陈瑾 汤冠华

作者信息：1硕士、讲师，浙江同济科技职业学院，杭州，311231；2浙江省绍兴市水利局，312000

0 前言

微灌是按作物需求，通过管道系统与安装在末级管道上的灌水器，将水和作物生长所需的养分以较小的流量，均匀、准确地直接输送到作物根部附近土壤的一种灌水方法。它提高水资源的利用率，改良作物的品质，促进农业生产的自动化控制；但微灌系统由于其灌水器的流道细小，极易被杂质堵塞，所以对水质的要求较其他的灌溉方式高得多。若过滤设备的选择失误或维护不当，导致灌水器堵塞，会引起配水不均和系统性能下降，甚至造成整个微灌系统瘫痪。所以，过滤器的选型和维护是否正确，直接影响整个系统的使用寿命。

1 微灌用过滤器的分类和选型

1.1 过滤器类型

造成微灌灌水器堵塞的主要原因是水质不满足要求，导致微灌系统产生物理、化学和生物堵塞。物理堵塞主要是悬浮在水中的有机或无机颗粒；化学堵塞是指溶于水中的某些化学物质，在条件改变时变成不溶的固体沉淀物；生物堵塞主要是由于活的菌类、藻类等微生物和水生动物等进入系统后繁殖生长，减小过水断面，堵塞系统。根据堵塞成因不同，设计人员和用户需要选择相应的处理措施和过滤器。

微灌系统中对杂质的处理设备与设施主要有：拦污栅(筛、网)、沉砂池、过滤器等。过滤器的分类方法比较多，最常见的分类方法是根据过滤原理、过滤介质和功能的不同，分为四种类型：筛网过滤器、叠片过滤器、砂石过滤器和水力旋流器。

(1)筛网过滤器。筛网过滤器以金属丝网或尼龙丝网为过滤介质，将流经水流中所有大于网孔尺寸的悬浮颗粒都截留在滤网上，净水则通过网芯流出。筛网过滤器价格便宜，维护简单，适用于去除小的砂粒和大的无机碎片；但处理藻类等有机污染物效果较差，尤其是当压力较大时，大量的有机污物会“挤”过滤网而进入管道，造成微灌系统与灌水器的堵塞，所以，当灌溉水中有机污物含量较高时常和砂石过滤器配套使用。

(2)叠片过滤器。叠片过滤器可以有效去除有机和无机污染物，兼有筛网过滤器和砂石过滤器的特点，通过紧压叠片，在每个叠片的上下两个表面都分布有一系列微小的滤槽，这些滤槽可以吸附比滤槽尺寸小得多的杂质，并且如果一部分滤槽堵塞了不会影响其他滤槽的吸附，所以过滤能力大大加强。由于叠片过滤器具有过流能力大、结构简单、运行可靠等特点，所以应用较为广泛。

(3)砂石过滤器。砂石过滤器的过滤介质为均质砂子，它是利用过滤罐中的介质吸附及滤头阻挡将流经的含杂质水过滤成清水。砂石过滤器非但可以有效地去除无机污染物，而且是含有有机物和淤泥水质的最适宜的过滤器类型，具有很高的去除污物的能力，而这主要是靠厚达30～50 cm介质的机械筛滤、沉淀和接触絮凝作用来完成的。所以只要水中有机物含量超过10 mg/L时，无论无机物含量有多少，均应选用砂石过滤器[1]。

(4)水力旋流器。水力旋流器常见的形式有圆柱形和圆锥形两种。其工作原理是切向进入的压力水流高速旋转，产生强大的离心加速度，从而使密度不同的物质迅速分离，密度较大的砂粒沿器壁旋转下沉至底部贮砂罐，而密度较小的颗粒和水则被推向中心低压部位，并在回压作用下逆向上流至顶部溢流口排出，进入下游管道[2]。因此，水力旋流器最适合处理含有大量砂子及石块的水体，但不能除去与水密度相近和比水轻的有机质等杂物。

如管道入水口处压力低，不足以运行过滤器时，往往自行配制管道入口过滤设备(即将进水的PVC管均匀打孔，并包裹滤网)，就可同时满足系统过滤和流量要求。如果水体中杂质和漂浮物较多，可将网管改制成“过滤网箱”。如果系统要求流量较大，可选择大流量过滤器或多个过滤器并联过滤。

1.2 过滤器选型

为了选择一定条件下最适宜的过滤系统，首先必须确定过滤系统上游的水质，然后根据污物的类型确定对过滤器的要求，如表1[3]。

表1 过滤器的类型选择

如果当地缺乏水质分析资料，设计者和农户也可以根据水的来源粗略选择过滤器。筛网、叠片过滤器在灌溉水质良好或一般时，可以单独使用；当灌溉水质不良时，则可作为末级过滤接在主过滤器之后，也可用于支管入口作控制过滤器。不过叠片过滤器的过滤效率很高，在通过流量相同时，它比筛网过滤器存留杂质的能力强，是价格昂贵的砂石过滤器之后的第二选择。

当过滤器类型或组合确定后，还需根据所选灌水器对过滤性能的要求，确定过滤器的目数大小。为保证灌水器的正常工作，过滤介质孔径要求达到灌水器流道直径的1/10(滴灌)和1/7(微喷灌)。比值越小，灌水器堵塞的可能性越小。一般来说，微喷灌要求100～120目过滤，滴灌要求120～200目过滤。

2 微灌过滤器的管理

为了保证微灌系统的正常运行和使用寿命，进入运行阶段后，设备维护的重要性绝不亚于设备的选择。过滤器的管理措施主要需注意以下几个方面。

2.1 明确各类过滤器的缺陷，合理使用

砂石过滤器处理有机杂质和无机杂质都非常有效。但是，当颗粒小于20 μm时，砂石过滤器的截滤效果不理想。通过对大田灌溉用过滤器的调查研究发现，对分离粒径在1～10 μm范围的污粒，砂石过滤器基本是无效的，其过滤效率低于15%，但当去除大于10 μm污粒时砂石过滤器的效率却高于50%[1]。水力旋流器最适合分离水中含有的大量砂子及石块，在满足过滤要求的条件下，以60～150目为宜，分离效率为92%～98%，但水头损失较大[1]。而筛网和叠片过滤器的过滤效果则不如前二者。

同时水力旋流器在水泵启动和停机时过滤效果较差，会有较多砂粒进入系统，一般是不能单独承担微灌系统的过滤任务，必须与筛网或叠片过滤器结合使用。

2.2 灌溉水源初级处理，减轻过滤负担

当水中泥砂含量太多或者含有氧化铁，筛网和砂石过滤器会因频繁冲洗而失去作用[4]，这时，设置沉砂池作为初级过滤是十分必要的。同时水中杂物较多时，需在进水口安装网式拦污栅，以拦截枯枝残叶和去除固体物质。

过滤器并不能解决化学和生物堵塞问题，对水中的化学和生物污物通常采用水体的氯处理和酸处理办法[5]以溶解沉淀和杀死微生物。但此类方法应用于灌溉系统会伤及作物根系，剂量过度还会影响灌水器压力补偿片的工作性能[6]。所以用户可以定期处理水体，在高含砂量的蓄水池中加入0.1%的沸石后10 h左右，即可将泥泞沉积到池底。对容易长藻类的蓄水池可以加入硫酸铜等杀灭藻类，有条件的还可以将蓄水池进行覆盖，以隔绝空气[4]。

2.3 配套设备的相应选择

从系统内部讲，由于微灌系统是小水勤灌，运行频繁，水泵连续运转时间长，一般的水泵叶轮极易生锈和磨损。在我国尚缺微灌专用防锈耐磨水泵，水泵寿命短，水泵的锈屑添加过滤负担，而且也给系统堵塞带来危害[5]。在过滤水源前，可先多次冲洗过滤器[7]。

喷水带是目前应用较为广泛的一种灌水器。在一定压力下水从喷水带孔口喷出，高度几十cm至1 m。将喷水带铺设于膜下或孔口朝下铺设的灌水方式则相当于滴灌，但结构大大简化，对灌溉水质的要求显著低于滴灌，抗堵塞能力强，对过滤器的要求降低。

2.4 过滤器的定期清洗

当过滤器前后两端的压力表压差超过一定值时，即需要对过滤器进行清洗。以一级过滤为例：水力旋流器前后压差大于0.08 MPa，砂石过滤器前后压差大于0.05 MPa，一般此情况下就需要清洗。在有经济条件的地方，可采用自动反冲洗类型的过滤器，以减少维护和工作量。

需要注意的是，叠片过滤器受水体中有机物和化学杂质的影响，有些叠片往往被粘在一起，会出现不易被彻底清洗干净的现象。水力旋流器底部的贮砂罐必须频繁冲洗，以防止沉积的泥砂再次被带入系统。砂石过滤器如在反冲洗时操作不当，就会使整个砂床移动而导致过滤器失效。当然，砂石过滤器的介质还要及时替换，处理频率视水质情况而定，一般每年处理1～4次。

2.5 其他方面

在发现过滤器的滤芯、密封圈损坏时，必须及时更换，否则将失去对水的过滤效果。在冬季不用时应将过滤器中的水排空，以防冻坏。

3 微灌过滤器使用的误区

随着微灌技术的推广，农户享受到了微灌带来的省水、省工和农作物优质高产的经济效益，同时也面临着运行费用、配套用品的高投入问题，便出现了一些错误的选型和使用方法。

(1)认为过滤器压力损失越小性能越好，忽视了对过滤器压力损失随过流能力的提升而提高的考虑。

(2)只要安装过滤器，便可以处理好水体。在以地表水为水源的微灌系统中，有农户仅安装取水口拦污栅和首部的筛网过滤器即完成水体的过滤。这种情况下，很容易出现过滤器频繁堵塞，并直接导致过滤器漏水的状况。

(3)过滤器是去除水源杂质的设备，处理完以后便可以灌溉。因此出现了施肥器直接串联或并联到灌溉系统中的现象，导致灌水器堵塞。

(4)筛网、叠片过滤器安装随意。进出水方向必须根据滤芯的过滤方向选择使用，切不可反向使用。一来介质网孔有楔形，反向过滤反而促使颗粒更加便捷通过孔隙；二来，反向使用使得过滤器自冲洗功能失效。

(5)按要求进行水体过滤后，便能保证灌溉水质标准。悬浮颗粒在沉积到灌水器附近时，会受到一系列分子力，及物理、化学吸附作用，产生“吸附架桥”现象，颗粒聚集堵塞灌水器[2]。一旦有丰富的营养元素，水中的微生物会大量繁殖，形成大颗粒的有机团粒或减小流道直径[6]。对于水质要求较高的灌水器或者设计使用年限较长的灌水器，需在田间(靠近灌水器位置)再添设末级过滤装置，将管道中形成的大颗粒拦截。

4 总结

在微灌系统中，过滤器无论在首部枢纽还是灌水单元中都保障着灌水器的正常工作，过滤水源杂质，过滤管道中残存下的水垢和设备的锈蚀颗粒，以尽可能降低灌水器堵塞的概率。因此，过滤器的选择应充分考虑当地的水源类型或水质分析情况、灌水器类型、灌溉需水量大小等情况，并进行正确地管理，以确保过滤器乃至系统的正常运行。

[1]郑铁刚，刘焕芳，宗全利.微灌用过滤器过滤性能分析及应用选型研究[J].水资源与水工程学报，2008，19(4)：36-39

[2]钱蕴壁，李英能，杨刚等.节水农业新技术研究[M].郑州：黄河水利出版社，2002：132-143

[3]郭彦彪，邓兰生，张承林.设施灌溉技术[M].北京：化学工业出版社，2007：76-79

[4]张承林，邓兰生.水肥一体化技术[M].北京：中国农业出版社，2012：106-110

[5]王留运，叶清平，岳兵.我国微灌技术发展的回顾与预测[J].节水灌溉，2000，(3)：3-7

[6]Rubens Duarte Coelho,Ronaldo Souza Resende.Biological clogging of Netafim drippers and recovering process through chlorination impact treatment.2001 ASAE Annual International Meeting paper

[7]M.Rowan,K.Mancl,O.H.Tuovinen.Clogging incidence of drip irrigation emitters distributing effluents of differing levels of treatment[A].On-Site Wastewater Treatment X[C].Sacramento,California,2004:84-91