南疆地區(qū)反沖洗過濾器使用效果分析*

王子龍 ，梁建軍 ，楊懷君 ，李 帆

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所，新疆 石河子 832000；2.哈巴河縣洪昇科技服務(wù)有限公司，新疆 阿勒泰 836500）

農(nóng)業(yè)用水在全國(guó)用水總量中占有較大比例，且農(nóng)業(yè)用水逐年增長(zhǎng)，但農(nóng)田灌溉水有效利用程度較低，部分地區(qū)仍然采用大水漫灌的方式，存在浪費(fèi)農(nóng)業(yè)用水的現(xiàn)象。發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)可以有效地降低農(nóng)業(yè)用水比重，提高農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用率，建設(shè)節(jié)水型農(nóng)業(yè)已成為必然發(fā)展趨勢(shì)[1]。南疆地區(qū)是指新疆天山以南、昆侖山以北地區(qū)，包括新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的四個(gè)師[2]。受風(fēng)沙、水質(zhì)等因素影響，沉淀池內(nèi)灌溉用水無(wú)法直接引入滴灌系統(tǒng)。目前，南疆地區(qū)滴灌用水主要通過在泵管前固定濾網(wǎng)或在沉淀池布設(shè)正向清洗過濾裝置完成過濾。

1 反沖洗過濾器工作環(huán)境

過濾網(wǎng)價(jià)格較低，安裝方便，由于環(huán)境因素影響，水體懸浮物、顆粒物等含量較高，濾網(wǎng)網(wǎng)孔過小易使雜質(zhì)堵塞濾網(wǎng)，降低過濾效率，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)泵機(jī)空轉(zhuǎn)，損壞設(shè)備；濾網(wǎng)網(wǎng)孔過大會(huì)將雜質(zhì)傳輸給灌溉系統(tǒng)，易堵塞滴灌系統(tǒng)[3]，需要人工清洗，清洗時(shí)往往還需要停止灌溉[4]，人工維護(hù)成本高，供應(yīng)壓力不穩(wěn)定，不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)。正向清洗過濾裝置在工作過程中，凈水噴頭對(duì)附著在濾網(wǎng)表面的雜質(zhì)進(jìn)行正向沖洗，部分雜質(zhì)隨水流清理出去，而泥沙等水體顆粒物容易附著在網(wǎng)孔縫隙內(nèi)，正向清洗無(wú)法除去或隨水壓沖入濾網(wǎng)內(nèi)，降低過濾效率與原水質(zhì)量。針對(duì)以上問題，以第三師四十四團(tuán)滴灌用沉淀池為背景，介紹反沖洗過濾器的工作原理、設(shè)計(jì)過程及使用效果，為類似過濾器的使用提供參考[5]。

第三師四十四團(tuán)耕地面積22.1 萬(wàn)畝，滴灌作物以棉花為主。滴灌沉淀池布設(shè)于地塊附近，由于土壤大多為灰包土，在空氣流動(dòng)下易混入水池，形成水體顆粒物等雜質(zhì)，為防止堵塞毛管滴孔，選用濾網(wǎng)較細(xì)，故容易堵塞濾網(wǎng)，需要人工值守清雜，不僅降低效率，也容易引發(fā)危險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)一種提質(zhì)增效的反沖洗過濾器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需完成的任務(wù)[6]，計(jì)劃布設(shè)的反沖洗過濾器示意圖，如圖1 所示。

圖1 反沖洗過濾器布設(shè)示意圖

2 反沖洗過濾器工作原理

反沖洗過濾器原理如圖2 所示。首先，灌溉用水進(jìn)入沉淀池內(nèi)，過濾器兩側(cè)浮箱提供浮力使固定在機(jī)架的筒形過濾網(wǎng)部分懸浮在水面上；其次，在重力作用下原水經(jīng)過過濾，水位高于凈水出口即可開啟電源，水面以上部分通過泵房給出的揚(yáng)程在過濾網(wǎng)筒的內(nèi)部取出分流量進(jìn)行反沖洗清潔，反沖洗噴頭利用水管壓力，分導(dǎo)部分水流自內(nèi)向外對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗；最后，置于機(jī)架上方電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒狀濾網(wǎng)旋轉(zhuǎn)，完成全方位清潔，提升工作效率；水面以下部分利用泵房把濾網(wǎng)內(nèi)的凈化水抽出形成壓力差使原水經(jīng)過濾網(wǎng)完成過濾，同時(shí)過濾水隨管道進(jìn)入泵房[7]。

圖2 反沖洗過濾器過濾原理

3 反沖洗過濾器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

反沖洗過濾器主要由機(jī)架、電機(jī)、浮箱、筒狀過濾網(wǎng)、反沖洗噴頭等組成。浮箱安裝在支架上；筒狀過濾網(wǎng)安裝在支架上且與其轉(zhuǎn)動(dòng)連接；吸水清洗機(jī)構(gòu)位于過濾筒內(nèi)部中央且與其轉(zhuǎn)動(dòng)連接，同時(shí)與支架固定連接。電機(jī)與筒狀過濾網(wǎng)采用帶傳動(dòng)連接。反沖洗過濾器結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。

圖3 反沖洗過濾器結(jié)構(gòu)

在反沖洗噴頭作用下，水面漂浮雜物吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)的過濾筒表面并對(duì)其進(jìn)行沖洗，避免雜質(zhì)附著在濾網(wǎng)上，能夠提高過濾效率和效果。

凈水出口所在軸與筒狀過濾網(wǎng)采用間隙配合，用尼龍棒加工的軸承侵入水中利用水作為潤(rùn)滑劑在軸承與軸之間形成受力膜，從而達(dá)到自潤(rùn)滑和降溫的效果。

過濾器作為一個(gè)獨(dú)立的單元，旋轉(zhuǎn)型桶芯不銹鋼過濾網(wǎng)在原始中依靠自身的浮力和設(shè)計(jì)的動(dòng)平衡計(jì)算，借助于水體減振、減衰的功能，使得過濾器本身在做功的過程中處于相對(duì)平衡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[8]。

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

反沖洗過濾器是利用過濾水與電動(dòng)機(jī)完成對(duì)濾網(wǎng)的循環(huán)式?jīng)_洗，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，為確保工作順利完成，通過在過濾器兩端設(shè)置浮箱，將過濾器浮于水面，過濾器內(nèi)部水下部分通過泵房吸水，水上部分完成過濾自清洗。浮箱與支架采用不銹鋼材質(zhì)可有效提高設(shè)備的耐腐蝕性及使用壽命。電機(jī)置于水上確保安全有效工作，提升設(shè)備安全性。

3.2 過濾目數(shù)

濾網(wǎng)指標(biāo)參數(shù)如表1 所示。過濾目數(shù)是過濾器核心指標(biāo)之一，濾網(wǎng)目數(shù)提高，過濾效果提升，過濾速度降低；濾網(wǎng)目數(shù)過低會(huì)使泥沙、樹葉、蟲子等雜質(zhì)進(jìn)入管網(wǎng)，堵塞毛管孔，影響滴灌效果。反沖洗過濾器濾網(wǎng)目數(shù)應(yīng)在保證滿足滴灌需求的同時(shí)，兼顧過濾速率，優(yōu)化使用效果。

表1 濾網(wǎng)指標(biāo)參數(shù)

3.3 技術(shù)參數(shù)

過濾器主要參數(shù)如表2 所示。自清洗過濾器經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，硬件部分采用304 不銹鋼，濾網(wǎng)選擇不銹鋼網(wǎng)，軸承采用尼龍棒加工完成，浮箱材料采用聚氨酯泡沫板聚乙烯。

表2 過濾器主要參數(shù)

4 反沖洗過濾器使用效果

如圖4 所示，與傳統(tǒng)過濾器相比，南疆沉淀池使用反沖洗過濾器后取得以下效果。

圖4 反沖洗過濾器南疆使用效果對(duì)比

過濾效果：傳統(tǒng)正向清洗過濾裝置采用100 目網(wǎng)，使用反沖洗過濾器后，濾網(wǎng)采用150目不銹鋼網(wǎng)，滴灌系統(tǒng)水質(zhì)得到了明顯的改善，泥沙和其他雜質(zhì)的含量明顯減少，毛管滴孔堵塞程度有效降低，水的顏色和透明度得到了提升。

自動(dòng)化程度：反沖洗過濾器可以自動(dòng)完成過濾和反沖洗過程，不需要人工干預(yù)，減少了人工維護(hù)的時(shí)間和成本[9]。

運(yùn)行情況：反沖洗過濾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，相較于懸浮式毛刷清潔過濾桶能夠有效將雜質(zhì)清除，能夠適應(yīng)南疆部分地區(qū)的惡劣環(huán)境條件。

經(jīng)濟(jì)效益：南疆沉淀池傳統(tǒng)過濾器工作3 h～4 h就要清洗一次，使用反沖洗過濾器后，減少了人工管護(hù)成本，降低了運(yùn)行成本；反沖洗過濾器內(nèi)置凈水噴頭，相較于傳統(tǒng)過濾裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

社會(huì)效益：反沖洗過濾器的應(yīng)用可以提供穩(wěn)定的滴灌系統(tǒng)水壓，保證主細(xì)管滴水均勻，有效實(shí)現(xiàn)控水控量，減少水資源的浪費(fèi)，提高灌溉水有效利用率，對(duì)建設(shè)節(jié)水型農(nóng)業(yè)具有積極意義。

5 結(jié)語(yǔ)

反沖洗過濾器在南疆沉淀池的使用效果顯著，能夠解決南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)用水過濾難題，提高灌溉水有效利用率和水的質(zhì)量，減少了人工維護(hù)的時(shí)間和成本，具有推廣價(jià)值[10]。同時(shí)，反沖洗過濾器的應(yīng)用也可以促進(jìn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)的發(fā)展，后期可通過與傳感器技術(shù)、電液控制技術(shù)等先進(jìn)科技結(jié)合，形成水源凈化、雜質(zhì)收集、水肥一體化等適宜南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式，為農(nóng)業(yè)節(jié)水提供新的解決方案。