微灌鱼雷网式过滤器的推广应用研究

阿力甫江·阿不里米提，虎胆·吐马尔白，木拉提·玉赛音,3，阿依古丽·艾科拜尔

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆苏齐农业节水规划设计研究院(有限公司)，乌鲁木齐 830049；3.新疆鑫水现代水利工程有限公司，乌鲁木齐 830019)

微灌系统对灌溉水源水质的要求较高。微灌水源都含有不同程度的污物和杂质，若未对水源进行过滤处理，则造成灌水器堵塞，大大降低微灌系统的效率[1，2]。过滤器是微灌系统中至为重要的设备，其工作性能直接影响了微灌系统的工作效率，从而间接地对水资源利用产生影响[3-5]。

对于新疆干旱气候来说，大力推广节水灌溉技术是解决水资源紧缺而供水矛盾突出问题的重大举措，其意义深远和重大。随着新疆农业高效节水技术的迅速发展，有关过滤器理论研究、研制及实际应用性能等方面的研究取得了飞跃进步[6-8]，过滤器应用范围也在逐年增大。鱼雷网式过滤器是在传统网式过滤器基础上改造的一种新型过滤器，具有操作简便、占地面积小、节能减排及自动化程度高等特点[9，10]。依据水源水质情况，既可以与砂石过滤器、离心过滤器配套组合使用，也可单独使用[11]。本研究基于新疆南疆和田地区、喀什麦盖提县、巴州轮台县及尉犁县等环塔里木盆地的微灌工程区应用鱼雷网式过滤器实践的调研和观测，分析鱼雷网式过滤器运行效果，与以往的应用过滤器实践结果对比，总结鱼雷网式过滤器优点和最佳运行条件，为微灌研究进一步发展提供依据和参考。

1 鱼雷网式过滤器结构与原理

1.1 鱼雷网式过滤器结构

鱼雷网式过滤器结构如图1所示，主要由过滤器壳体、滤网、鱼雷、自动冲洗控制器及排污装置等部分组成，其核心部件是鱼雷和滤网。鱼雷部件的存在，在泥沙处理和延长过滤时间方面创造了革命性的变革，其结构包括带有4片分水岭体的流线型迎水头，并紧跟迎水头部的4个直径为10 mm的孔口和末端的8个直径为20 mm的孔口，滤网目数有80目和120目。

1-进水口；2-进水口压力表；3-过滤器壳体(筒体)；4-自动冲洗控制器；5-鱼雷；6-滤网；7-排污阀进水口压力表；8-排污阀出水口压力表；9-自动排污阀；10-出水口压力表；11-出水口图1 鱼雷网式过滤器结构图

1.2 工作原理

与其他网式过滤器一样，鱼雷网式过滤器的工作过程包括过滤过程和自清洗过程等2个阶段。过滤过程中滤网开始堵塞，过滤器水头损失逐渐增大，当水头损失达到预设压差值时，压差传感器将信息传到冲洗控制器，控制器自动开启排污阀通向大气进行排污。排污的同时过滤依然进行，不间断地向微灌系统供水。达到预设的排污时间时，排污阀自动关闭，过滤器再次进入正常过滤状态。

由于鱼雷部件的存在，鱼雷网式过滤器的内流场与其他网式过滤器有所不同。鱼雷部件作为重要功能部件，增加进水口水流流速，防止泥沙颗粒吸附在滤网内侧表面，并以高速水流的作用下带到鱼雷部件末端。鱼雷部件末端的聚泥区有8个直径20 mm的孔口，含有泥沙颗粒和其他杂物的水流经这些孔口进入鱼雷部件内腔。因为鱼雷部件内腔容积较大，粗颗粒和杂物沉淀在其内，相对清的水从鱼雷部件头部的直径为10 mm的孔口流出，此种水流循环随过滤时间的推移而继续进行，过滤过程中滤网将不会容易堵塞。

2 鱼雷网式过滤器推广应用实践

2.1 鱼雷网式过滤器与砂石过滤器的配套组合应用

当地表水作为微灌灌溉水源时，因水中含有各种有机和无机污物，单独使用一种过滤器很难满足微灌对水质的要求。在实际应用中，配套使用几种类型过滤器的措施来满足微灌对水质的要求。在水中含有漂浮物、浮游生物及其他有机杂质，并且水中有机物含量超过10 mg/L和污物颗粒尺寸大于10 μm的情况下，优先考虑选用砂石过滤器作为初级过滤器，将网式(叠片)过滤器作为二级过滤器来配套使用，可达到较高的过滤效果。实际应用中发现，鱼雷网式过滤器除砂过滤性能较突出，与砂石过滤器配套串联使用的过滤效果更好。

南疆塔里木河中下游为水源的灌溉水中泥沙含量高，漂浮物较多。图2为南疆麦盖提县、尉犁县的高效节水项目应用的砂石+鱼雷网式过滤器组合。

图2 砂石+鱼雷网式过滤器配套串联组合使用

现场测试结果指出，水源中粒径大于10 μm的颗粒和80 %左右的泥沙被砂石过滤器截留，于是进入鱼雷网式过滤器的水中泥沙含量较少，鱼雷网式过滤器过滤周期很长。当进水含沙量0.035～0.053 g/L的条件下，砂石过滤器与120目的鱼雷网式过滤器配套串联组合使用，连续运行12 h过程中的水头损失变化情况如图3所示。冲洗控制器显示鱼雷网式过滤器进出口压差在0.032 MPa≤Δp<0.04 MPa范围内，过滤器很长时间过滤而不堵塞。像环塔里木盆地地表水水质较差的灌区配套应用砂石+鱼雷网式过滤器时，鱼雷网式过滤器充分发挥除沙过滤效果，最大限度地保证灌水器不容易堵塞和滴水均匀。

图3 砂石过滤器与120目鱼雷网式过滤器配套串联组合使用时的水头损失变化曲线

2.2 鱼雷网式过滤器和离心过滤器的配套组合应用

随着水资源短缺问题的日趋严重，新疆大部分灌区广泛提取地下水作为微灌水源。即使地下水中污物含量相对于地表水小，但地下水中肉眼看不到的微小泥沙颗粒较多。在实际微灌工程中，离心过滤器作为初级过滤，对地下水中的泥沙进行水砂分离(一般分离泥沙效率达到92%～98%)，但离心过滤器很难除去与水比重相近和比水轻的有机质等杂质。因此，离心过滤器与网式(或叠片)过滤器配套组合使用，为微灌系统供应满足灌溉要求的水源。

图4为新疆尉犁县微灌工程应用的额定流量200 m3/h的离心+鱼雷网式过滤器组合。项目区地下水含沙量为0.705 g/L，鱼雷网式过滤器运行10几个小时均无堵塞(图5)，冲洗控制器显示鱼雷网式过滤器进出口压差分别为0.014和0.012 MPa左右。在尉犁县等地下水水质较差的区域，鱼雷网式过滤器进行长时间过滤，不易堵塞，使得田间灌水器畅通无阻均匀滴水。

图4 离心+鱼雷网式过滤器配套串联组合使用

图5 离心过滤器与120目鱼雷网式过滤器配套串联组合使用时的水头损失变化曲线

2.3 鱼雷网式过滤器的单独应用

在实际微灌工程中，鱼雷网式过滤器可单独使用，主要用于过滤灌溉水中的粉粒、泥沙及水垢等污物。鱼雷网式过滤器滤网内装有鱼雷部件，其关键作用是提高滤网轴向流速，水中泥沙随水流带到鱼雷末端，并经过末端的孔口进入鱼雷内腔，尤其是粒径大于滤网孔径的大部分泥沙进入鱼雷部件内腔，故滤网不易堵塞而过滤时间相应延长。实践测试结果表明，灌溉水中有机物含量不超过10 mg/L，进水含沙量和泥沙颗粒粒径较大的条件下，单独使用鱼雷网式过滤器完全可以满足微灌水质的要求。

图6 鱼雷网式过滤器单独使用

图6是设计额定流量为300 m3/h的全自动鱼雷网式过滤器在新疆生产建设兵团14师皮墨垦区(224团)红枣基地自压滴灌项目中的单独使用状况。此项目灌溉水源来自于乌鲁瓦提水利枢纽，并以引水明渠引水到项目区域内的小型水库，以54 hm2为一个灌溉单元的首部设有设计额定流量为300 m3/h的120目全自动鱼雷网式过滤器。对连续运行情况和水头损失随过滤时间的变化规律进行现场测试，结果表明在进水流量基本稳定为300 m3/h和进水含沙量在0.012 g/L左右的情况下，过滤器进出口压力表读取压差和冲洗控制器显示压差均为0.032 MPa左右。在较长的测试时间段内，过滤器没有发生堵塞，进出口压差始终没有达到室内试验确定的最佳排污压差值0.04 MPa(见图7)。

图7 120目鱼雷网式过滤器运行过程中水头损失变化曲线

在灌溉水中，漂浮物较少和有机物含量不超过10 mg/L，含沙量较大和粒径大于滤网孔径的颗粒含量较多以及微灌系统首部前面设有容量较大的沉淀池的情况下(图8)，单独使用鱼雷网式过滤器也可满足微灌系统对灌溉水质的要求。

图8 地表水微灌系统常用沉淀池

3 结 语

鱼雷网式过滤器作为微灌用新型除沙设备，在延长过滤时间和提高除沙效率等方面具有很大优势。鱼雷网式过滤器在新疆灌区的推广应用结果表明，根据水源类型和水质情况，鱼雷网式过滤器在实际应用过程中与砂石过滤器或离心过滤器配套串联组合使用更能充分发挥其除沙功能，相应延长过滤时间并避免频繁冲洗浪费水资源的现象。

随着新疆微灌工程的大范围实施，微灌过滤器的应用范围逐年扩大，微灌工程对过滤器研发和推广应用方面研究需求也增加。宗全利[12]、刘焕芳[13]、刘飞[14]、阿力甫江等[15]学者开展有关微灌过滤器的试验研究，并探索过滤器结构优化的途径。但目前有关过滤器推广应用方面的示范试验还比较少，多数灌区选择过滤器存在盲目性，过滤器性能与实际微灌要求不符等阻碍过滤器发挥最佳效益。因此，微灌工程发展应以过滤器应用实践为基础，注重开展推广应用方面试验研究，确定不同地区、不同水源适用的最佳过滤器类型，促进微灌过滤器理论研究和实践经验同步发展。