国内外研究进展

国内外研究进展：

滴灌是一种先进的节水灌溉技术，但由于滴灌灌水器的流道或孔口直径比较小，一般仅为1 mm左右，灌溉时对水质要求比较高[1-3]。而实际上任何水源都含有一定杂质及颗粒物质，很容易导致滴灌系统堵塞。过滤器是保证滴灌系统正常运行的关键设备，能有效清除灌溉水中各种杂质，避免灌水器堵塞，提高滴灌系统的灌水质量和运行效率。过滤器是消除堵塞的关键因素，是清除水中各种污物和杂质，保证灌水器正常工作的关键设备[4-5]，其水力性能直接影响灌溉系统的使用寿命。研究滴灌系统中典型过滤器的水力性能，对优化过滤器结构，进一步解决滴灌堵塞问题和推动节水农业发展有重大意义。在滴灌系统设计中需要根据水源的具体情况，确定适宜的过滤器，达到过滤效果好且水头损失小的效果，提高系统水力性能、降低运行成本。兹以网式过滤器和叠片过滤器为研究对象，研究这2 种过滤器在清水和浑水条件下局部水头损失变化规律和其对除沙率的影响，为滴灌系统设计和运行过程中确定过滤设备及过滤效果提供一定参考。

1研究意义：

充分研究滴灌系统中典型过滤设备的性能，从而提高过滤系统对生活污水的处理效率，进一步解决滴灌堵塞问题，充分发挥滴灌技术的节水增产效应。这对内蒙古节水农业的发展有重大意义。

还能充分利用生活污水进行滴灌，减轻滴灌对地下水的依赖程度，避免由于地下水超采引发的环境问题。限于经济技术条件，再生水水质虽然达到《农田灌溉水质标准》(GB5084-92)的要求，但由于其中仍含有大量藻类、盐分离子、固体悬浮物、有机物和微生物，极易引起滴灌灌水器的堵塞，对再生水滴灌系统构成威胁。该研究成果也可以应用到小型生活污水厂的再生水循环利用，为引生活污水用于滴灌系统中的过滤器配置提供技术指导。

同时，过滤设备性能的研究，能够完善滴灌配套产品，提升系统配套性能，降低滴灌系统运行成本，减少生产投入，降低生产成本，这对提高边疆少数民族的生活水平和维护社会稳定有着十分重要的政治意义，这也符合国家西部大开发的战略思路。

2国内外研究进展

2.1 过滤器设备研究进展

微灌系统中常用的过滤器有离心式过滤器、砂石过滤器、网式过滤器、和叠片式过滤器。

微灌系统中早期使用的过滤器是一种盆式陶管过滤器，是以陶管作为过滤元件过滤污水，把压力水流注入盆内，使水流通过管壁上微小毛孔渗进管内，将水中的各种污物截留在管腔外壁。其过滤效果好，但是过滤能力较小，易于堵塞，维修管理不方便，而且价格昂贵。

为了满足大面积推广微灌技术的要求，相关专家和厂商设计制造出了一种过滤能力大、过滤效果好和价格低廉的网式过滤器。这种过滤器是利用不锈钢丝网或特制尼龙丝网作过滤元件，过滤水中的污物。这种过滤器具有过滤能力大，结构简单，便于制造和安装等优点，但是早期的网式过滤器不具备反冲洗的功能，一旦被堵塞们就需全部拆开手工清洗，管理过程中费时费事。为了解决此问题，在上世纪 70年代中期研制出了贯洗式网式过滤器。随后，在此基础上有研制出了反冲洗式网式过滤器，从而更好地解决了其冲洗问题。

通过对网式过滤器过滤的水进行观测，发现该过滤器不能过滤掉柔软线状污物和油类。为了清除这些污物，就研制出了介质过滤器，砂石过滤器就是其中应用最为广泛的一种，澳大利亚的路易斯过滤器就是微灌系统中最早使用的一种砂石过滤器。它是采用一层或数层不同粒径的砂子和砾石作为过滤介质。为了解决冲洗问题，随后研制出了双罐（或多罐）反冲洗砂石过滤器。这种过滤器最大的优点就是三维过滤，有较强的过滤能力，但在冲洗时易扰乱砂灌内沙层结构。

近年来，一些研究单位和生产厂商研制和开发出了一类新型的叠片式过滤器，该过滤器是利用数量众多的带有凹槽的塑料环形盘锁紧叠在一起形成圆柱滤芯，当水流流经这些叠片

时，利用片壁和凹槽来聚集及截取杂物。片槽的复合内截面提供了类似于砂石过滤器中产生的三维过滤，其过滤效果很好，但水头损失较大。同时，对加工工艺要求很高。主要的制造厂商都在以色列、西班牙、美国等发达国家，国内使用的大部分叠片式过滤器都是从国外进口产品。在当前的微灌过滤系统中，为了减轻过滤器的负担，引进了水力旋流器（即离心式过滤器）作初级过滤，除去水中密度较大的固体颗粒[1-2]。

为了适应微灌的精确灌溉和自动化控制的发展趋势，国内外正在积极研发新型自动清洗过滤器。VehashkayaAmiadSinu 提出了一种自动反冲洗过滤器，Jan Hermene 研究了一种自清洗连续过滤系统等[1~2]。目前像以色列、美国公司等具有很多生产和研制自清洗过滤器的公司,他们研制生产了各种类型的自清洗过滤器。国内主要集中在对传统过滤器的改进和对其他领域应用过滤器的改造的基础上研发适合国内应用环境的新型自动清洗过滤器[3]。例如杨万龙等[4]研制了一种微灌用叠片式自动反冲洗过滤器，李亚雄等[5]研发了一种自动清洗河（渠）水网式过滤器，刘旋峰等[5]研制的新型双罐式“砂石+网式”全自动自洁式过滤器，孟剑等[6]对微灌全自动反冲洗过滤器进行了开发与研究。这些新型过滤器主要是通过在过滤器中安装差压变送器和电磁阀等装置，采用吸污式、刷式、转臂式、刮盘式和反冲洗式等方式实现自动清洗功能。

2.2 过滤器过滤效果和水力学特性研究进展

（1）离心式过滤器研究进展

吴柏志等（2005）[7]分析了颗粒在旋流器内的受力以及液体介质和固体颗粒的运动速度等运动情况，得出了颗粒主要承受离心力、液体浮力和粘滞阻力的作用，并针对 Stokes 区、过渡区和牛顿区分别进行了分析。根据所研究颗粒的雷诺数大多满足过渡区条件的实际，建立了颗粒的运动方程。结果表明，颗粒-液体间相对速度在很短时间内即可达到一个相对稳定的值。

孙新忠（2006）[8]针对离心筛网组合式过滤器的结构复杂、水力损失大、造价较高等不足，通过试验，研制出了一种适于 Q=80~140m3/h 流量范围段应用的新的一体式结构过滤器。测试结果表明，其泥砂处理效果达到国内同类产品的水平，水力损失仅相当于同类产品的32.5%~68.6%，成本仅为同类产品的30%~40%。

Mailapalli 等（2007）[9]研究了离心式过滤器处理浑水时，流量、水头损失固体物质含量的浓度以及过滤效率随运行时间的变化情况。研究表明：当含沙量为300mg/L 时，水头损失最小；刚启动时，过滤器对高含沙量的浑水处理效率较低浓度的高，但运行稳定后，其过滤效率相差甚小。

(2)网式过滤器研究进展

董文楚（1989）[10]按微灌对水质的要求，并根据国内外的实践经验，提出了如何正确地确定过滤器设计的有关参数，根据水力学原理提出了确定滤网过滤器的大小和水力性能的设计计算方法。

徐茂云（1992）[11]在对我国当时已有微灌用用筛网式过滤器水力性能的首次较系统的试验研究的基础上，提出了推求滤网在不同堵塞情况下过滤器局部水头损失系数的经验公式，并利用内插、外推的方法分析滤网堵塞导致水头损失的变化情况。分析结果表明只有当滤网过水面积相当小时，滤网的堵塞程度才对过滤器的局部水头损失有明显影响。作者还对当时过滤器设计提出了建议，认为滤网面积按管道过水面积的 7倍左右来设计新型的过滤器，就即能达到安全、节能要求，又能大大缩小过滤器的体积。

刘焕芳等（2006）[12]在对网式过滤器进行了系统的水力性能试验的基础上，分析了堵塞对过滤器局部水头损失的影响，指出过滤器的局部水头损失变化与过滤流量、过滤时间、水源含沙量有关，这些因素主要决定了过滤元件堵塞程度和变化快慢，即有效过水面积减小的频率，从而决定了额外局部水头损失增加的快慢程度。