微灌系統過濾器的應用與管理*

陳瑾 湯冠華

作者信息：1碩士、講師，浙江同濟科技職業學院，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，通過管道系統與安裝在末級管道上的灌水器，將水和作物生長所需的養分以較小的流量，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，促進農業生產的自動化控制；但微灌系統由于其灌水器的流道細小，極易被雜質堵塞，所以對水質的要求較其他的灌溉方式高得多。若過濾設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性能下降，甚至造成整個微灌系統癱瘓。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不滿足要求，導致微灌系統產生物理、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，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后繁殖生長，減小過水斷面，堵塞系統。根據堵塞成因不同，設計人員和用戶需要選擇相應的處理措施和過濾器。

微灌系統中對雜質的處理設備與設施主要有：攔污柵(篩、網)、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過濾原理、過濾介質和功能的不同，分為四種類型：篩網過濾器、疊片過濾器、砂石過濾器和水力旋流器。

(1)篩網過濾器。篩網過濾器以金屬絲網或尼龍絲網為過濾介質，將流經水流中所有大于網孔尺寸的懸浮顆粒都截留在濾網上，凈水則通過網芯流出。篩網過濾器價格便宜，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”過濾網而進入管道，造成微灌系統與灌水器的堵塞，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，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、結構簡單、運行可靠等特點，所以應用較為廣泛。

(3)砂石過濾器。砂石過濾器的過濾介質為均質砂子，它是利用過濾罐中的介質吸附及濾頭阻擋將流經的含雜質水過濾成清水。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，產生強大的離心加速度，從而使密度不同的物質迅速分離，密度較大的砂粒沿器壁旋轉下沉至底部貯砂罐，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備(即將進水的PVC管均勻打孔，并包裹濾網)，就可同時滿足系統過濾和流量要求。如果水體中雜質和漂浮物較多，可將網管改制成“過濾網箱”。如果系統要求流量較大，可選擇大流量過濾器或多個過濾器并聯過濾。

1.2 過濾器選型

為了選擇一定條件下最適宜的過濾系統，首先必須確定過濾系統上游的水質，然后根據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

如果當地缺乏水質分析資料，設計者和農戶也可以根據水的來源粗略選擇過濾器。篩網、疊片過濾器在灌溉水質良好或一般時，可以單獨使用；當灌溉水質不良時，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，它比篩網過濾器存留雜質的能力強，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，還需根據所選灌水器對過濾性能的要求，確定過濾器的目數大小。為保證灌水器的正常工作，過濾介質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

為了保證微灌系統的正常運行和使用壽命，進入運行階段后，設備維護的重要性絕不亞于設備的選擇。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和無機雜質都非常有效。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查研究發現，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，一般是不能單獨承擔微灌系統的過濾任務，必須與篩網或疊片過濾器結合使用。

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，篩網和砂石過濾器會因頻繁沖洗而失去作用[4]，這時，設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，需在進水口安裝網式攔污柵，以攔截枯枝殘葉和去除固體物質。

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。但此類方法應用于灌溉系統會傷及作物根系，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 配套設備的相應選擇

從系統內部講，由于微灌系統是小水勤灌，運行頻繁，水泵連續運轉時間長，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。將噴水帶鋪設于膜下或孔口朝下鋪設的灌水方式則相當于滴灌，但結構大大簡化，對灌溉水質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的影響，有些疊片往往被粘在一起，會出現不易被徹底清洗干凈的現象。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。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，砂石過濾器的介質還要及時替換，處理頻率視水質情況而定，一般每年處理1～4次。

2.5 其他方面

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

3 微灌過濾器使用的誤區

隨著微灌技術的推廣，農戶享受到了微灌帶來的省水、省工和農作物優質高產的經濟效益，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中，有農戶僅安裝取水口攔污柵和首部的篩網過濾器即完成水體的過濾。這種情況下，很容易出現過濾器頻繁堵塞，并直接導致過濾器漏水的狀況。

(3)過濾器是去除水源雜質的設備，處理完以后便可以灌溉。因此出現了施肥器直接串聯或并聯到灌溉系統中的現象，導致灌水器堵塞。

(4)篩網、疊片過濾器安裝隨意。進出水方向必須根據濾芯的過濾方向選擇使用，切不可反向使用。一來介質網孔有楔形，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，產生“吸附架橋”現象，顆粒聚集堵塞灌水器[2]。一旦有豐富的營養元素，水中的微生物會大量繁殖，形成大顆粒的有機團粒或減小流道直徑[6]。對于水質要求較高的灌水器或者設計使用年限較長的灌水器，需在田間(靠近灌水器位置)再添設末級過濾裝置，將管道中形成的大顆粒攔截。

4 總結

在微灌系統中，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，過濾管道中殘存下的水垢和設備的銹蝕顆粒，以盡可能降低灌水器堵塞的概率。因此，過濾器的選擇應充分考慮當地的水源類型或水質分析情況、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的正常運行。

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