浅谈大型微灌灌区过滤器集中安装运行方式

唐新民

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730030）

1 工程概况

阿苇灌区位于新疆维吾尔自治区青河县境内，灌区设计灌溉面积1.67万hm2，全部采用高效滴灌，为新疆维吾尔自治区牧民定居骨干工程。采用二级过滤水处理方式，干管首部初步进行沉沙、除漂、除藻，现以二干管自压集中二次过滤站为例进行说明。二干管自压部分控制灌溉面积0.23万hm2，设计流量1.61 m3/s。集中过滤站装有大型砂石过滤器14 台，单台处理能力600 m3/h，网式过滤器10台，单台处理能力800 m3/h，完全满足高峰时段的灌水要求。西北地区水中泥沙含量大，若微灌系统采用地表水作为水源时，设置过滤设施显得尤为重要。即使在引水枢纽设置了沉砂池，将渠道水直接用于微灌仍会严重堵塞灌水器，加重过滤器的负担。因此，有必要在河渠水和微灌系统之间再设一沉沙池，对其所含的超过微灌系统指标的以悬移质为主的泥沙进行处理，从而防止微灌系统的堵塞，减轻过滤器的负担[1-2]。

2 集中过滤站在主干管上的布置方式

第一种布置方式：正向布置。具体布置方式为灌区集中过滤站进出水管与田间灌溉主干管走向垂直方向布置，主干管将过滤站进出水管一分为二。这种集中过滤站垂直于灌区主干管布置方式的优点：首先，过滤站过滤器进出水管道内流水的量比较均衡，第一组过滤器与最后一组过滤器的距离相差不大，在调整流量时可以不予考虑。其次，土建的工程量比较小，由于集中过滤站的进出水管横向垂直跨接在灌区主干管上，相对于其他的管道布置方式可以减少2个地下阀门井的工程量。再次，由于设备的均衡布置，过滤车间的设备整体布置比较均衡美观。这种布置方式的缺点：主要是与灌区的道路、防风林带、主干管、电力线路不统一、不协调，道路林带布置在通过总过滤位置时需要绕行，电力线路需加高，主要是安全距离超限，不符合安全要求。正向布置适应于灌区农田经过总过滤站后呈平行于等高线的大面积灌区。

第二种布置方式：侧向布置。具体布置方式为灌区大型总过滤站布置于主干管道靠近农田的一侧。灌溉水流由主干管经过截止蝶阀垂直进入到过滤站的砂石过滤器底部进水总管，经由砂石过滤器过滤后，进入地面（DN600）汇流管，汇流管共计2 根，呈相对布置，在右侧末端进入回流总管然后进入网式过滤器的前端进水管（DN1200）总管。这种布置方式相对于第一种布置方式的优点：首先，过滤站的总体布置与灌区的田间总体布置相协调，布置于一侧不会对原有田间规划的道路、电力线路、主干管以及道路一侧的防风绿化带造成破坏，反而更加协调，便于过滤站的管理。其次，由于侧向布置避开了电力线路，使得主干管的施工与干管总过滤站整个施工过程互不干扰，有利于加快工程施工进度。再次，采用侧向布置有利于反冲洗弃水的处理，反冲洗后含有有机质的肥水、砂石过滤器和网式过滤器的反冲洗弃水通过弃水管道直接排入主干管规划的田间林带和分干管田间防风林带，提高了水的利用率。

上述2 种总过滤器安装方式又分为进出水管地面安装方式、进出水管地下安装方式2 种。地面安装方式进出水管由主干管引出后，安装在地面混凝土基座之上，砂石过滤器、网式过滤器的安装高度相对于进出水管地下安装方式整体较高，要求设备安装的车间高度较高，对于新疆阿勒泰地区常年干旱、风沙较大的地区适应性较差。设备检修、砂石过滤器滤料置换不方便，管道表面防腐要求较高。过滤器进出水管地下安装方式，由于进出水管安装在地面以下，管道外包现浇钢筋混凝土，砂石过滤器，特别是网式过滤器安装在由混凝土包裹的基础之上，整体高度至少降低1.5 m，过滤站的车间整体高度降低，抵御风沙的能力提高，砂石过滤器的滤料置换、清洗极为便利。特别是网式过滤器的检修，滤网的清洗置换由于安装高度的降低显得特别方便，过滤站车间的采光、交通整体布置美观大方，不利之处在于过滤站进出水管布置在地下，必须增加4个阀门井的土建工程量，考虑地下阀门井的排水问题，增加4个阀门井的排水连通管，以便将管道、阀门检修渗水及时有效地排出阀门井。

3 主干管输水集中过滤处理方式

从图1 可以看出，水流由干渠流入主干管首部沉沙、除污、除漂池中经过初步处理后，经过主干管计量设备（电磁流量计DN 1200）管径1 200 mm的玻璃夹砂主干管，在满足自压条件（压差大于0.3 MPa）的位置进入侧向布置的干管集中过滤站（砂石+网式），这种布置相对于正向布置而言，好处是不影响田间管道、林带、电力线路、田间道路整体布置。集中布置大型过滤站选择地下还是地上要根据现场实际情况，本项目选择地下布置进出水管，先砂石后网式过滤器进行灌溉水的集中处理。

图1 主干管集中过滤站平面布置图

砂石+网式联合模式：水流由主干管流入侧向干管，通过向上的DN 600 mm 钢管左右分水到大型砂石过滤器。由上部进水管进入砂石过滤器上腔内,上腔内装有精细处理过的过滤料（石英砂）。水经过一定厚度的滤料，经过PE 材质塔帽、上下腔隔板进入砂石过滤器下腔。下腔内的水通过左右2 根DN 600 mm 钢管汇入右侧DN 1 200 mm 钢管，水流流向下游侧网式过滤器进水管DN 1 200 mm 钢管，然后垂直向上进入网式过滤器内腔，通过特制不锈钢多层滤网，水流到达网式过滤器外腔，外腔内的水经过保压阀垂直向下进入地下网式过滤器汇流管DN 1 200 mm 钢管，然后进入主干管（DN 1 200 mm 玻璃加砂管）进入第一个自压节点，开始向田间输水分干管供水。此时5个阀门井蝶阀工作状态为1号蝶阀关闭、2号蝶阀开启、3号蝶阀关闭，4号蝶阀开启、5号蝶阀开启（图 2）。

图2 砂石+网式过滤器联合工作横剖面图

砂石过滤器单独模式：水流由主干管流入侧向干管，通过向上的DN 600 mm 钢管左右分水到大型砂石过滤器。由上部进水管进入砂石过滤器上腔内,上腔内装有精细处理过的过滤料（石英砂）。水经过一定厚度滤料的过滤，经过PE 材质塔帽进入砂石过滤器下腔。下腔内的水通过罐体出水管左右2 根DN 600 mm 钢管汇入右侧DN 1 200 mm 钢管，然后进入网式过滤器后端出水管汇流管，进入主干管。此时5个阀门井蝶阀工作状态为1号蝶阀关闭、2号蝶阀开启、3号蝶阀关闭、4号蝶阀关闭、5号蝶阀开启；网式过滤器进出水蝶阀处于全关位置。

网式过滤器单独模式：主干管水流侧向进入过滤站侧向进水管，经过砂石过滤器进水管然后转向下游，直接进入网式过滤器进水干管，然后垂直向上进入网式过滤器内腔，通过特制不锈钢多层滤网，水流到达网式过滤器外腔，外腔内的水经过保压阀垂直向下进入地下网式过滤器汇流管DN 1 200 mm 钢管，此时5个阀门井蝶阀工作状态为1号蝶阀关闭、2号蝶阀开启、3号蝶阀开启、4号蝶阀关闭、5号蝶阀开启；砂石过滤器进出水蝶阀处于全关位置。

网式过滤器反冲洗工作模式：一是定时反冲洗。将反冲洗工作模式设置为定时冲洗。在一定时间间隔内进行1次冲洗作业，内腔排污管自动开启，专用螺旋吸头在顶部旋转电机带动下开始旋转，由于射流负吸作用，吸头将附着在内腔表面的泥沙等细小杂质吸走。随内腔排污管一起排到过滤站外绿化带，用于绿化带的绿化用水。经过一定的时间后，自动关闭排污阀，电机停止转动，一个排污循环结束。二是压差反冲洗。当内腔发生滤网堵塞，外腔压力降低，自动化设备向内腔排污阀启动模块发出开启指令，排污阀开启，专用螺旋吸头在顶部旋转电机带动下开始旋转，由于射流负吸作用，吸头将附着在内腔表面的泥沙等细小杂质吸走。当压力差小于设定的定值，排污阀关闭，电机停止转动，一个排污循环结束。

砂石过滤器反冲洗工作模式：一是压差反冲洗。将工作模式设定为当砂石过滤器进出口压力差到一定值时，过滤器进水口的蝶阀自动关闭，砂石过滤器排污阀自动打开进行排污反冲洗作业。同时，位于过滤站的空气压缩机开始工作，将压缩空气送入砂石过滤器下腔（清水腔）压缩空气与水混合后经过下腔塔帽进入上腔，使得被污染的滤料（石英砂）在上腔内上下翻滚，相互摩擦，泥沙轻质污物随污水经过上腔上部排污管排出罐体流入田间绿化带。二是人工反冲洗。通过投料口工作观察窗进行观察，当过滤料变色较脏时，可进行人工辅助进行冲洗作业，具体方法与压差反冲洗相同。

4 集中式过滤站运行注意事项

4.1 集中式过滤站的建成首次通水运行

在灌区干管建成，总过滤站安装完毕，砂石过滤器滤料投料，网式过滤器无水空载带电试验完成后，灌区集中式总过滤站要进行首次通水（带水）试运行。首先进行总干管充水压水试验，由于总干管首部与末端高差较大，总干管管道安装沿管线的压力等级不同，采用不同管径、不同壁厚的玻璃加砂管，干管耐压试验采取分段进行，耐压试验严格按照规范进行。在总干管冲水耐压试验完成、管道冲洗完成后，进行总干管集中总过滤站进出水管道的耐压试验完成后，进行过滤站整体过水设备24 h 静压试验。先进行进出水总管的冲洗工作，然后依次开启过滤站 5#、4#、3#、2#阀门井中的手电两用蝶阀，缓慢关闭主干管1#阀门井手电两用蝶阀，为防止发生水锤现象，可采用电动方式关闭主干管电动蝶阀，必须严格按照设计给定的时间进行关闭操作，避免发生水击现象[3]。待水流持续流动一段时间后，关闭5#手动两用蝶阀，通知首部关闭干渠进水闸，保持首部清水水池水位在一个稳定高程，24 h 后检查总过滤站所有过水设备的密闭性，特别是进出输管道控制蝶阀、管道伸缩节。

4.2 集中式过滤站灌溉期之前开始安全检查检修

每年春季灌水前，由于经过从上一年9月至5月初灌水设备停用期，在本年度灌水开始之前必须对集中式总过滤站所用设备进行运行前的检查维修，保证站内所有运行设备在灌溉周期内尽量少发生停用故障，提高水处理效率，主要检查以下几项关键设备的是否完好：一是砂石过滤器滤料的过滤性能，打开投料口进行直观检查，若不合格进行更换，或者对滤料进行二次清洗处理；二是网式过滤器滤网的检查，打开网式过滤器本体顶盖，抽出滤网进行检查，若有问题立即更换备用滤网，为降低成本换下的滤网进行翻新处理；三是对总干管过滤器车间内所有电气设备进行完好性、安全性、可靠性检查；四是检查总干管过滤器进出水管、砂石过滤器、网式过滤器等设备上配置的复合进排气阀的可靠性，这项工作尤为重要，关系到整个集中式过滤站工作的安全性、可靠性，必须进行拆解检修。

4.3 集中式过滤站灌溉期末安全检修

当集中式过滤站完成当年的灌溉水过滤处理任务后，由于灌区所处的地理位置为高纬度极寒地区，为保证过滤站在停用期间的站内过滤设备的安全，必须进行以下必要的安全检查。站内所有充水设备必须进行排空检查，保证所有进排气阀处于正常工作状态，所有罐体排水阀处于全开状态，罐体及管道内在整个停用期内处于无水状态，防止发生设备冻胀破坏。

5 结语

大型微灌区采用集中过滤站进行二次灌溉水过滤处理，相较于在每个灌溉单元（53.33～66.67 hm2）前设置分散的二次水处理过滤器，具有以下优点：首先，采用集中二次水处理，符合现代农业发展方向，便于集约化管理，自动化管理。其次，由于采用3 种不同的水处理方式组合，便于不同季节水中杂质含量不同、类型不同时进行水处理。再次，采用集中式大型过滤站进行微灌水处理，可进行多种作业，实施无人值守作业，可以降低人工成本，符合现代农业向着集约化、现代化方向发展，有助于不断提高农业灌溉水处理过程的科技含量。