微灌系统中过滤设备的种类和选型

微灌系统中过滤设备的种类和选型美国雨鸟国际公司吕露内容提要：微灌系统通过灌水器（微喷头或滴头）来调节流量，灌水器的流道直径均很小，极易被灌溉水中的物理和化学杂质堵塞，因此，在微灌系统中必须配置适宜的过滤设备，本文就微灌系统中过滤设备的选型问题进行一些阐述。

一、引起灌水器堵塞的主要原因：1.有机物：有机物来自于供水水源或在灌溉季节滋生于供水管道中，有机物数量的多少主要取决于水源，如开敞式静水塘坝或水池中，会滋长大量有机物。

大颗粒的有机杂质可过滤掉，但许多细小的澡类分解后仍能进入系统，然后在管道中不断絮结，并在灌水器出口处形成一道弧形的堆积带，从而堵塞灌水器流道。

2.微生物：经常出现的微生物主要含铁和硫离子。

含铁的微生物是由可溶解的亚铁离子氧化而成，粘附在管道内壁和灌水器流道中，形成一种称做赭石的沉积物，会很快堵塞灌水器。

硫化物是一种白色或黄色的粘稠纤维沉积物，其表面会吸咐很多其它杂质。

3.无机物：例如砂子、碎石硝等其它杂质，由于其粒径过大无法穿过灌水器流道，从而引起堵塞。

甚至悬浮于水中的粘土粒，也会聚集成大的颗粒堵塞灌水器流道。

4.化学杂质：通常水体中含大量Ca、Mg、Mn等矿物质，它们沉积后会形成水垢；具有施肥功能的微灌系统，一些随肥料、农药进入系统的可溶离子，由于温度、压力、PH值等因素的变化，也可能形成沉积物而堵塞灌水器。

二、过滤系统选型的基本计算和参数灌水器一旦堵塞，会引起配水不均、系统性能下降，甚至造成整个系统瘫痪，这样就不得不耗费大量人力和财力来排除堵塞或重建系统。

因此为防止灌水器堵塞和投资浪费，任何微灌系统都必须合理配置过滤设备。

在选择过滤设备之前，应首先确定以下因素：∙弄清楚灌溉水中含有哪些杂质。

通过水质化验可获得杂质的粒径、物理特性、浓度等指标，这些指标将决定所选过滤器型式及其维护方式。

∙确定所选灌水器的流道直径，将用此直径选定过滤器的过滤能力。

∙确定灌溉系统的峰值流量，将用此流量选择过滤器的过滤容量。

∙进行造价比较。

若选定了一种过滤器，但必须把自动控制和维护管理费用加进总造价中，进行经济比较后选择合适的过滤系统。

所选过滤器的目数即过滤器的过滤能力取决于灌水器的流道直径，大量观测数据表明，仅七、八个悬浮固体颗粒就可在流道出口处形成一个弧形堆积带，从而引起灌水器堵塞。

要防止这种弧形堆积带的形成，对于微喷系统的过滤器，必须能将大于1/7喷咀直径的杂质全部滤掉；对采用长流道滴头的滴灌系统，过滤器的过滤能力务必达到能将大于1/10滴孔直径的杂质全部滤出。

对于不同的微灌系统，过滤器的滤孔直径可用公式表示如下：微喷系统： d L=d P/7 (1)滴灌系统： d L=d D/10 (2)式中 d L —滤孔直径（mm）d P —微喷头喷咀直径（mm）d D —滴头滴孔直径（mm）表1给出滤孔直径与滤网目数的对应关系，设计中可参考查用。

网式和叠片式过滤器的过滤能力通常以目数表示，而砂石过滤器则用过滤砂的标号表示过滤能力，因此查出目数后还需从表7中查出对应该目数的过滤砂的标号。

表1 滤孔直径与滤网目数的对应关系在此给出不同水质条件下的常用过滤器型式（见表2），此表把水质作为主要影响因素，也许再考虑其它影响因素选出的过滤器型式与该表中所列的有所不同，例如水中有机和无机物含量均小于5 mg/L，按此表选用手动冲洗网式过滤器即可，若整个系统采用自动控制，考虑自控的要求，就需选用自动冲洗网式过滤器，表2仅供设计中参考。

表3列出一些厂家微灌设备所推荐的过滤要求，以便工程设计中查用。

表2 不同水质下的常用过滤器型式三、沉沙池一般水中含沙量超过200mg/L或水中含有氧化铁，均需建沉沙池进行水质处理，沉沙池设计应遵循以下原则：∙微灌系统的取水口尽量远离沉沙池的进水口。

∙在灌溉季节结束后，沉沙池必须能保证排掉所沉积的泥沙。

∙微灌系统尽量提取沉沙池的表层水。

∙在满足沉沙速度和沉沙面积的前提下，应建窄长形沉沙池，这种形状的沉沙池比方形沉沙池的沉沙效果好。

表4给出了不同粒径泥沙的沉降速度。

∙从过滤器反冲出的水应回流至沉沙池，但其回水口应尽量远离微灌系统的取水口。

表4 不同粒径泥沙的沉降速度泥沙沉降的快慢取决于其自身的粒径和重量，由于粘土颗粒很小，需要的沉降时间太长，要在沉沙池中完全沉降是不现实的，即使过滤系统也无法去除如此小的颗粒，因此允许悬浮在水中，并通过过滤器由滴头滴出。

由于毛管末端的流速很低，很可能在此处发生堵塞，一段时间后通过冲洗毛管即可解决。

可由式（3）计算出沉沙池中泥沙需要的沉降时间：t =h/V (3)式中： t —需要的沉降时间(min)h —泵吸水管入口位于水面以下的深度(m)V —泥沙沉降速度(m/min)，查表4虽然用沉沙池处理悬浮泥沙的效果很好，但同时由于容易滋生藻类和微生物，造成有机物含量增加，因此应对水质加以分析，再决定微灌系统应选用何种类型的过滤器。

四、砂石分离器砂石分离器是由高速旋转水流产生的离心力，将砂粒和其它较重的杂质从水体中分离出来，它内部没有滤网，也没有可拆卸的部件，保养维护很方便。

其底部的积沙室必须频繁冲洗，以防沉积的泥沙再次被带入系统。

针对有机物或比水轻的杂质，砂石分离器的分离效果很差。

只有在一定的流量范围内，砂石分离器才能发挥出应有的净化水质的效果，因而对那些分区大小不一、各区流量不均的灌溉系统，不宜选用此种过滤器。

砂石分离器正常运行条件下的水头损失应在3.5—7.7m 范围内，若水头损失小于3.5m，则说明流量太小而形不成足够的离心力，将不能有效分离出水中的杂质。

只要通过砂石分离器的流量保持恒定，则其水头损失也就是恒定的，并不象网式和砂石过滤器那样，随着滤出的杂质增多其水头损失也随之增大。

对大于200目的杂质，砂石分离器虽可分离出95%，但它并不能分离出水体中的所有杂质，因此它只适宜用于微灌系统水质的初级过滤，一般用在含沙量大的地下水和地表水的初级处理中。

五、网式过滤器网式过滤器用于处理水体中的无机杂质最有效，当水流穿过滤网时，大于滤网目数的杂质将被拦截下来，随着滤网上粘附的杂质不断增多，滤网前、后的压差也愈来愈大，如果压差过大，网孔受压扩张将使一些杂质“挤”过滤网进入灌溉系统，甚至致使滤网破裂，因此必须采取适当的管理措施，确保滤网前、后的压差保持在允许范围内。

只有通过严格选型并在正常条件下运行，网式过滤器才能达到经济高效的目的，表5给出了不锈钢滤网的一些参数。

1. 手动冲洗的网式过滤器如果要用网式过滤器拦截和除去大量的有机杂质，就必须大幅缩减过流量，降低它应有的过滤效能，因此一般不用手动冲洗的网式过滤器去处理含有大量有机杂质的水体，虽然自动冲洗的网式过滤器在这方面的效果比手动冲洗的网式过滤器好些，但效率仍然不高。

表5 不锈钢滤网的参数市场上有很多不同用途的网式过滤器，直冲网式过滤器是常用的一种，在过滤状态时，杂质被拦截在滤网的内侧，当需要冲洗时打开冲洗口的排沙阀，高速水流迅速将滤出的杂质冲出过滤器，微灌系统经常用到30—200目的尼龙或不锈钢滤网。

在实际应用中，为了提高过滤系统的容量，往往将多个网式过滤器并联使用。

2.自动直冲网式过滤器直冲网式过滤器可通过在冲洗口处安装电磁阀，用滤网前、后形成的压差来控制自动冲洗，当压差达到预设值时，控制器将信号传给电磁阀，使其打开从而完成自动冲洗。

另一种方法是用定时控制器实现自动冲洗，设置每隔一定时间启动一次电磁阀，完成一次冲洗过程。

3. 网式过滤器的选择水流通过滤网的经济流速一般推荐为0.15m/s，各厂家率定网式过滤器的最大过流量的标准可能有些不同，在选择一种网式过滤器时，可从其技术参数中查得经济流速值。

所有网式过滤器都应通过设计和率定，并提出一般水质条件下的最大过流量指标。

如果水质很差，要让网式过滤器仍能通过期望的流量，那么就需增加滤网的表面积。

在水流通过滤网的经济流速V=0.15m/s条件下，可用式（4）计算出网式过滤器的最大过流量，以式（5）计算滤网的表面积。

Q=550A (4)SA=Q/(3650 x V x P) (5)式中: Q —网式过滤器的最大过流量(m3/h)A —网孔的总面积(m2)SA—滤网的表面积(m2)V —水流通过滤网的经济流速(m/s)，一般V=0.15m/sP —网孔面积占滤网总表面积的百分数，由表5查得，在公式中以小数表示例 1：有一采用滴灌带的灌溉系统，系统流量为45m3/h，滴灌带的滴孔直径0.75mm，从井中取水，井水中不含有机物，无机物含量小于5mg/L。

试选过滤器型式；若选用了网式过滤器，在水流通过滤网的经济流速为0.15m/s时，请确定滤网目数及表面积并选定过滤器型号和技术指标。

解：根据上述的各参数和条件，首先选择过滤器型式，其次计算其它指标并确定滤网目数和表面积，最后选定过滤器型号和技术指标。

1. 选择过滤器型式以水中杂质类型和含量查表2，该例水中不含有机物且无机物含量小于5mg/L，因而选用手动冲洗网式过滤器即可。

2. 确定滤网目数滴灌系统采用式（2）计算过滤器的网孔直径d L，现知滴灌带滴孔直径d D=0.75mm，则d L=d D/10=0.075mm；以d L查表1选定200目滤网。

3. 确定滤网表面积以式（5）计算滤网的表面积，现知Q=45m3/h，V=0.15m/s，由表5查得200目滤网对应的网孔比例P=33.6%，则滤网表面积：SA= Q/(3650 x V x P)=45/(3650 x 0.15 x 0.336)=0.245m2通过以上步骤可知，该系统应选用200目手动冲洗网式过滤器，且滤网表面积不小于0.245m2。

4. 选定过滤器的型号以上述参数查有关厂商的产品样本或向其咨询，即可选定符合要求的过滤器的型号。

例如查美国雨鸟公司的样本，选定SS6-1型号的不锈钢手动冲洗网式过滤器，其技术指标为：滤网目数200目，最大过流量45.4 m3/h，滤网表面积0.26 m2，工作压力0.7MPa，进、出口直径为3”，排污管直径2”。

六、叠片式过滤器叠片式过滤器是由大量很薄的圆形叠片重叠起来，并锁紧形成一个圆柱形滤芯，每个圆形叠片有两个面，一面分布着许多S形滤槽，另一面为大量的同心环形滤槽。

如果叠片式过滤器的过滤能力不同，则其叠片上的S形和环形滤槽的尺寸也不同，与网式过滤器一样，叠片式过滤器的过滤能力也以目数表示，一般这种过滤器的过滤能力在40—400目之间，通常将不同目数的叠片做成不同的颜色以便区分。

由于叠片上的滤槽是三维的，厂商除了提出滤槽的表面积外，还会给出滤槽的体积。

叠片式过滤器正常工作时，叠片是被锁紧的，当要手动冲洗时，可将滤芯拆下并松开压紧螺母，用水冲洗即可。

此种过滤器也分手动或自动冲洗，在过流量相同时，它比网式过滤器存留杂质的能力强，因而冲洗次数相对较少，冲洗的耗水量也较小。