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。

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。

        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）

    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

    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。

表5 不锈钢滤网的参数

目数（目）	网丝直径（mm）	网孔边长（mm）	网孔所占比例（%）
80	0.14	0.18	31.4
100	0.11	0.14	30.3
120	0.09	0.12	30.7
140	0.08	0.11	34.9
150	0.07	0.10	37.4
180	0.06	0.08	34.7
200	0.05	0.073	33.6
220	0.043	0.07	38.7
240	0.04	0.066	38.3
250	0.04	0.06	36.0
325	0.036	0.04	30.7

　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。

    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/s

                P — 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。

    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。

    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。

    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。

    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。

    叠片式过滤器单位滤槽表面积过流量范围约为1.2—19.4L/h/cm²，过流量的大小受水质、目数、水中有机物含量和允许压差等因素的影响。为了减少冲洗频率，单位滤槽表面积过流量通常维持在2.4L/h/cm²，只要将叠片式过滤器装在某条支管上，测出过流量后就可反算出它的滤槽表面积。

    在所有过滤器中，用砂石过滤器处理水中有机杂质和无机杂质最为有效，这种过滤器滤出和存留杂质的能力很强，并可不间断供水。只要水中有机物含量超过10mg/L时，无论无机物含量有多少，均应选用砂石过滤器。

    过滤罐通常做成圆柱状，罐直径为0.6—1.2m，罐内滤料厚约25—50cm。它允许在滤料表面淤积几厘米厚的杂质，这一点远比网式和叠片式过滤器优越。砂石过滤器系统通常为多罐联合运行，以便用一组罐中滤后的水来反冲其它罐中的杂质，过流量越大需要并联运行的罐也越多。

    当砂石过滤器在正常过滤状态下，未经过滤的水从每个罐的上部进入罐中，在水压力的作用下均匀透过滤料汇集到罐的底部，然后将各罐中的清洁水汇到干管中送入灌溉系统。在砂石过滤器的设计中，必须保证水体均匀扩散在滤料中，再由底部的集水装置汇集这些清洁水，严禁水体只从局部滤料中穿过。

    即使砂石过滤器在清洁状态下正常供水，水体透过滤料也存在水头损失，造成过滤罐进、出口间有一个既定水头差，只要在这一既定水头差基础上又增加3.5m水头差时，整个过滤系统就应该进行反冲洗。在实际操作中，当过滤罐进、出口间总水头差超过7m时，就必须进行反冲洗。

    砂石过滤器广泛采用的是管状集水装置，它经久耐用并且维护管理也方便。采用管状集水装置的砂石过滤器，在过滤罐的底部要填装一层花岗岩砾，其粒径范围为12—19mm，从管状集水装置最顶端算起，该层填装厚度不小于7.5cm。填装花岗岩砾层的作用，一是将上部滤料和底部管状集水装置隔开，防止滤料通过管状集水装置被送入灌溉系统，二是帮助反冲水流充分扩散到滤料中，提高反冲洗效果。若反冲流量过大，会造成滤料混入花岗岩砾层中，引起过滤效果下降。管状集水装置上的缝隙大小必须与滤料的粒径相适配，以防堵塞而降低集水和反冲效果。

⑴ 确认注入过滤罐的水能与所用的化学药品混合。

⑵ 打开过滤罐上部的检查孔，关闭干管上的总阀门，然后开始向每个罐中注水，使水面与罐体上部的一圈焊缝齐平，此时不必将罐中的滤料取出来。

⑶ 不能将化学药品直接投进罐中，应把它用水稀释后注入。在此务必注意，不能在同一次处理中即使用氯又使用酸！

⑷ 处理有机物堵塞时，若采用浓度为12%的氯水，请按表6确定剂量，如果氯水浓度为6%，表6中的剂量得加倍，然后保持24小时。

⑸ 处理无机物堵塞时，按照表6中的剂量注入浓度为31.4%的酸剂，然后保持5小时。

⑹ 在处理堵塞期间，盖好检查孔但不能拧紧螺栓。

⑺ 在过滤器上作出明显标记，警告人们此系统正在进行化学处理，以免发生意外。

⑻ 化学处理完成后，锁紧检查孔盖板，打开干管上的总阀门，然后启动机组依次将每个罐反冲洗3分钟并重复几次，接着让整个灌溉系统轮灌一遍，至此完成一个处理过程。

按照以上步骤处理一到两次，一般足以消除堵塞，如果处理完后仍无效，只有请求厂家来处理。

表6 处理砂石过滤器堵塞所用化学药品的种类和剂量

罐体直径（cm）	处理有机物堵塞	处理无机物堵塞
	氯水（升）	酸剂（升）
35	0.475	0.25
45	0.775	0.4
60	1.25	0.62
75	2.2	1.1
90	3.25	1.6
110	5.5	2.75
120	7.6	3.8

　

    只有正确的安装，才能使砂石过滤器发挥出应有的效能，应先确认第一次运行水体透过滤料时的水头损失值。若安装不正确，可能使水头损失达7—17m，远远超过允许的2—3.5m。安装时应遵循以下步骤:

    [2]严格按照厂商给出的各介质层厚填装相应的滤料。

• 用压差计测量过滤系统进、出口的压差值，当此值达到预设的压差时，产生一个电信号并反馈给控制器，控制器即依次自动打开每个罐上的反冲控制阀，从而实现自动反冲洗；同时控制器中装有一个计时器，可预设冲洗延续时间。在洁净的滤料既定的水头损失上再加3.5—5.0m即为要预设的压差值，此值一般界定在5.5—10m之间，关键取决于滤料洁净状态下既定的水头损失大小，因此首先要确认滤料洁净状态下既定的水头损失值。为了防止罐底部集水装置被细小的滤料堵塞，预设压差不宜过大，适度增加反冲洗频率。
• 从一个罐反冲控制阀关闭到另一个反冲控制阀完全打开之前，必须预留一定的延时，以便压力回升使每个罐均能获得相同的足够的反冲压力。
• 定期检测排污管排出的水质是否洁净，若发现反冲过程末排出的水中仍含有杂质，说明罐中杂质未被反冲干净，应适当调长反冲延续时间。

表7 不同滤料与过滤能力对应关系表

滤料标号	平均有效粒径（mm）	滤料材质	过滤能力（目）
#8	1.5	花岗岩	100-140
#12	1.2	石英砂	130-140
#11	0.78	花岗岩	140-180
#16	0.7	石英砂	150-200
#20	0.47	石英砂	200-250

　

    例2: 有一自动控制滴灌系统，每颗树布置2个滴头，每个滴头流量为2L/h，滴孔直径0.75mm，地表水源中有机物含量10mg/L左右，系统总流量50m³/h，部分肥料计划由滴灌系统施入。请选配过滤器类型，若选用了砂石过滤器，帮助确定滤料标号、过滤罐直径和数量，并列出所选砂石过滤器的型号及各项技术参数。

    解：首先选择过滤器类型，若选定砂石过滤器，接着逐步确定它的各项结构参数，最后选定型号及技术参数。

    过滤器的类型与水源的水质密切相关，现为地表水源且有机物含量约10mg/L，参考表2选用自动反冲洗砂石过滤器。

    滴灌系统由式（2）计算滤孔直径，现知滴孔直径d_D=0.75mm，则滤孔直径:

d_L=d_D/10=0.75/10=0.075mm

以此查表1知，选得该灌水器所要求的过滤能力为200目。

    以200目过滤能力查表7，与此对应的滤料为#16石英砂；对自动反冲洗砂石过滤器而言，此例水源中有机物含量偏允许值的下限，因而可取滤料单位截面积过水流量q=49m³/h/m²，已知系统总流量Q=50m³/h，则所需罐的总截面积:

A=Q/q=50/49=1.02 m²

    以总截面积A=1.02 m²，查表8可知，3个直径为76cm或2个直径为91cm的罐均能满足要求，罐的总截面积分别为1.39m²和1.30m²，均大于计算的1.02m²。

    对于3个直径为76cm的罐：由表9知，#16石英砂滤料单位截面积所需的最小反冲流量q₁=44 m³/h/m²，而其单罐截面积a₁=0.46 m²，则单罐反冲流量：

Q₁=q₁ x a₁=44 x 0.46=20.24 m³/h

    因过滤系统为自动反冲洗，一个罐反冲洗时，其它两个罐的过流量必须等于系统总流量与单罐反冲流量的总和，两个罐的总截面积a₂=0.95 m²，则未冲洗的两个罐的单位截面积过流量:

q₂=(Q+Q₁)/a₂=(50+20.24)/0.95=73.94 m³/h/m²

此值接近允许的73 m³/h/m²，可满足要求。

    对于2个直径为91cm的罐：以上述同样的方法，确定出其单罐反冲流量为28.6 m³/h，在冲洗过程中，另一个未冲洗罐的单位截面积过流量将增加到120.92 m³/h/m²，此值远大于允许的73 m³/h/m²，因而不能满足要求。

    经过以上的分析和计算，所选的自动反冲洗砂石过滤器，应由3个直径为76cm的过滤罐、填装#16石英砂滤料构成，才能满足200目过滤和系统正常供水要求。

    部分肥料计划由该滴灌系统施入，因砂石过滤器滤料的表面积很大，吸附力极强，肥料透过时会丢失部分离子而降低肥效，故而应在砂石过滤器下游选配一网式过滤器，使注肥口位于砂石过滤器和网式过滤器之间，用网式过滤器拦截肥料中的杂质；该滴灌系统采用自动控制，所选的网式过滤器，不仅要满足200目过滤并能通过系统总流量，而且也应采用自动控制。

    以上述已确定了的各项指标，向厂商咨询或直接查有关厂商的产品样本，即可选定过滤器型号及技术参数。如查美国雨鸟公司的产品样本，所选的过滤器型号及技术参数见下表：