以處理好水體。在以地表水為水源的微灌系統(tǒng)中，有農(nóng)戶僅安裝取水口攔污柵和首部的篩網(wǎng)過濾器即完成水體的過濾。這種情況下，很容易出現(xiàn)過濾器頻繁堵塞，并直接導致過濾器漏水的狀況。

(3)過濾器是去除水源雜質(zhì)的設(shè)備，處理完以后便可以灌溉。因此出現(xiàn)了施肥器直接串聯(lián)或并聯(lián)到灌溉系統(tǒng)中的現(xiàn)象，導致灌水器堵塞。

(4)篩網(wǎng)、疊片過濾器安裝隨意。進出水方向必須根據(jù)濾芯的過濾方向選擇使用，切不可反向使用。一來介質(zhì)網(wǎng)孔有楔形，反向過濾反而促使顆粒更加便捷通過孔隙；二來，反向使用使得過濾器自沖洗功能失效。

(5)按要求進行水體過濾后，便能保證灌溉水質(zhì)標準。懸浮顆粒在沉積到灌水器附近時，會受到一系列分子力，及物理、化學吸附作用，產(chǎn)生“吸附架橋”現(xiàn)象，顆粒聚集堵塞灌水器[2]。一旦有豐富的營養(yǎng)元素，水中的微生物會大量繁殖，形成大顆粒的有機團?；驕p小流道直徑[6]。對于水質(zhì)要求較高的灌水器或者設(shè)計使用年限較長的灌水器，需在田間(靠近灌水器位置)再添設(shè)末級過濾裝置，將管道中形成的大顆粒攔截。

4 總結(jié)

在微灌系統(tǒng)中，過濾器無論在首部樞紐還是灌水單元中都保障著灌水器的正常工作，過濾水源雜質(zhì)，過濾管道中殘存下的水垢和設(shè)備的銹蝕顆粒，以盡可能降低灌水器堵塞的概率。因此，過濾器的選擇應(yīng)充分考慮當?shù)氐乃搭愋突蛩|(zhì)分析情況、灌水器類型、灌溉需水量大小等情況，并進行正確地管理，以確保過濾器乃至系統(tǒng)的正常運行。

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