南疆地區反沖洗過濾器使用效果分析*

王子龍 ，梁建軍 ，楊懷君 ，李 帆

（1.新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆 石河子 832000；2.哈巴河縣洪昇科技服務有限公司，新疆 阿勒泰 836500）

農業用水在全國用水總量中占有較大比例，且農業用水逐年增長，但農田灌溉水有效利用程度較低，部分地區仍然采用大水漫灌的方式，存在浪費農業用水的現象。發展節水型農業可以有效地降低農業用水比重，提高農業灌溉水有效利用率，建設節水型農業已成為必然發展趨勢[1]。南疆地區是指新疆天山以南、昆侖山以北地區，包括新疆生產建設兵團的四個師[2]。受風沙、水質等因素影響，沉淀池內灌溉用水無法直接引入滴灌系統。目前，南疆地區滴灌用水主要通過在泵管前固定濾網或在沉淀池布設正向清洗過濾裝置完成過濾。

1 反沖洗過濾器工作環境

過濾網價格較低，安裝方便，由于環境因素影響，水體懸浮物、顆粒物等含量較高，濾網網孔過小易使雜質堵塞濾網，降低過濾效率，嚴重時引發泵機空轉，損壞設備；濾網網孔過大會將雜質傳輸給灌溉系統，易堵塞滴灌系統[3]，需要人工清洗，清洗時往往還需要停止灌溉[4]，人工維護成本高，供應壓力不穩定，不利于農作物生長。正向清洗過濾裝置在工作過程中，凈水噴頭對附著在濾網表面的雜質進行正向沖洗，部分雜質隨水流清理出去，而泥沙等水體顆粒物容易附著在網孔縫隙內，正向清洗無法除去或隨水壓沖入濾網內，降低過濾效率與原水質量。針對以上問題，以第三師四十四團滴灌用沉淀池為背景，介紹反沖洗過濾器的工作原理、設計過程及使用效果，為類似過濾器的使用提供參考[5]。

第三師四十四團耕地面積22.1 萬畝，滴灌作物以棉花為主。滴灌沉淀池布設于地塊附近，由于土壤大多為灰包土，在空氣流動下易混入水池，形成水體顆粒物等雜質，為防止堵塞毛管滴孔，選用濾網較細，故容易堵塞濾網，需要人工值守清雜，不僅降低效率，也容易引發危險。因此，設計一種提質增效的反沖洗過濾器是本領域技術人員亟需完成的任務[6]，計劃布設的反沖洗過濾器示意圖，如圖1 所示。

圖1 反沖洗過濾器布設示意圖

2 反沖洗過濾器工作原理

反沖洗過濾器原理如圖2 所示。首先，灌溉用水進入沉淀池內，過濾器兩側浮箱提供浮力使固定在機架的筒形過濾網部分懸浮在水面上；其次，在重力作用下原水經過過濾，水位高于凈水出口即可開啟電源，水面以上部分通過泵房給出的揚程在過濾網筒的內部取出分流量進行反沖洗清潔，反沖洗噴頭利用水管壓力，分導部分水流自內向外對濾網進行沖洗；最后，置于機架上方電機驅動滾筒狀濾網旋轉，完成全方位清潔，提升工作效率；水面以下部分利用泵房把濾網內的凈化水抽出形成壓力差使原水經過濾網完成過濾，同時過濾水隨管道進入泵房[7]。

圖2 反沖洗過濾器過濾原理

3 反沖洗過濾器結構設計

反沖洗過濾器主要由機架、電機、浮箱、筒狀過濾網、反沖洗噴頭等組成。浮箱安裝在支架上；筒狀過濾網安裝在支架上且與其轉動連接；吸水清洗機構位于過濾筒內部中央且與其轉動連接，同時與支架固定連接。電機與筒狀過濾網采用帶傳動連接。反沖洗過濾器結構組成如圖3所示。

圖3 反沖洗過濾器結構

在反沖洗噴頭作用下，水面漂浮雜物吸附在轉動的過濾筒表面并對其進行沖洗，避免雜質附著在濾網上，能夠提高過濾效率和效果。

凈水出口所在軸與筒狀過濾網采用間隙配合，用尼龍棒加工的軸承侵入水中利用水作為潤滑劑在軸承與軸之間形成受力膜，從而達到自潤滑和降溫的效果。

過濾器作為一個獨立的單元，旋轉型桶芯不銹鋼過濾網在原始中依靠自身的浮力和設計的動平衡計算，借助于水體減振、減衰的功能，使得過濾器本身在做功的過程中處于相對平衡的運動狀態[8]。

3.1 結構特點

反沖洗過濾器是利用過濾水與電動機完成對濾網的循環式沖洗，實現長期穩定工作，為確保工作順利完成，通過在過濾器兩端設置浮箱，將過濾器浮于水面，過濾器內部水下部分通過泵房吸水，水上部分完成過濾自清洗。浮箱與支架采用不銹鋼材質可有效提高設備的耐腐蝕性及使用壽命。電機置于水上確保安全有效工作，提升設備安全性。

3.2 過濾目數

濾網指標參數如表1 所示。過濾目數是過濾器核心指標之一，濾網目數提高，過濾效果提升，過濾速度降低；濾網目數過低會使泥沙、樹葉、蟲子等雜質進入管網，堵塞毛管孔，影響滴灌效果。反沖洗過濾器濾網目數應在保證滿足滴灌需求的同時，兼顧過濾速率，優化使用效果。

表1 濾網指標參數

3.3 技術參數

過濾器主要參數如表2 所示。自清洗過濾器經反復試驗，硬件部分采用304 不銹鋼，濾網選擇不銹鋼網，軸承采用尼龍棒加工完成，浮箱材料采用聚氨酯泡沫板聚乙烯。

表2 過濾器主要參數

4 反沖洗過濾器使用效果

如圖4 所示，與傳統過濾器相比，南疆沉淀池使用反沖洗過濾器后取得以下效果。

圖4 反沖洗過濾器南疆使用效果對比

過濾效果：傳統正向清洗過濾裝置采用100 目網，使用反沖洗過濾器后，濾網采用150目不銹鋼網，滴灌系統水質得到了明顯的改善，泥沙和其他雜質的含量明顯減少，毛管滴孔堵塞程度有效降低，水的顏色和透明度得到了提升。

自動化程度：反沖洗過濾器可以自動完成過濾和反沖洗過程，不需要人工干預，減少了人工維護的時間和成本[9]。

運行情況：反沖洗過濾器的結構設計合理，運行穩定可靠，相較于懸浮式毛刷清潔過濾桶能夠有效將雜質清除，能夠適應南疆部分地區的惡劣環境條件。

經濟效益：南疆沉淀池傳統過濾器工作3 h～4 h就要清洗一次，使用反沖洗過濾器后，減少了人工管護成本，降低了運行成本；反沖洗過濾器內置凈水噴頭，相較于傳統過濾裝置結構簡單可靠，生產成本較低，經濟效益明顯。

社會效益：反沖洗過濾器的應用可以提供穩定的滴灌系統水壓，保證主細管滴水均勻，有效實現控水控量，減少水資源的浪費，提高灌溉水有效利用率，對建設節水型農業具有積極意義。

5 結語

反沖洗過濾器在南疆沉淀池的使用效果顯著，能夠解決南疆地區農業用水過濾難題，提高灌溉水有效利用率和水的質量，減少了人工維護的時間和成本，具有推廣價值[10]。同時，反沖洗過濾器的應用也可以促進節水型農業的發展，后期可通過與傳感器技術、電液控制技術等先進科技結合，形成水源凈化、雜質收集、水肥一體化等適宜南疆地區農業的生產模式，為農業節水提供新的解決方案。