楊圓坤，陶洪飛，馬合木江·艾合買提，李 巧，楊文新，姜有為，魏建群，李 莎

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水利工程安全與水災(zāi)害防治 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052；3.水發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250013)

1 研究背景

微灌是一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)，能顯著提高農(nóng)業(yè)灌溉用水效率[1-2]。但微灌系統(tǒng)中灌水器的流道尺寸微小，且有向更小尺寸發(fā)展的趨勢(shì)，水源中的污物雜質(zhì)極易造成灌水器的堵塞[3]，過(guò)濾器則是能有效清除灌溉水中的各種雜質(zhì)、保證灌溉水源水質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備[4]。其中，網(wǎng)式過(guò)濾器是當(dāng)前微灌系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的過(guò)濾器之一，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)其過(guò)濾性能和水頭損失進(jìn)行了深入研究，Adin等[5]認(rèn)為有機(jī)物的堵塞是影響濾網(wǎng)過(guò)濾性能的主要原因，濾餅顆粒的粒徑范圍為10～60 μm；李強(qiáng)強(qiáng)等[6]通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算出臥式自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器的排污時(shí)間為15～30 s；喻黎明等[7]給出了降低Y型網(wǎng)式?jīng)_洗難度的優(yōu)化方案；Duran-Ros等[8]指出網(wǎng)式過(guò)濾器自動(dòng)沖洗時(shí)的水頭損失超過(guò)5 m；宗全利等[9-10]分別通過(guò)數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)的方法探究了自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器堵塞不均，清洗不易的原因；阿力甫江·阿不里米提等[11-13]研究了魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器清水和渾水水頭損失，在流量為300 m3/h下，分別達(dá)到了0.58和4.00 m，并對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出濾網(wǎng)的堵塞存在不均勻現(xiàn)象；Duran-Ros等[14]和Demir等[15]對(duì)微灌過(guò)濾器的水頭損失進(jìn)行了研究，并運(yùn)用量綱分析得出了污水灌溉的過(guò)濾器水頭損失公式；王新坤等[16]應(yīng)用數(shù)值模擬研究了微灌用網(wǎng)式過(guò)濾器的水力特性，并在清水25 m3/h流量下，將過(guò)濾器的水頭損失從1.49 m降低至0.45 m。網(wǎng)式過(guò)濾器工作時(shí)采用封閉結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部過(guò)濾是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，要改善其水力性能存在一定困難。因此，有學(xué)者提出將傳統(tǒng)單一過(guò)濾器進(jìn)行組合[17-19]，但由于連接管道和篩網(wǎng)過(guò)濾器外殼等影響，產(chǎn)生的渾水水頭損失可達(dá)9 m[18]，且存在構(gòu)造復(fù)雜[20]、不易操作的問(wèn)題[21]。

針對(duì)上述泵后強(qiáng)壓過(guò)濾器存在的能耗高、投資大、濾網(wǎng)不易清洗[10,22-23]等問(wèn)題，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)陶洪飛等[24]創(chuàng)新提出了一種節(jié)能環(huán)保的泵前過(guò)濾沖洗措施，即微壓過(guò)濾沖洗池，并獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的發(fā)明專利證書(shū)(專利號(hào)為：ZL 201610063409.70)。其具有適應(yīng)性強(qiáng)、過(guò)濾效率高、投資少、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)勢(shì)，特別適合在多泥沙河流條件下進(jìn)行微灌的地區(qū)(如新疆地區(qū))。微壓是指沉沙池中產(chǎn)生的自然水頭，實(shí)際工程中一般為20～100 cm，此次試驗(yàn)裝置的工作水頭在10～45 cm。目前，已在新疆地區(qū)示范推廣微壓過(guò)濾沖洗池7座(采用的核心過(guò)濾元件均為柔性的腈綸材質(zhì)濾網(wǎng))，控制灌溉面積約9 100 hm2，每座平均控制面積1 300 hm2，種植的農(nóng)作物為棉花、打瓜和食葵。微壓過(guò)濾沖洗池運(yùn)行情況良好，該技術(shù)深受當(dāng)?shù)剞r(nóng)民用水服務(wù)專業(yè)合作社和老百姓的歡迎。

現(xiàn)已通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞接懥宋哼^(guò)濾沖洗池的污物處理能力[25]和排污方式[26]，但尚未對(duì)其核心過(guò)濾元件濾網(wǎng)的材質(zhì)進(jìn)行對(duì)比研究。因此本文開(kāi)展了微壓過(guò)濾沖洗池在采用腈綸和不銹鋼兩種不同材質(zhì)濾網(wǎng)下的渾水試驗(yàn)，從而獲得過(guò)濾性能最佳的濾網(wǎng)，以期為微壓過(guò)濾沖洗池的深入研究提供參考。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)與方法

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

本試驗(yàn)在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)選用腈綸和不銹鋼兩種材質(zhì)的過(guò)濾網(wǎng)，所取的孔徑和面積相同，分別為0.180 mm及100 480 mm2，為保證兩種濾網(wǎng)的連接方式一致，將濾網(wǎng)的兩端分別固定在微壓過(guò)濾沖洗池兩端的連接管和排污閥上。試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 微壓過(guò)濾沖洗池試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

試驗(yàn)裝置系統(tǒng)由渾水池、水箱(代替沉沙池)、微壓過(guò)濾沖洗池、過(guò)流管道、控制閥、攪水泵及吸水泵等構(gòu)成。水箱及微壓過(guò)濾沖洗池均采用透明亞克力板制作，水箱的長(zhǎng)、寬、高依次為500、300、650 mm；微壓過(guò)濾沖洗池的結(jié)構(gòu)尺寸在長(zhǎng)度、寬度、高度方向上分別為500、300、450 mm。進(jìn)水管、回水管、連接管、出水管的直徑分別為50、50、75、75 mm。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)過(guò)程中，室溫在28～31℃之內(nèi)，水溫基本恒定在23.4 ℃左右，整個(gè)試驗(yàn)在同種沙樣和同一循環(huán)系統(tǒng)條件下進(jìn)行。經(jīng)前期清水測(cè)試，確定了微壓過(guò)濾沖洗池的流量范圍為2～10 m3/h，取3、4、5、6、7 m3/h作為此次的試驗(yàn)流量。

2.2.1 渾水試驗(yàn) 在過(guò)濾過(guò)程中，渾水中的泥沙會(huì)隨過(guò)濾時(shí)間的增長(zhǎng)不斷在濾網(wǎng)上黏附積聚，堵塞濾網(wǎng)，水箱水深會(huì)隨之增加，所以將渾水試驗(yàn)分為定含沙量和定流量2種情況，共計(jì)18組試驗(yàn)。定含沙量試驗(yàn)是在含沙量基本相同(S=0.66 kg/m3)條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)回水閥，使每組試驗(yàn)流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量。試驗(yàn)中，用手持式超聲波流量計(jì)測(cè)流量，待水箱水位及出水管流量穩(wěn)定(開(kāi)機(jī)運(yùn)行30 s)后，每隔一段時(shí)間，需要利用鋼尺量測(cè)水箱中的水深，并用容量1 000 ml的燒杯取水箱及微壓過(guò)濾沖洗池中的水樣待測(cè)。定流量試驗(yàn)是在保持流量一定(Q=5 m3/h)、通過(guò)向渾水池(注入0.3 m3清水)內(nèi)分別加入0.15、0.30、0.45、0.60、0.75 kg的泥沙改變含沙量的條件下，量測(cè)水箱水深、過(guò)濾時(shí)間及進(jìn)水管和出水管的含沙量，利用烘干法測(cè)得水箱中的含沙量為0.36、0.46、0.66、0.96、1.17 kg/m3。

為保證工況一致，不銹鋼和腈綸濾網(wǎng)的渾水試驗(yàn)均采用同一沙樣，泥沙顆粒級(jí)配曲線如圖2所示。泥沙的中值粒徑D50為0.142 mm，其中，大于濾網(wǎng)孔徑(0.180 mm)的泥沙占比30%左右。

圖2 泥沙粒徑級(jí)配圖

2.2.2 試驗(yàn)步驟 試驗(yàn)開(kāi)始前，向渾水池中注入足量的清水，按設(shè)計(jì)的含沙量加入泥沙，開(kāi)啟攪水泵，使渾水池中的泥沙和水充分混合。試驗(yàn)過(guò)程中，啟動(dòng)吸水泵將攪拌均勻的渾水抽入水箱，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)回水閥來(lái)控制進(jìn)水管流量，待水箱水位上升，水流通過(guò)連接管進(jìn)入微壓過(guò)濾沖洗池中，在水箱中自然水頭形成的微壓作用下，驅(qū)動(dòng)水流經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)完成由內(nèi)向外的過(guò)濾，過(guò)濾后的清水由出水管流回渾水池中進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。每組試驗(yàn)均以濾網(wǎng)的堵塞情況決定微壓過(guò)濾沖洗池的工作時(shí)長(zhǎng)，采用不銹鋼濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾工作時(shí)，當(dāng)水箱水位接近水箱上緣時(shí)，立即關(guān)閉吸水泵，試驗(yàn)結(jié)束；采用腈綸濾網(wǎng)時(shí)，待濾網(wǎng)到達(dá)極限狀態(tài)[27]結(jié)束試驗(yàn)。停機(jī)后，將堵塞的濾網(wǎng)拆下觀測(cè)濾網(wǎng)堵塞狀況，用精度0.01 g的電子天平稱量濾網(wǎng)及其攔截泥沙的質(zhì)量。

2.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo) 試驗(yàn)通過(guò)觀察水箱水深的變化判斷濾網(wǎng)的堵塞情況，并確定了以過(guò)濾時(shí)間、攔截泥沙質(zhì)量及泥沙去除率3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為評(píng)判兩種不同材質(zhì)濾網(wǎng)過(guò)濾性能的依據(jù)。其中，泥沙去除率是在濾網(wǎng)即將發(fā)生堵塞時(shí)刻(即水箱水深恒定階段向水深快速增加階段轉(zhuǎn)變時(shí)刻)測(cè)得的，泥沙去除率的計(jì)算公式為：

(1)

式中：η為泥沙去除率，%；S為過(guò)濾前水箱中水的含沙量，kg/m3；S1為經(jīng)過(guò)微壓過(guò)濾沖洗池過(guò)濾后的水流含沙量，kg/m3。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

微壓過(guò)濾沖洗池在水流含沙量為0.66 kg/m3、流量為5 m3/h條件下，不銹鋼和腈綸兩種材質(zhì)濾網(wǎng)在過(guò)濾過(guò)程中不同時(shí)刻的試驗(yàn)現(xiàn)象如圖3所示。試驗(yàn)中觀察到，在t=0時(shí)刻，兩種濾網(wǎng)均率先自濾網(wǎng)尾部(水流方向上)出水。隨著過(guò)濾時(shí)間的推移，網(wǎng)孔逐漸被泥沙顆粒堵塞。當(dāng)t=180 s時(shí)，濾網(wǎng)出水位置逐漸由濾網(wǎng)尾部及底部向?yàn)V網(wǎng)前部和頂部發(fā)生改變。在t=0～180 s時(shí)段內(nèi)，濾網(wǎng)以介質(zhì)過(guò)濾為主，腈綸濾網(wǎng)因是柔性材質(zhì)，過(guò)濾時(shí)，濾網(wǎng)同含沙水流均處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，不能穿過(guò)網(wǎng)孔被截留的泥沙顆粒受濾網(wǎng)吸附及被水流沖刷；不銹鋼濾網(wǎng)過(guò)濾時(shí)，可觀察到有攜帶細(xì)小顆粒的淡黃色濾液從濾網(wǎng)最前端及中部流出。在t=180～360 s時(shí)段內(nèi)，隨著過(guò)濾時(shí)間的推移，濾網(wǎng)網(wǎng)孔逐漸被泥沙顆粒堵塞，濾網(wǎng)內(nèi)不斷被水流及其攜帶的氣體充滿。待濾網(wǎng)中氣體被完全排出，白色的腈綸濾網(wǎng)整體變黃，并且濾網(wǎng)的褶皺變得平整，濾網(wǎng)中擁堵的水體使濾網(wǎng)體積增大，網(wǎng)孔上被截留的泥沙顆粒嵌入程度加深，濾液含沙量減小，部分泥沙顆粒在重力作用下發(fā)生沉積，分布在微壓過(guò)濾沖洗池底部；在這一時(shí)段內(nèi)，觀察到經(jīng)不銹鋼濾網(wǎng)過(guò)濾的水流中懸浮泥沙顆粒含量下降。當(dāng)t=360 s時(shí)，濾網(wǎng)最前端及中部已無(wú)細(xì)顆粒泥沙滲出，有泥沙顆粒沉積在微壓過(guò)濾沖洗池的池底。

圖3 不銹鋼和腈綸兩種材質(zhì)濾網(wǎng)在過(guò)濾過(guò)程中不同時(shí)刻的試驗(yàn)現(xiàn)象(Q=5 m3/h,S=0.66 kg/m3)

3.2 水箱水深隨時(shí)間的變化規(guī)律

丁啟圣等[28]將濾網(wǎng)的過(guò)濾機(jī)制分為介質(zhì)過(guò)濾和濾餅過(guò)濾，后又根據(jù)過(guò)濾過(guò)程在時(shí)間上的先后，分出介質(zhì)過(guò)濾階段和濾餅過(guò)濾階段。本試驗(yàn)中，水箱中水深的變化能反映微壓過(guò)濾沖洗池中濾網(wǎng)的堵塞情況，故以水箱中水深隨時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行相關(guān)說(shuō)明。

3.2.1 定含沙量下水箱水深變化規(guī)律 圖4為水流含沙量穩(wěn)定在0.66 kg/m3左右時(shí)，不同流量下，不銹鋼和腈綸兩種濾網(wǎng)水箱水深隨時(shí)間的變化曲線。從圖4可看出：

(1)腈綸和不銹鋼兩種濾網(wǎng)水箱水深隨時(shí)間的變化規(guī)律不同。腈綸濾網(wǎng)存在水深恒定、水深快速增加及水深急速增加3個(gè)階段，而不銹鋼濾網(wǎng)僅含水深恒定和水深快速增加兩個(gè)階段。如Q=3 m3/h時(shí)，腈綸濾網(wǎng)在t=30～360 s為水深恒定階段，t=360～456 s為水深快速增加階段，t=456～482 s為水深急速增加階段；不銹鋼濾網(wǎng)在t=30～360 s為恒定階段，t=460～594 s為快速增加階段。

(2)流量越大，則水箱水深增加的速度越快。在Q=3、4、5、6、7 m3/h的情況下，不銹鋼濾網(wǎng)的水箱水深分別以0.16、0.20、0.25、0.36、0.47 cm/s的速度增加(圖4(a))；而腈綸濾網(wǎng)的水箱水深在快速增加階段分別以0.09、0.14、0.26、0.33、0.41 cm/s的速度增加，在急速增加階段分別以0.21、0.33、0.49、0.69、0.87 cm/s的速度增加(圖4(b))，流量為3、4 m3/h時(shí)尤為明顯。

圖4 兩種濾網(wǎng)在不同流量下水箱水深隨時(shí)間變化曲線(S=0.66 kg/m3)

(3)流量越大，水深恒定時(shí)間就越短，過(guò)濾時(shí)間(水深快速增加結(jié)束時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間)也越短。腈綸濾網(wǎng)和不銹鋼濾網(wǎng)的水深恒定時(shí)間相差不大，但不銹鋼濾網(wǎng)的過(guò)濾時(shí)間稍長(zhǎng)。在Q=3、4、5、6、7 m3/h情況下，不銹鋼和腈綸濾網(wǎng)的水箱水位恒定時(shí)間分別為360、324、300、270、234 s和360、330、306、270、240 s，兩者最大僅相差6 s；不銹鋼和腈綸濾網(wǎng)的過(guò)濾時(shí)間分別為594、510、439、362、301 s和482、435、394、341、295 s，不銹鋼濾網(wǎng)過(guò)濾時(shí)間比腈綸濾網(wǎng)分別長(zhǎng)112、75、45、21、6 s。這是因?yàn)殡婢]濾網(wǎng)形成的濾餅層厚度(濾網(wǎng)攔截泥沙厚度)比不銹鋼濾網(wǎng)厚，從而縮短了過(guò)濾時(shí)間。

3.2.2 定流量下水箱水深變化規(guī)律 圖5為流量穩(wěn)定在5 m3/h時(shí)，水流不同含沙量下，腈綸和不銹鋼兩種濾網(wǎng)水箱水深隨時(shí)間的變化曲線。由圖5可以得出：

圖5 兩種濾網(wǎng)在不同含沙量下水箱水深隨時(shí)間變化曲線(Q=5 m3/h)

(1)含沙量越大，則水箱水深增加的速度越快。在S=0.36、0.46、0.66、0.96、1.17 kg/m3情況下，不銹鋼濾網(wǎng)的水箱水深增加速率分別為0.19、0.24、0.25、0.27、0.30 cm/s；腈綸濾網(wǎng)的水箱水深快速增加速率分別為0.21、0.24、0.26、0.28、0.29 cm/s，水箱水深急速增加速率分別為0.41、0.46、0.49、0.51、0.53 cm/s。

(2)含沙量越大，則水箱水深恒定階段時(shí)間越短，微壓過(guò)濾沖洗池的過(guò)濾時(shí)間也越短；在水箱水深由恒定階段向快速增加階段轉(zhuǎn)變時(shí)刻，腈綸濾網(wǎng)的轉(zhuǎn)變更明顯。在S=0.36、0.46、0.66、0.96、1.17 kg/m3情況下，不銹鋼和腈綸濾網(wǎng)的水箱水位恒定時(shí)間分別為378、312、270、234、192 s和378、312、276、234、198 s，最大差值為6 s；不銹鋼和腈綸濾網(wǎng)的過(guò)濾時(shí)間分別為589、491、439、392、336 s和535、442、394、339、290 s。水箱水深增加的原因是網(wǎng)孔被細(xì)小的泥沙顆粒堵塞，水流只可通過(guò)濾餅層通道穿過(guò)濾網(wǎng)，增加了過(guò)流難度，因此發(fā)生水流擁堵，導(dǎo)致了水箱水深增加。而腈綸濾網(wǎng)濾餅層厚度較不銹鋼濾網(wǎng)厚，故而水箱水深增加更為明顯。

在水深恒定階段，兩種材質(zhì)濾網(wǎng)都是以介質(zhì)即濾網(wǎng)過(guò)濾為主，當(dāng)含沙水流流經(jīng)濾網(wǎng)時(shí)，大于網(wǎng)孔直徑的泥沙顆粒被直接截留，此時(shí)濾網(wǎng)起到過(guò)濾作用。這一階段，腈綸濾網(wǎng)是在運(yùn)動(dòng)條件下進(jìn)行過(guò)濾，濾網(wǎng)內(nèi)表面不易形成濾餅；而不銹鋼濾網(wǎng)是固定條件，使得撞擊在網(wǎng)孔上的泥沙顆粒被擊碎而穿過(guò)濾網(wǎng)或嵌附在網(wǎng)孔中。隨著流量、含沙量的增大，水流中攜帶的泥沙顆粒增多，網(wǎng)孔被與其孔徑相當(dāng)?shù)哪嗌愁w粒填滿或被細(xì)小顆粒的架橋作用覆蓋，形成濾餅，使濾網(wǎng)的過(guò)流道變小，過(guò)濾受阻，水箱保持水深恒定的時(shí)間就會(huì)變短。

在水深快速增加階段，由于濾餅的存在，水流擁堵，濾網(wǎng)內(nèi)壓力增大，嵌附在網(wǎng)孔和滯留在濾網(wǎng)內(nèi)表面的泥沙顆粒逐漸穩(wěn)固，使得濾網(wǎng)的過(guò)濾面積驟減，主要以濾餅過(guò)濾為主。由濾餅形成的多孔介質(zhì)，只允許更小粒徑的泥沙顆粒通過(guò)，并且在濾網(wǎng)內(nèi)部壓力和更細(xì)顆粒填充下，流道不斷變小，導(dǎo)致濾網(wǎng)過(guò)濾不通暢，水流和極小的泥沙顆粒只能在滲透流作用下穿過(guò)濾網(wǎng)，可觀察到水箱水深快速增加。流量、含沙量越大，單位時(shí)間濾網(wǎng)內(nèi)細(xì)小的泥沙顆粒越多，顆粒間通道就越快被填滿，故水深增加速率越大。腈綸濾網(wǎng)在過(guò)濾初始的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使得其較不銹鋼濾網(wǎng)積累了更多的泥沙，因此形成較厚的濾餅層。

隨著過(guò)濾的進(jìn)行，腈綸濾網(wǎng)的體積在濾網(wǎng)內(nèi)的壓力和緊密聚集層疊的濾餅層作用下趨于穩(wěn)定，濾網(wǎng)進(jìn)入擠壓過(guò)濾階段。因?yàn)V網(wǎng)內(nèi)外含沙量的差異，產(chǎn)生的極化現(xiàn)象進(jìn)一步增大了濾網(wǎng)的過(guò)濾阻力，此為腈綸濾網(wǎng)的極限狀態(tài)，細(xì)顆粒泥沙很難再穿過(guò)濾餅及濾網(wǎng)，可觀察到水箱水深急速增加，且流量、含沙量越大，水深急速增加的速率更大。

3.3 濾網(wǎng)攔截泥沙及泥沙去除率對(duì)比

表1為不同水流含沙量和流量下，兩種濾網(wǎng)的泥沙去除率和濾網(wǎng)內(nèi)攔截的泥沙質(zhì)量情況。從表1可看出：

表1 不同水流含沙量和流量下兩種濾網(wǎng)的泥沙去除率和攔截泥沙質(zhì)量情況

(1)同一含沙量下，濾網(wǎng)攔截泥沙的質(zhì)量隨著流量的增大而減少；腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率和攔截泥沙質(zhì)量均大于不銹鋼濾網(wǎng)；腈綸濾網(wǎng)攔截到的泥沙粒徑比不銹鋼濾網(wǎng)小，濾液中的泥沙粒徑也更小。當(dāng)流量在3～7 m3/h變化時(shí)，腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率是不銹鋼濾網(wǎng)的1.42～1.45倍；腈綸濾網(wǎng)攔截的泥沙質(zhì)量從141.65 g減小至101.69 g，不銹鋼濾網(wǎng)攔截的泥沙質(zhì)量從94.70 g減小至61.62 g，腈綸濾網(wǎng)攔截的泥沙質(zhì)量是不銹鋼濾網(wǎng)的1.50～1.65倍。腈綸和不銹鋼濾網(wǎng)攔截泥沙的中值粒徑D50分別為0.132～0.156 mm和0.151～0.160 mm，經(jīng)腈綸和不銹鋼濾網(wǎng)過(guò)濾后濾液中泥沙的中值粒徑d50分別為0.109～0.128 mm和0.119～0.129 mm。

(2)在流量一定的條件下，兩種濾網(wǎng)攔截的泥沙質(zhì)量均隨含沙量的增大呈遞增趨勢(shì)；相比不銹鋼濾網(wǎng)，腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率更高，且腈綸濾網(wǎng)攔截到的泥沙粒徑更小，濾液中的泥沙粒徑也更小。當(dāng)含沙量從0.36 kg/m3變化到1.17 kg/m3時(shí)，腈綸濾網(wǎng)比不銹鋼濾網(wǎng)的泥沙去除率高17.10%～22.69%；所攔截的泥沙質(zhì)量是不銹鋼濾網(wǎng)的1.17～1.56倍。腈綸和不銹鋼濾網(wǎng)攔截泥沙的中值粒徑D50分別為0.126～0.156 mm和0.148～0.160 mm，對(duì)應(yīng)濾液中泥沙的d50為別為0.112～0.125 mm和0.120～0.129 mm。

經(jīng)分析認(rèn)為，微壓過(guò)濾沖洗池是在微壓條件下進(jìn)行過(guò)濾工作，濾網(wǎng)過(guò)濾過(guò)程中，濾餅形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程[29]。在流量較小時(shí)，水流提供給泥沙顆粒的動(dòng)能很小，形成濾餅時(shí)，受水流擾動(dòng)影響，減弱了渾水中固體顆粒在濾網(wǎng)面上的吸附和架橋作用，從而使得大量泥沙淤積在濾網(wǎng)內(nèi)。但隨著流量、含沙量的增大，單位時(shí)間內(nèi)渾水中攜帶固體顆粒的數(shù)量增多，泥沙顆粒嵌入網(wǎng)孔的動(dòng)力增大，濾網(wǎng)過(guò)水面上就易形成濾餅。因?yàn)V餅產(chǎn)生的流阻作用，使得濾網(wǎng)的孔隙率減小，能攔截到更小粒徑的泥沙顆粒。腈綸濾網(wǎng)在過(guò)濾時(shí)，會(huì)同含沙水流處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，泥沙顆粒不易發(fā)生黏附。因腈綸濾網(wǎng)中大量泥沙顆粒的積聚，會(huì)形成較厚的濾餅，較不銹鋼濾網(wǎng)，能攔截到更多的細(xì)顆粒泥沙，過(guò)濾后濾液中的泥沙粒徑也較小，因此腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率高于不銹鋼濾網(wǎng)。

為進(jìn)一步探討流量和含沙量對(duì)微壓過(guò)濾沖洗池泥沙去除率的影響，將恒定流量(Q=5 m3/h)下不同含沙量(S1=0.36 kg/m3、S2=0.46 kg/m3、S3=0.66 kg/m3、S4=0.96 kg/m3、S5=1.17 kg/m3)和恒定含沙量(S=0.66 kg/m3)下不同流量的不銹鋼(G)和腈綸(J)濾網(wǎng)泥沙去除率試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。從圖6可看出，流量對(duì)濾網(wǎng)的泥沙去除效率影響不大，但隨著含沙量的增大，濾網(wǎng)的泥沙去除效率會(huì)增大，且腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率大于不銹鋼濾網(wǎng)。當(dāng)流量恒定時(shí)(Q=5 m3/h)，腈綸和不銹鋼濾網(wǎng)的泥沙去除率分別為61.10%～83.50%和44.00%～62.05%。當(dāng)含沙量恒定時(shí)(S3=0.66 kg/m3)，不同流量下腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率均值均為72.68%；不銹鋼濾網(wǎng)的泥沙去除率均值均為50.58%，兩者相差1.44倍。

圖6 不同濾網(wǎng)的泥沙去除率

4 結(jié) 論

通過(guò)室內(nèi)物理模型試驗(yàn)的方法，在流量為3～7 m3/h和含沙量0.36～1.17 kg/m3條件下，對(duì)微壓過(guò)濾沖洗池采用腈綸和不銹鋼兩種不同濾網(wǎng)進(jìn)行了渾水測(cè)試，得出結(jié)論如下：

(1)不同濾網(wǎng)對(duì)應(yīng)水箱水深隨時(shí)間的變化規(guī)律不同。腈綸濾網(wǎng)存在水深恒定、水深快速增加及水深急速增加3個(gè)階段，而不銹鋼濾網(wǎng)僅含水深恒定和水深快速增加兩個(gè)階段。

(2)不同濾網(wǎng)的水深恒定時(shí)間相差不大，但不銹鋼濾網(wǎng)的過(guò)濾時(shí)間略大于腈綸濾網(wǎng)，濾網(wǎng)的過(guò)濾時(shí)間會(huì)隨流量、含沙量的增大而縮短。

(3)濾網(wǎng)攔截泥沙質(zhì)量隨著流量的增大而減少，隨含沙量的增大而增大，腈綸濾網(wǎng)攔截的泥沙質(zhì)量大于不銹鋼濾網(wǎng)。

(4)濾網(wǎng)的泥沙去除效率受流量的影響不大，但會(huì)隨含沙量的增大而增大，且腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率高于不銹鋼濾網(wǎng)。腈綸和不銹鋼濾網(wǎng)的泥沙去除率分別為61.10%～83.50%和44.00%～62.05%，腈綸濾網(wǎng)的泥沙去除率為不銹鋼濾網(wǎng)的1.35～1.42倍。

綜合考慮過(guò)濾時(shí)間、攔截泥沙質(zhì)量及泥沙去除率3個(gè)過(guò)濾性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，認(rèn)為腈綸濾網(wǎng)更適用于微壓過(guò)濾沖洗池。