一種智能反沖洗過濾滴灌水肥一體化裝置

唐凡 葉頌 甘雨康

1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都

2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川成都

3.自貢市自流井區(qū)水務(wù)局，四川自貢

1 研究背景及意義

水肥一體化技術(shù)將灌溉水與肥料有效融合，采用滴灌等節(jié)水灌溉方式，準(zhǔn)確高效地將水肥輸送到田間或作物根系部，能顯著節(jié)水節(jié)肥，提升產(chǎn)量和品質(zhì)，降低勞動力使用成本[1]。但由于肥料的結(jié)晶或者結(jié)塊，加上水中的泥沙沉積在管道中，容易造成滴頭堵塞，影響灌溉，因而過濾器對于滴灌工程來說至關(guān)重要[2]。疊片過濾器是滴灌工程中常用的一種過濾器，其過濾效果好，運(yùn)行成本低，性能可靠，安裝便捷，不足之處在于清洗困難，且需要頻繁地人為清洗，清洗時往往還需要停止灌溉[3]。

為此，我國研發(fā)設(shè)計出了一些自動反沖洗過濾器[4]。相較于已有的自動反沖洗過濾器，本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是合理利用空間，減少土地資源利用，降低成本；二是形式簡單，安裝方便，可根據(jù)實(shí)際情況增添或減少疊片過濾器數(shù)量；三是對過濾器的清洗更加徹底，清洗過濾器時，加入一定溶解劑或者消毒劑，能更徹底地清除水中的有毒物質(zhì)或化學(xué)沉淀，更利于作物生長；四是結(jié)合了過濾器清洗和施肥施藥功能，且清洗過濾器的過程與灌溉互不影響。

2 系統(tǒng)組成

該反沖洗裝置由管道、疊片過濾器、電磁閥、壓力表、控制器、電源、料液池等組成。其中，管道包括來水管、出水管和棄水管；疊片過濾器的個數(shù)不限；電源為蓄電池，如條件允許也可采用太陽能為蓄電池充電；控制器包括控制系統(tǒng)和傳感器等，根據(jù)傳感器感受疊片過濾器處的壓差，進(jìn)而為電磁閥傳遞信號，以控制閥門開閉實(shí)現(xiàn)反沖洗；料液池可采用封閉或開敞形式，根據(jù)具體的水肥一體化形式而定。其具體工作流程如下。

1）正常工作狀態(tài)。正常工作狀態(tài)如圖1所示，灌溉時，從水源處通過自流或水泵提供壓力，由來水管經(jīng)電磁閥進(jìn)入疊片過濾器過濾再由出水管輸入田間進(jìn)行灌溉，此時電磁閥關(guān)閉通往棄水管的管道；施肥前，可打開料液池前方的閥門，為料液池加入適量水，再加入水溶肥或藥進(jìn)行溶解，施肥時打開閥門c，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水肥一體化。

圖1 正常過濾施肥狀態(tài)

2）反沖洗狀態(tài)。反沖洗狀態(tài)如圖2所示，反沖洗狀態(tài)下，料液池中可加入少許對作物無害的洗滌劑或消毒劑。以A疊片過濾器為例，當(dāng)A過濾器中疊片保留了一定量的泥沙等懸浮顆粒后，便會導(dǎo)致壓差增加，因此，壓力表讀數(shù)增大，一旦壓差達(dá)到預(yù)設(shè)水平，控制器將信號傳給電磁閥a，以關(guān)閉通往來水管之間的管道，打開通往棄水管的管道，同時，通過控制器控制打開閥門c，水流從閥門b經(jīng)過濾器B和預(yù)先配置好的洗滌劑，從出水管一同倒灌入疊片過濾器A，由圖2可知反沖洗的水從A疊片過濾器的底部沖上來進(jìn)入疊片中心，形成一種與灌溉水流相反的由內(nèi)而外的水流沖擊，這會大大提高對疊片的清洗程度和效率，洗滌后的廢液從棄水管流出，以達(dá)到反沖洗過濾的目的。同理，可實(shí)現(xiàn)其余位置疊片過濾器的清洗。

圖2 反沖洗狀態(tài)

3 關(guān)鍵技術(shù)

與傳統(tǒng)滴灌過濾器或傳統(tǒng)反沖洗過濾器相比，該裝置設(shè)計的關(guān)鍵在于智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)由線路、電磁閥、控制器等組成，控制系統(tǒng)可根據(jù)自定義的壓差閾值來調(diào)控閥門的開閉，以實(shí)現(xiàn)反沖洗的智能化，其布置方便，具有使用簡單、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。智能控制系統(tǒng)可考慮兩種實(shí)現(xiàn)方式，一是控制器直接發(fā)信號給反沖洗閥，調(diào)節(jié)閥門開閉，或者由控制器通過控制電流（電路）來控制電磁閥調(diào)節(jié)閥門開閉。

料液池可考慮兩種形式。一是開敞式，這種形式的優(yōu)點(diǎn)在于可以使水肥徹底溶解，且施肥量大；缺點(diǎn)在于施肥時需要提供動力如水泵，或者采用特定設(shè)備如文丘里施肥器或施肥泵。二是封閉式，這種形式優(yōu)點(diǎn)在于無需任何外部設(shè)備，靠管道自身引流施肥，缺點(diǎn)在于料液器體積有限，溶解不充分，施肥量較小，且多為金屬材質(zhì)，存在腐蝕生銹問題，具體形式可根據(jù)實(shí)際情況，如灌溉面積、作物等具體情況而定。

可以考慮將反沖洗裝置與其他常見的過濾裝置相結(jié)合，組成組合式過濾器，如將本文的疊片過濾器與砂石過濾器組合，同樣可以設(shè)置反沖洗裝置，并且這種組合式過濾器的適用性和過濾性將大幅提高，可以滿足水源條件和占地條件更加復(fù)雜的情況。

4 結(jié)語

本文從智能反沖洗過濾式滴灌水肥一體化裝置的研究背景、系統(tǒng)組成、關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行了分析和闡述。該研究成果具有灌溉水利用效率高、操作及維護(hù)簡單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適宜在多種工況下使用，尤其是在灌溉水源為地下水或含沙量較高的地區(qū)使用。