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我國微灌過濾器發(fā)展回顧

水資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可替代的基本要素，目前水資源的匱乏，制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，如何節(jié)約水資源、利用水資源成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要因素。微灌是節(jié)約水資源進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉的重要技術(shù)，但其致命弱點(diǎn)是灌水器易堵塞。“微灌”是目前公認(rèn)的效果好、效率高的有效節(jié)水灌溉技術(shù)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料顯示，微灌所用水量是常規(guī)地面“漫灌”用水量的1/3，是噴灌用水量的1／2。特別是在水資源匱乏的干旱、半干旱農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，微灌技術(shù)的優(yōu)勢更加明顯，這項(xiàng)技術(shù)已在國外一些缺水、干旱、甚至沙漠地區(qū)廣泛推廣，并且取得了一定成效。過濾器又稱為微灌系統(tǒng)“首部”，是微灌技術(shù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要核心設(shè)備以及提高灌溉用水質(zhì)量、延長整個微灌系統(tǒng)使用年限的關(guān)鍵設(shè)備。

從左到右：旋流水砂分離器和碳鋼外殼篩網(wǎng)過濾器

上世紀(jì)70年代，我國開始引進(jìn)滴灌技術(shù)，并從墨西哥引進(jìn)了3套滴灌設(shè)備，對微灌技術(shù)的研究與應(yīng)用推廣至今已有40余年的歷史。現(xiàn)如今微灌技術(shù)在開發(fā)、研制、生產(chǎn)新的設(shè)備和新的技術(shù)等方面取得了很大的研究進(jìn)展，形成了灌水裝置、過濾凈化裝置、施肥裝置、管件管材、各類閥體等設(shè)備品種規(guī)格多樣、裝備配套齊全、市場上形成了一定規(guī)模的微灌設(shè)備產(chǎn)品系列“。單甜反沖洗砂石過濾器又叫易斯過濾器，是在微灌系統(tǒng)中開發(fā)并使用最早的反沖洗過濾器；濾網(wǎng)過濾器是山盆式陶管過濾器通過改進(jìn)演變而來之后，雙式反沖洗砂石過濾器開始出現(xiàn)，作為微灌系統(tǒng)專用的過濾器，將兩個過濾罐并聯(lián)，特點(diǎn)是在反沖洗的同時(shí)系統(tǒng)持續(xù)供水“目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛的過濾器有砂過濾器、網(wǎng)式過濾器和疊片式過濾器三種，為了防止腐蝕、生銹問題，許多過濾器以塑料為主要材料。

02

過濾設(shè)備存在的問題

01

多數(shù)產(chǎn)品的性能參數(shù)不明確

對過濾器內(nèi)在的性能比如：公稱壓力、最大允許壓降、額定壓降、清潔壓降、過濾流量、公稱尺寸、過濾器自動沖洗時(shí)間、沖洗壓差、最小工作壓力、沖洗水量等沒有準(zhǔn)確的描述或關(guān)注。國際上也沒有類似的標(biāo)準(zhǔn)。過濾器基本的性能參數(shù)不明確，使得過濾效果成為模糊的數(shù)，造成過濾器生產(chǎn)無序，質(zhì)量無法保證，過濾效果可靠性差。更重要的是，阻礙了進(jìn)一步開展過濾與堵塞方面的試驗(yàn)研究，進(jìn)而阻礙了微灌技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用。

砂石過濾器和離心過濾器工程組合運(yùn)用

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對砂過濾器和疊片式過濾器過濾性能缺乏深入研究

1、砂過濾器與疊片過濾器都具有吸附懸浮顆粒，降低顆粒的濃度的功能，只有對這一功能進(jìn)行充分研究，才能找出濾料的過濾過程及濾料堵塞規(guī)律，解決劣質(zhì)水微灌的水處理問題。

2、微灌過濾具有高壓力，高速度的特點(diǎn)，其過濾目標(biāo)是濾除水中含有的多余的雜質(zhì)顆粒，以減輕灌水器堵塞的概率。它對化學(xué)因素的濾后效果，如色、嗅有關(guān)的因素變化等沒有要求。

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對砂濾料和疊片材料結(jié)構(gòu)的研究不足

1、砂石過濾器是國際上應(yīng)用較普遍的微灌過濾設(shè)備，由于砂石過濾技術(shù)是從水處理行業(yè)借鑒而來，所以砂石濾料也是照搬水處理行業(yè)使用的石英砂或花崗巖砂，這些濾料的粒徑不是均勻的。目前國內(nèi)外尚無人成功開發(fā)出微灌專用的砂石濾料。

2、疊片式過濾器的關(guān)鍵要素是塑料疊片的材料、流道結(jié)構(gòu)和疊加方式，在國外開展研究較多較細(xì)的是一些生產(chǎn)企業(yè)，它們?yōu)榱耸袌龈偁幍男枰浼夹g(shù)資料是保密的，國內(nèi)尚無一家上規(guī)模的疊片過濾器生產(chǎn)廠家，更沒有開展系統(tǒng)的的試驗(yàn)與研究。近幾年來疊片過濾器在灌溉上運(yùn)用發(fā)展速度很快，有人預(yù)測它將會取代砂過濾器成為微灌的主流過濾設(shè)備。對于我們這個缺水的國家來說疊片過濾器的應(yīng)用前景是非常廣闊的，開展關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)研究是很必要的。

05

反沖洗用水量問題

影響反沖洗用水量的因素很多，主要的有以下幾種：

過濾器的形式

資料顯示，網(wǎng)式自清潔過濾器的反沖洗最省水，一次清洗時(shí)間僅有10秒左右，排出污水的濃度最大；砂過濾器的過濾周期較長，但是一次性清洗水量消耗大，一次清洗時(shí)間約為250~300秒左右；疊片過濾器單次沖洗耗水量小于砂過濾，但它的沖洗頻率高，一次清洗時(shí)間約為10~20秒左右。在沖洗強(qiáng)度方面疊片式要高于沙石過濾器，因此一般認(rèn)為疊片過濾器清洗用水相對砂石過濾較少，但還存在著爭議點(diǎn)。

原水水質(zhì)和沖洗強(qiáng)度及壓差

同一種過濾器和相同的原水水質(zhì)條件下，不同的反沖洗強(qiáng)度和沖洗壓差指標(biāo)其沖洗用水量相差很大，網(wǎng)式過濾器和疊片過濾器的反沖洗強(qiáng)度受濾芯的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度限制，同時(shí)反沖洗流量不應(yīng)大于過濾流量。砂石過濾器的反沖洗受流速限制，流速過快容易將濾料帶出，同樣它的反沖洗速度不應(yīng)超過過濾速度。

濾床結(jié)構(gòu)

主要是指砂過濾器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如承托板的結(jié)構(gòu)、濾帽的型號、濾層厚度等，這些結(jié)構(gòu)應(yīng)在過濾器設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到它的清洗耗水性能，疊片過濾器的濾芯和反沖洗結(jié)構(gòu)的影響與砂過濾類似。

過濾材料規(guī)格

是指濾網(wǎng)和疊片的目數(shù)、砂石濾料的粒徑級配等，一般情況目數(shù)越大反沖洗耗水量越多，砂石濾料的清洗比較復(fù)雜，平均粒徑越大反沖洗耗水量越多。原水中的雜質(zhì)含量大小與濾料的清洗需要的水量呈正比例關(guān)系，含量高沖洗頻率就大，耗水量當(dāng)然就大。水中雜質(zhì)顆粒的粘性和比重不同，其與過濾材料脫離的難易程度大小不同，同樣也會影響沖洗耗水量的大小。

砂過濾器和疊片過濾器工程組合運(yùn)用

03

亟待解決的幾個問題

（一）制定行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)

目前我國微灌過濾器的標(biāo)準(zhǔn)有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《微灌用篩網(wǎng)過濾器》；三個國家標(biāo)準(zhǔn)：《農(nóng)業(yè)灌溉裝備—過濾器—基本要素》；《農(nóng)業(yè)灌溉裝備—過濾器網(wǎng)式過濾器》；《農(nóng)業(yè)灌溉裝備—過濾器—自清洗網(wǎng)式過濾器》。

上述標(biāo)準(zhǔn)主要針對網(wǎng)式過濾器產(chǎn)品，砂過濾器或疊片過濾器卻沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，這就造成國內(nèi)微灌過濾設(shè)備生產(chǎn)的混亂，產(chǎn)品質(zhì)量低下的狀況。國產(chǎn)的砂過濾器存在著加工粗糙，可靠性差，性能參數(shù)不全等問題。疊片式過濾器的工藝要求更高，國內(nèi)還沒有開發(fā)成功的例子，市場由國外產(chǎn)品主導(dǎo)，但是由于大多數(shù)的國外產(chǎn)品是從其它行業(yè)直接拿來用于微灌，在工程應(yīng)用中還存在著過濾效果和清洗功能模糊不清的問題。因此制定微灌過濾器標(biāo)準(zhǔn)已勢在必行。

（二）過濾器過濾效果差多采用組合型過濾器

自微灌技術(shù)推廣以來，滴灌帶堵塞成為國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面對的主要問題，過濾器過濾效果差是根本原因，多種過濾裝置的科學(xué)組合成為關(guān)鍵。新疆耕地面積廣、灌溉水資源多以河渠水為主，泥沙含量較大，因此使用三種過濾器逐級過濾的方法，即首先由疊片式過濾器過濾出大量泥沙，再通過砂石過濾器將有機(jī)物和其他雜質(zhì)濾掉，最后通過篩網(wǎng)過濾器進(jìn)行第三級過濾。但此類過濾系統(tǒng)存在的問題也很多，例如水頭損失大，設(shè)備及管網(wǎng)安裝復(fù)雜且成本高、易堵塞等問題。組合型過濾器不是不同過濾裝置的簡單組合，而是利用水流的方向性，如利用某種裝置來調(diào)節(jié)水流的方向或形態(tài)迫使水中的固體雜質(zhì)沿某一特定的方向流動，而且流動速度可以加以控制，比如將網(wǎng)式過濾器的濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為垂直方向，利用某種裝置使固體雜質(zhì)始終保持懸浮狀態(tài)，而不是沉積在濾網(wǎng)之上，可以減輕濾網(wǎng)的堵塞程度，延長沖洗間隔，節(jié)省勞動力、提高環(huán)境效益。

目前國內(nèi)過濾處理技術(shù)來講，劣質(zhì)水運(yùn)用于微灌條件并不成熟，其關(guān)鍵問題是過濾和反沖洗方面還存在著技術(shù)障礙。

（三）開發(fā)適宜于微灌利用的過濾材料

過濾材料是過濾器的核心，微灌專用過濾材料要求必須是理化性能穩(wěn)定，清洗快速方便，適宜于高速過濾的材料。理化性能穩(wěn)定是指砂濾料的不易碎裂和磨損，含水解化合物量少，塑料疊片過濾芯的強(qiáng)度高，不易變形，耐老化抗腐蝕能力強(qiáng)，網(wǎng)式過濾芯的要求安全可靠，不開裂變形等。清潔快速方便是指過濾材料堵塞后容易清洗，尤其是易于自動清洗，并且清洗耗水量要少。另外，不同的水質(zhì)對過濾材料的要求不同，有針對地開發(fā)一些專用過濾材料，過濾效率可以大幅提高。只有好的過濾材料，才能生產(chǎn)出高性能的過濾產(chǎn)品，所以研制開發(fā)過濾新材料，是微灌行業(yè)發(fā)展的一個長久的課題。

（四）開發(fā)推廣自動化程度高的過濾器

普通農(nóng)戶一般都購買價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡單的單罐砂石過濾裝置，形式比較單一，導(dǎo)致過濾性能較差，而且反沖洗大多是手動形式，如手動式開閉閥門，技術(shù)含量較低。即使是自動反沖洗技術(shù)，也大多是從國外進(jìn)口的控制系統(tǒng)與控制技術(shù)。為了提高過濾裝置的技術(shù)含量，適應(yīng)微灌的精準(zhǔn)灌溉和自動化控制，應(yīng)對各種自動控制閥門和自動控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)研究，通過壓力傳感器、流量傳感器、視覺傳感器等電子儀器將壓降、流量、肥料含量等信息反饋到控制中心，如計(jì)算機(jī)和變頻器，再利用電磁閥等電控裝置對過濾器進(jìn)行自動反沖洗和流量壓力的調(diào)節(jié)，通過計(jì)算機(jī)和手機(jī)客戶端完成流量監(jiān)控、施肥監(jiān)控、反沖洗監(jiān)控等。

自清洗過濾器是指過濾器能夠按照過濾時(shí)間、前后壓差和過濾流量等指標(biāo)，通過自身的清洗機(jī)構(gòu)，對過濾材料進(jìn)行自動清洗操作。砂過濾器和疊片過濾器一般采用反沖洗機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動清洗，網(wǎng)式過濾器水力沖洗效果較差，比較盛行的是具有吸食功能的自清洗過濾器。

04

過濾器未來發(fā)展趨勢

（一）過濾器仍將保持高速發(fā)展態(tài)勢

1、我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，提供了經(jīng)濟(jì)保證。尤其是今年經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃，有利于節(jié)水灌溉的推廣；

2、缺水問題和糧食問題是我國政府最關(guān)注民生大問題，去年國際糧價(jià)的暴漲，再次堅(jiān)定了政府支持農(nóng)業(yè)水利建設(shè)的路線。另外，糧價(jià)的上漲將有利于微灌技術(shù)的推廣；

3、我國廣大農(nóng)村正在大力推行的土地集約化生產(chǎn)，土地的集中經(jīng)營將有利于微灌發(fā)展，研究適用于新形式下的灌溉設(shè)備，將帶來無限的發(fā)展商機(jī)；

4、農(nóng)村勞動力價(jià)格的上漲，沖擊傳統(tǒng)的灌溉方式。自動化灌溉方式將是我國農(nóng)村發(fā)展方向。

5、微灌的發(fā)展必將帶來過濾器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展！

（二）自動化過濾系統(tǒng)是未來的主流

1、自動化過濾器性能更加安全可靠，用戶使用更加方便。

2、隨著自動化過濾器的推廣數(shù)量的快速增加，其生產(chǎn)成本會大幅的降低，舊產(chǎn)品的更新大多會選擇自動化過濾器；

3、組合過濾系統(tǒng)更需要自動化控制。

（三）過濾介質(zhì)、材料專用化系列化

1、不同的水質(zhì)有不同的過濾材料；

2、不同的水質(zhì)具有不同的介質(zhì)構(gòu)造；

3、不同的灌水器要求采用不同的材料。

（四）過濾器發(fā)展趨勢

1、大中型工程和水質(zhì)較差條件下仍以砂過濾為主過濾；

2、疊片過濾器的應(yīng)用數(shù)量將逐漸成為市場的主流；

3、旋流式水砂分離器和網(wǎng)式過濾器主要作為輔助過濾器。

水力驅(qū)動過濾器

來源：百度文獻(xiàn)