灌溉资讯 | 我国微灌过滤器发展回顾与展望

1972年墨西哥总统访华时给我国赠送了滴灌设备。1974年所赠送的三套滴灌设备分别在山西大寨、河北遵化和北京密云水库开展试验研究。从此拉开了我国微灌技术发展的帷幕。对过滤器的研发也是从这时开始！

70年代，主要是滴灌设备生产厂家为了给滴灌系统配套，开发出了简易金属外壳筛网过滤器，主要开发厂家包括：河北遵化塑料厂、沈阳大东塑料厂（后来的沈阳塑料七厂）等，参与研发的科研单位主要包括北京水科院、水利部灌溉所、武汉水利学院、山西水科所、辽宁水科所等。此期间是我国微灌发展的第一个高潮期，但过滤器的发展并没有引起更多的关注。

80年代中期，由于对微灌堵塞认识不够，使许多微灌工程因为灌水器堵塞被废弃，微灌技术推广受到很大的打击。此时人们开始认识到过滤器的重要性，开始研究微灌过滤技术。1988年，由水利部立项开展砂过滤器和筛网过滤器的专项研制工作。1991年在西安召开的全国微灌会议，会议参展的过滤器产品主要有河北遵化的网式过滤器，武汉水电大学的不锈钢双网过滤器，其它厂家的过滤器产品较少见。

（微灌用滴头上的堵塞情况，图片来源：IrrigationClass）

会议针对微灌过滤器进行了探讨，指出了过滤器设备制造水平低、品种单一和规格不全等问题，提出了引进国外新技术的要求。

(从左到右：旋流水砂分离器和金属外壳筛网过滤器，图片来源Filit)

90年代，微灌的发展速度开始加快，中国灌排公司从国外直接引进滴灌带生产设备，同时也引入了小流量的塑料过滤器生产模具等。随后又有山东、河北等多家企业争相引进国外先进的微灌设备，山东莱芜塑料制品总厂开发了全塑筛网过滤器。中国灌排公司组建了我国第一个专门生产微灌过滤器的企业：北京通捷公司。通捷公司通过引进国外技术，开发出了包括砂石过滤器、旋流水砂分离器和筛网过滤器等多品种系列化的产品。另外武汉云水公司也开发出了立式和卧式砂过滤器，我国目前大多数过滤器企业的产品是在上述两家公司产品的基础上研发的。

进入21世纪以后，我国的微灌技术进入飞速发展时期，过滤器产业同样得到了迅猛发展，并形成产业独立的产业。目前仅新疆地区上规模的过滤器生产厂家就有近十家，较大规模的有天露公司、湖光糖厂、新农通公司等等，新疆水科院申报了移动滴灌机专利，制定了相应标准等。小规模的过滤器生产厂家更是无法计数，产品覆盖了砂过滤器、旋流水砂分离器、叠片过滤器和筛网过滤器等所有型式。估计目前新疆地区过滤器保有量在5万台左右，过滤流量500万立方/小时。

国内其他省、市、自治区的微灌同样进入高速发展时期，在干旱缺水的甘肃、宁夏、北京等北方地区，过滤器产业逐渐成规模，涌现了许多专业生产厂家，估计过滤流量在200万立方/小时。

（一）生产厂家众多产品质量可靠性不高

1、由于过滤器的生产工艺较简单，加之用户以价格最低的观念选择产品，于是就涌现了许多大大小小的过滤器制造厂家；

2、缺少行业或国家标准，质量检测不严格；

3、企业质量体系不健全，缺少技术开发人员；

（二）多数产品的性能参数比较含糊

对过滤器内在的性能比如：公称压力、最大允许压降、额定压降、清洁压降、过滤流量、公称尺寸、过滤器自动冲洗时间、冲洗压差、最小工作压力、冲洗水量等没有准确的描述或关注。

（砂过滤器和叠片过滤器工程组合运用，图片来源：IrrigationClass)

（三）对砂过滤器和叠片式过滤器过滤性能缺乏深入研究

1、砂过滤器与叠片过滤器都具有吸附悬浮颗粒降低颗粒的浓度的功能，只有对这一功能进行充分研究，才能找出滤料的过滤过程及滤料堵塞规律，解决劣质水微灌的水处理问题。

2、微灌过滤具有高压力，高速度的特点，其过滤目标是滤除水中含有的多余的杂质颗粒，以减轻灌水器堵塞的概率。它对化学因素的滤后效果，如色、嗅有关的因素变化等没有要求。因此微灌过滤的要素和影响因子和水处理行业有着根本区别。近年来，随着劣质水在微灌上的应用（如城市污水厂的中水滴灌）速度加快，现有的过滤技术已明显不够满足使用要求。

（四）对砂滤料和叠片材料结构的研究不足

1、砂过滤器是国际上应用较普遍的微灌过滤设备，由于砂过滤技术是从水处理行业借鉴而来，所以砂石滤料也是照搬水处理行业使用的石英砂或花岗岩砂，这些滤料的粒径不是均匀的。目前国内外尚无人成功开发出微灌专用的砂石滤料。

2、叠片式过滤器的关键要素是塑料叠片的材料、流道结构和叠加方式，在国外开展研究较多较细的是一些生产企业，因为市场竞争的需要，其技术资料是保密的，国内尚无一家上规模的叠片过滤器生产厂家，更没有开展系统的试验与研究。近几年来叠片过滤器在灌溉上运用发展速度很快，有人预测它将会取代砂过滤器成为微灌的主流过滤设备。对于我们这个缺水的国家来说叠片过滤器的应用前景是非常广阔的。

(微灌工程中遗弃的叠片滤芯，图片来源：IrrigationClass)

（五）反冲洗用水量被忽视

影响反冲洗用水量的因素很多，主要的有以下几种：

1、过滤器的形式：资料显示，网式自清洁过滤器的反冲洗最省水，一次清洗时间仅有10秒左右，排出污水的浓度最大；砂过滤器的过滤周期较长，但是一次性清洗水量消耗大，一次清洗时间约为250~300秒左右；叠片过滤器单次冲洗耗水量小于砂过滤，但它的冲洗频率高，一次清洗时间约为10~20秒左右。在冲洗强度方面叠片式要高于沙石过滤器，因此一般认为叠片过滤器清洗用水相对砂石过滤较少，但还存在着争议点。

2、滤床结构 ：主要是指砂过滤器的内部结构，如承托板的结构、滤帽的型号、滤层厚度等，这些结构应在过滤器设计时就考虑到它的清洗耗水性能，叠片过滤器的滤芯和反冲洗结构的影响与砂过滤类似。

3、过滤材料规格 ：是指滤网和叠片的目数、砂石滤料的粒径级配等，一般情况目数越大反冲洗耗水量越多，砂石滤料的清洗比较复杂，平均粒径越大反冲洗耗水量越多。原水中的杂质含量大小与滤料的清洗需要的水量呈正比例关系，含量高冲洗频率就大，耗水量当然就大。水中杂质颗粒的粘性和比重不同，其与过滤材料脱离的难易程度大小不同，同样也会影响冲洗耗水量的大小。

4、原水水质和冲洗强度及压差：同一种过滤器和相同的原水水质条件下，不同的反冲洗强度和冲洗压差指标其冲洗用水量相差很大，网式过滤器和叠片过滤器的反冲洗强度受滤芯的结构与强度限制，同时反冲洗流量不应大于过滤流量。砂石过滤器的反冲洗受流速限制，流速过快容易将滤料带出，同样它的反冲洗速度不应超过过滤速度。

（一）制定行业或国家标准

目前我国微灌过滤器的标准有一个行业标准：《微灌用筛网过滤器》；三个国家标准：《农业灌溉装备 过滤器 基本要素》；《农业灌溉装备 过滤器网式过滤器》；《农业灌溉装备 过滤器 自清洗网式过滤器》。

上述标准主要针对网式过滤器产品，砂过滤器或叠片过滤器却没有相关的标准，这就造成国内微灌过滤设备生产的混乱，产品质量低下的状况。国产的砂过滤器存在着加工粗糙，可靠性差，性能参数不全等问题。叠片式过滤器的工艺要求更高，国内还没有开发成功的例子，市场由国外产品主导，但是由于大多数的国外产品是从其它行业直接拿来用于微灌，在工程应用中还存在着过滤效果和清洗功能模糊不清的问题。因此制定微灌过滤器标准已势在必行。

（二）加强劣质水微灌过滤技术研究

我国是一个水资源严重短缺的国家，水资源污染现象严重，发展劣质水微灌是未来节水农业发展的趋势之一。劣质水微灌的最大障碍是水质处理问题，过滤理所当然就成为其中最重要的研究课题之一。

以色列的RavinaI等（1990，1992）和意大利的A.Capra(2004，2001)长期从事污水滴灌过滤和堵塞的试验，他们得出了处理后的生活污水用于微灌是可行的结论，在水过滤处理方面他们公认的结果是砂过滤器应用效果最好，叠片式过滤器次之，网式过滤器则不能作为主过滤器，A.Capra等人建议砂过滤器反冲洗周期为1小时，最好使用自动反冲洗功能。   

（黄土高原上深层地下水的泥沙情况，图片来源：IrrigationClass）

（三）开发适宜于微灌利用的过滤材料

过滤材料是过滤器的核心，微灌专用过滤材料要求必须是理化性能稳定，清洗快速方便，适宜于高速过滤的材料。理化性能稳定是指砂滤料的不易碎裂和磨损，含水解化合物量少，塑料叠片过滤芯的强度高，不易变形，耐老化抗腐蚀能力强，网式过滤芯的要求安全可靠，不开裂变形等。清洁快速方便是指过滤材料堵塞后容易清洗，尤其是易于自动清洗，并且清洗耗水量要少。另外，不同的水质对过滤材料的要求不同，有针对地开发一些专用过滤材料，过滤效率可以大幅提高。只有好的过滤材料，才能生产出高性能的过滤产品，所以研制开发过滤新材料，是微灌行业发展的一个长久的课题。

（四）开发推广自动化程度高的过滤器

自清洗过滤器是指过滤器能够按照过滤时间、前后压差和过滤流量等指标，通过自身的清洗机构，对过滤材料进行自动清洗操作。砂过滤器和叠片过滤器一般采用反冲洗机构进行自动清洗，网式过滤器水力冲洗效果较差，比较盛行的是具有吸食功能的自清洗过滤器。

近几年来，随着微灌工程技术的向前发展自清洁过滤器逐渐被用户重视，开始成为市场的热点。国内一些企业虽然也开发了一些产品，但其最关键的控制部件仍然采用国外进口，如电子控制仪、反冲洗阀门和压力流量传感器等，国内目前尚无一个企业形成具有自有知识产权名牌产品。为了节省开支多数用户只能被迫选择使用人工清洗操作的过滤器。自清洗过滤器从技术上讲并没有什么难度，难的是要做出名牌就需要花费大量的人力财力投入到研发和生产考核，一旦研发成功就能得到快速推广应用，希望有远见的企业和研究机构致力于研发。

（五）过滤器仍将保持高速发展态势

1、我国经济的高速增长，提供了经济保证。尤其是今年经济刺激计划，有利于节水灌溉的推广；

2、缺水问题和粮食问题是我国政府最关注民生大问题，去年国际粮价的暴涨，再次坚定了政府支持农业水利建设的路线。另外，粮价的上涨将有利于微灌技术的推广；

3、我国广大农村正在大力推行的土地集约化生产，土地的集中经营将有利于微灌发展，研究适用于新形式下的灌溉设备，将带来无限的发展商机；

4、农村劳动力价格的上涨，冲击传统的灌溉方式。自动化灌溉方式将是我国农村发展方向。

5、微灌的发展必将带来过滤器产业的发展！

（六）自动化过滤系统是未来的主流

1、自动化过滤器性能更加安全可靠，用户使用更加方便。

2、随着自动化过滤器的推广数量的快速增加，其生产成本会大幅的降低，旧产品的更新大多会选择自动化过滤器；

3、组合过滤系统更需要自动化控制。

（七）过滤介质、材料专用化系列化

1、不同的水质有不同的过滤材料；

2、不同的水质具有不同的介质构造；

3、不同的灌水器要求采用不同的材料。

（八）过滤器发展趋势

1、大中型工程和水质较差条件下仍以砂过滤为主过滤；

2、叠片过滤器的应用数量将逐渐成为市场的主流；

3、旋流式水砂分离器和网式过滤器主要作为辅助过滤器。