灌溉資訊 | 我國(guó)微灌過濾器發(fā)展回顧與展望

1972年墨西哥總統(tǒng)訪華時(shí)給我國(guó)贈(zèng)送了滴灌設(shè)備。1974年所贈(zèng)送的三套滴灌設(shè)備分別在山西大寨、河北遵化和北京密云水庫(kù)開展試驗(yàn)研究。從此拉開了我國(guó)微灌技術(shù)發(fā)展的帷幕。對(duì)過濾器的研發(fā)也是從這時(shí)開始！

70年代，主要是滴灌設(shè)備生產(chǎn)廠家為了給滴灌系統(tǒng)配套，開發(fā)出了簡(jiǎn)易金屬外殼篩網(wǎng)過濾器，主要開發(fā)廠家包括：河北遵化塑料廠、沈陽大東塑料廠（后來的沈陽塑料七廠）等，參與研發(fā)的科研單位主要包括北京水科院、水利部灌溉所、武漢水利學(xué)院、山西水科所、遼寧水科所等。此期間是我國(guó)微灌發(fā)展的第一個(gè)高潮期，但過濾器的發(fā)展并沒有引起更多的關(guān)注。

80年代中期，由于對(duì)微灌堵塞認(rèn)識(shí)不夠，使許多微灌工程因?yàn)?strong>灌水器堵塞被廢棄，微灌技術(shù)推廣受到很大的打擊。此時(shí)人們開始認(rèn)識(shí)到過濾器的重要性，開始研究微灌過濾技術(shù)。1988年，由水利部立項(xiàng)開展砂過濾器和篩網(wǎng)過濾器的專項(xiàng)研制工作。1991年在西安召開的全國(guó)微灌會(huì)議，會(huì)議參展的過濾器產(chǎn)品主要有河北遵化的網(wǎng)式過濾器，武漢水電大學(xué)的不銹鋼雙網(wǎng)過濾器，其它廠家的過濾器產(chǎn)品較少見。

（微灌用滴頭上的堵塞情況，圖片來源：IrrigationClass）

會(huì)議針對(duì)微灌過濾器進(jìn)行了探討，指出了過濾器設(shè)備制造水平低、品種單一和規(guī)格不全等問題，提出了引進(jìn)國(guó)外新技術(shù)的要求。

(從左到右：旋流水砂分離器和金屬外殼篩網(wǎng)過濾器，圖片來源Filit)

90年代，微灌的發(fā)展速度開始加快，中國(guó)灌排公司從國(guó)外直接引進(jìn)滴灌帶生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)也引入了小流量的塑料過濾器生產(chǎn)模具等。隨后又有山東、河北等多家企業(yè)爭(zhēng)相引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的微灌設(shè)備，山東萊蕪塑料制品總廠開發(fā)了全塑篩網(wǎng)過濾器。中國(guó)灌排公司組建了我國(guó)第一個(gè)專門生產(chǎn)微灌過濾器的企業(yè)：北京通捷公司。通捷公司通過引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，開發(fā)出了包括砂石過濾器、旋流水砂分離器和篩網(wǎng)過濾器等多品種系列化的產(chǎn)品。另外武漢云水公司也開發(fā)出了立式和臥式砂過濾器，我國(guó)目前大多數(shù)過濾器企業(yè)的產(chǎn)品是在上述兩家公司產(chǎn)品的基礎(chǔ)上研發(fā)的。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)的微灌技術(shù)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期，過濾器產(chǎn)業(yè)同樣得到了迅猛發(fā)展，并形成產(chǎn)業(yè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)。目前僅新疆地區(qū)上規(guī)模的過濾器生產(chǎn)廠家就有近十家，較大規(guī)模的有天露公司、湖光糖廠、新農(nóng)通公司等等，新疆水科院申報(bào)了移動(dòng)滴灌機(jī)專利，制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)等。小規(guī)模的過濾器生產(chǎn)廠家更是無法計(jì)數(shù)，產(chǎn)品覆蓋了砂過濾器、旋流水砂分離器、疊片過濾器和篩網(wǎng)過濾器等所有型式。估計(jì)目前新疆地區(qū)過濾器保有量在5萬臺(tái)左右，過濾流量500萬立方/小時(shí)。

國(guó)內(nèi)其他省、市、自治區(qū)的微灌同樣進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，在干旱缺水的甘肅、寧夏、北京等北方地區(qū)，過濾器產(chǎn)業(yè)逐漸成規(guī)模，涌現(xiàn)了許多專業(yè)生產(chǎn)廠家，估計(jì)過濾流量在200萬立方/小時(shí)。

（一）生產(chǎn)廠家眾多產(chǎn)品質(zhì)量可靠性不高

1、由于過濾器的生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)單，加之用戶以價(jià)格最低的觀念選擇產(chǎn)品，于是就涌現(xiàn)了許多大大小小的過濾器制造廠家；

2、缺少行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量檢測(cè)不嚴(yán)格；

3、企業(yè)質(zhì)量體系不健全，缺少技術(shù)開發(fā)人員；

（二）多數(shù)產(chǎn)品的性能參數(shù)比較含糊

對(duì)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(dòng)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。

（砂過濾器和疊片過濾器工程組合運(yùn)用，圖片來源：IrrigationClass)

（三）對(duì)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(duì)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(duì)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。因此微灌過濾的要素和影響因子和水處理行業(yè)有著根本區(qū)別。近年來，隨著劣質(zhì)水在微灌上的應(yīng)用（如城市污水廠的中水滴灌）速度加快，現(xiàn)有的過濾技術(shù)已明顯不夠滿足使用要求。

（四）對(duì)砂濾料和疊片材料結(jié)構(gòu)的研究不足

1、砂過濾器是國(guó)際上應(yīng)用較普遍的微灌過濾設(shè)備，由于砂過濾技術(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(guó)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(guó)外開展研究較多較細(xì)的是一些生產(chǎn)企業(yè)，因?yàn)槭袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，其技術(shù)資料是保密的，國(guó)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(cè)它將會(huì)取代砂過濾器成為微灌的主流過濾設(shè)備。對(duì)于我們這個(gè)缺水的國(guó)家來說疊片過濾器的應(yīng)用前景是非常廣闊的。

(微灌工程中遺棄的疊片濾芯，圖片來源：IrrigationClass)

（五）反沖洗用水量被忽視

影響反沖洗用水量的因素很多，主要的有以下幾種：

1、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(zhǎng)，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(duì)砂石過濾較少，但還存在著爭(zhēng)議點(diǎn)。

2、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(hào)、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。

3、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(jí)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(huì)影響沖洗耗水量的大小。

4、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。

（一）制定行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)微灌過濾器的標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《微灌用篩網(wǎng)過濾器》；三個(gè)國(guó)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(duì)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)還沒有開發(fā)成功的例子，市場(chǎng)由國(guó)外產(chǎn)品主導(dǎo)，但是由于大多數(shù)的國(guó)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(shì)在必行。

（二）加強(qiáng)劣質(zhì)水微灌過濾技術(shù)研究

我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，水資源污染現(xiàn)象嚴(yán)重，發(fā)展劣質(zhì)水微灌是未來節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一。劣質(zhì)水微灌的最大障礙是水質(zhì)處理問題，過濾理所當(dāng)然就成為其中最重要的研究課題之一。

以色列的RavinaI等（1990，1992）和意大利的A.Capra(2004，2001)長(zhǎng)期從事污水滴灌過濾和堵塞的試驗(yàn)，他們得出了處理后的生活污水用于微灌是可行的結(jié)論，在水過濾處理方面他們公認(rèn)的結(jié)果是砂過濾器應(yīng)用效果最好，疊片式過濾器次之，網(wǎng)式過濾器則不能作為主過濾器，A.Capra等人建議砂過濾器反沖洗周期為1小時(shí)，最好使用自動(dòng)反沖洗功能。   

（黃土高原上深層地下水的泥沙情況，圖片來源：IrrigationClass）

（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(dòng)清洗，并且清洗耗水量要少。另外，不同的水質(zhì)對(duì)過濾材料的要求不同，有針對(duì)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(gè)長(zhǎng)久的課題。

（四）開發(fā)推廣自動(dòng)化程度高的過濾器

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(duì)過濾材料進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)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。

近幾年來，隨著微灌工程技術(shù)的向前發(fā)展自清潔過濾器逐漸被用戶重視，開始成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)雖然也開發(fā)了一些產(chǎn)品，但其最關(guān)鍵的控制部件仍然采用國(guó)外進(jìn)口，如電子控制儀、反沖洗閥門和壓力流量傳感器等，國(guó)內(nèi)目前尚無一個(gè)企業(yè)形成具有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)名牌產(chǎn)品。為了節(jié)省開支多數(shù)用戶只能被迫選擇使用人工清洗操作的過濾器。自清洗過濾器從技術(shù)上講并沒有什么難度，難的是要做出名牌就需要花費(fèi)大量的人力財(cái)力投入到研發(fā)和生產(chǎn)考核，一旦研發(fā)成功就能得到快速推廣應(yīng)用，希望有遠(yuǎn)見的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)致力于研發(fā)。

（五）過濾器仍將保持高速發(fā)展態(tài)勢(shì)

1、我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，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(guó)政府最關(guān)注民生大問題，去年國(guó)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(guó)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(yíng)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(dòng)力價(jià)格的上漲，沖擊傳統(tǒng)的灌溉方式。自動(dòng)化灌溉方式將是我國(guó)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！

（六）自動(dòng)化過濾系統(tǒng)是未來的主流

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

3、組合過濾系統(tǒng)更需要自動(dòng)化控制。

（七）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。

（八）過濾器發(fā)展趨勢(shì)

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(chǎng)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。