淺談大型微灌灌區(qū)過(guò)濾器集中安裝運(yùn)行方式

唐新民

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

阿葦灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)青河縣境內(nèi)，灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積1.67萬(wàn)hm2，全部采用高效滴灌，為新疆維吾爾自治區(qū)牧民定居骨干工程。采用二級(jí)過(guò)濾水處理方式，干管首部初步進(jìn)行沉沙、除漂、除藻，現(xiàn)以二干管自壓集中二次過(guò)濾站為例進(jìn)行說(shuō)明。二干管自壓部分控制灌溉面積0.23萬(wàn)hm2，設(shè)計(jì)流量1.61 m3/s。集中過(guò)濾站裝有大型砂石過(guò)濾器14 臺(tái)，單臺(tái)處理能力600 m3/h，網(wǎng)式過(guò)濾器10臺(tái)，單臺(tái)處理能力800 m3/h，完全滿足高峰時(shí)段的灌水要求。西北地區(qū)水中泥沙含量大，若微灌系統(tǒng)采用地表水作為水源時(shí)，設(shè)置過(guò)濾設(shè)施顯得尤為重要。即使在引水樞紐設(shè)置了沉砂池，將渠道水直接用于微灌仍會(huì)嚴(yán)重堵塞灌水器，加重過(guò)濾器的負(fù)擔(dān)。因此，有必要在河渠水和微灌系統(tǒng)之間再設(shè)一沉沙池，對(duì)其所含的超過(guò)微灌系統(tǒng)指標(biāo)的以懸移質(zhì)為主的泥沙進(jìn)行處理，從而防止微灌系統(tǒng)的堵塞，減輕過(guò)濾器的負(fù)擔(dān)[1-2]。

2 集中過(guò)濾站在主干管上的布置方式

第一種布置方式：正向布置。具體布置方式為灌區(qū)集中過(guò)濾站進(jìn)出水管與田間灌溉主干管走向垂直方向布置，主干管將過(guò)濾站進(jìn)出水管一分為二。這種集中過(guò)濾站垂直于灌區(qū)主干管布置方式的優(yōu)點(diǎn)：首先，過(guò)濾站過(guò)濾器進(jìn)出水管道內(nèi)流水的量比較均衡，第一組過(guò)濾器與最后一組過(guò)濾器的距離相差不大，在調(diào)整流量時(shí)可以不予考慮。其次，土建的工程量比較小，由于集中過(guò)濾站的進(jìn)出水管橫向垂直跨接在灌區(qū)主干管上，相對(duì)于其他的管道布置方式可以減少2個(gè)地下閥門井的工程量。再次，由于設(shè)備的均衡布置，過(guò)濾車間的設(shè)備整體布置比較均衡美觀。這種布置方式的缺點(diǎn)：主要是與灌區(qū)的道路、防風(fēng)林帶、主干管、電力線路不統(tǒng)一、不協(xié)調(diào)，道路林帶布置在通過(guò)總過(guò)濾位置時(shí)需要繞行，電力線路需加高，主要是安全距離超限，不符合安全要求。正向布置適應(yīng)于灌區(qū)農(nóng)田經(jīng)過(guò)總過(guò)濾站后呈平行于等高線的大面積灌區(qū)。

第二種布置方式：側(cè)向布置。具體布置方式為灌區(qū)大型總過(guò)濾站布置于主干管道靠近農(nóng)田的一側(cè)。灌溉水流由主干管經(jīng)過(guò)截止蝶閥垂直進(jìn)入到過(guò)濾站的砂石過(guò)濾器底部進(jìn)水總管，經(jīng)由砂石過(guò)濾器過(guò)濾后，進(jìn)入地面（DN600）匯流管，匯流管共計(jì)2 根，呈相對(duì)布置，在右側(cè)末端進(jìn)入回流總管然后進(jìn)入網(wǎng)式過(guò)濾器的前端進(jìn)水管（DN1200）總管。這種布置方式相對(duì)于第一種布置方式的優(yōu)點(diǎn)：首先，過(guò)濾站的總體布置與灌區(qū)的田間總體布置相協(xié)調(diào)，布置于一側(cè)不會(huì)對(duì)原有田間規(guī)劃的道路、電力線路、主干管以及道路一側(cè)的防風(fēng)綠化帶造成破壞，反而更加協(xié)調(diào)，便于過(guò)濾站的管理。其次，由于側(cè)向布置避開(kāi)了電力線路，使得主干管的施工與干管總過(guò)濾站整個(gè)施工過(guò)程互不干擾，有利于加快工程施工進(jìn)度。再次，采用側(cè)向布置有利于反沖洗棄水的處理，反沖洗后含有有機(jī)質(zhì)的肥水、砂石過(guò)濾器和網(wǎng)式過(guò)濾器的反沖洗棄水通過(guò)棄水管道直接排入主干管規(guī)劃的田間林帶和分干管田間防風(fēng)林帶，提高了水的利用率。

上述2 種總過(guò)濾器安裝方式又分為進(jìn)出水管地面安裝方式、進(jìn)出水管地下安裝方式2 種。地面安裝方式進(jìn)出水管由主干管引出后，安裝在地面混凝土基座之上，砂石過(guò)濾器、網(wǎng)式過(guò)濾器的安裝高度相對(duì)于進(jìn)出水管地下安裝方式整體較高，要求設(shè)備安裝的車間高度較高，對(duì)于新疆阿勒泰地區(qū)常年干旱、風(fēng)沙較大的地區(qū)適應(yīng)性較差。設(shè)備檢修、砂石過(guò)濾器濾料置換不方便，管道表面防腐要求較高。過(guò)濾器進(jìn)出水管地下安裝方式，由于進(jìn)出水管安裝在地面以下，管道外包現(xiàn)澆鋼筋混凝土，砂石過(guò)濾器，特別是網(wǎng)式過(guò)濾器安裝在由混凝土包裹的基礎(chǔ)之上，整體高度至少降低1.5 m，過(guò)濾站的車間整體高度降低，抵御風(fēng)沙的能力提高，砂石過(guò)濾器的濾料置換、清洗極為便利。特別是網(wǎng)式過(guò)濾器的檢修，濾網(wǎng)的清洗置換由于安裝高度的降低顯得特別方便，過(guò)濾站車間的采光、交通整體布置美觀大方，不利之處在于過(guò)濾站進(jìn)出水管布置在地下，必須增加4個(gè)閥門井的土建工程量，考慮地下閥門井的排水問(wèn)題，增加4個(gè)閥門井的排水連通管，以便將管道、閥門檢修滲水及時(shí)有效地排出閥門井。

3 主干管輸水集中過(guò)濾處理方式

從圖1 可以看出，水流由干渠流入主干管首部沉沙、除污、除漂池中經(jīng)過(guò)初步處理后，經(jīng)過(guò)主干管計(jì)量設(shè)備（電磁流量計(jì)DN 1200）管徑1 200 mm的玻璃夾砂主干管，在滿足自壓條件（壓差大于0.3 MPa）的位置進(jìn)入側(cè)向布置的干管集中過(guò)濾站（砂石+網(wǎng)式），這種布置相對(duì)于正向布置而言，好處是不影響田間管道、林帶、電力線路、田間道路整體布置。集中布置大型過(guò)濾站選擇地下還是地上要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本項(xiàng)目選擇地下布置進(jìn)出水管，先砂石后網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)行灌溉水的集中處理。

圖1 主干管集中過(guò)濾站平面布置圖

砂石+網(wǎng)式聯(lián)合模式：水流由主干管流入側(cè)向干管，通過(guò)向上的DN 600 mm 鋼管左右分水到大型砂石過(guò)濾器。由上部進(jìn)水管進(jìn)入砂石過(guò)濾器上腔內(nèi),上腔內(nèi)裝有精細(xì)處理過(guò)的過(guò)濾料（石英砂）。水經(jīng)過(guò)一定厚度的濾料，經(jīng)過(guò)PE 材質(zhì)塔帽、上下腔隔板進(jìn)入砂石過(guò)濾器下腔。下腔內(nèi)的水通過(guò)左右2 根DN 600 mm 鋼管匯入右側(cè)DN 1 200 mm 鋼管，水流流向下游側(cè)網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)水管DN 1 200 mm 鋼管，然后垂直向上進(jìn)入網(wǎng)式過(guò)濾器內(nèi)腔，通過(guò)特制不銹鋼多層濾網(wǎng)，水流到達(dá)網(wǎng)式過(guò)濾器外腔，外腔內(nèi)的水經(jīng)過(guò)保壓閥垂直向下進(jìn)入地下網(wǎng)式過(guò)濾器匯流管DN 1 200 mm 鋼管，然后進(jìn)入主干管（DN 1 200 mm 玻璃加砂管）進(jìn)入第一個(gè)自壓節(jié)點(diǎn)，開(kāi)始向田間輸水分干管供水。此時(shí)5個(gè)閥門井蝶閥工作狀態(tài)為1號(hào)蝶閥關(guān)閉、2號(hào)蝶閥開(kāi)啟、3號(hào)蝶閥關(guān)閉，4號(hào)蝶閥開(kāi)啟、5號(hào)蝶閥開(kāi)啟（圖 2）。

圖2 砂石+網(wǎng)式過(guò)濾器聯(lián)合工作橫剖面圖

砂石過(guò)濾器單獨(dú)模式：水流由主干管流入側(cè)向干管，通過(guò)向上的DN 600 mm 鋼管左右分水到大型砂石過(guò)濾器。由上部進(jìn)水管進(jìn)入砂石過(guò)濾器上腔內(nèi),上腔內(nèi)裝有精細(xì)處理過(guò)的過(guò)濾料（石英砂）。水經(jīng)過(guò)一定厚度濾料的過(guò)濾，經(jīng)過(guò)PE 材質(zhì)塔帽進(jìn)入砂石過(guò)濾器下腔。下腔內(nèi)的水通過(guò)罐體出水管左右2 根DN 600 mm 鋼管匯入右側(cè)DN 1 200 mm 鋼管，然后進(jìn)入網(wǎng)式過(guò)濾器后端出水管匯流管，進(jìn)入主干管。此時(shí)5個(gè)閥門井蝶閥工作狀態(tài)為1號(hào)蝶閥關(guān)閉、2號(hào)蝶閥開(kāi)啟、3號(hào)蝶閥關(guān)閉、4號(hào)蝶閥關(guān)閉、5號(hào)蝶閥開(kāi)啟；網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)出水蝶閥處于全關(guān)位置。

網(wǎng)式過(guò)濾器單獨(dú)模式：主干管水流側(cè)向進(jìn)入過(guò)濾站側(cè)向進(jìn)水管，經(jīng)過(guò)砂石過(guò)濾器進(jìn)水管然后轉(zhuǎn)向下游，直接進(jìn)入網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)水干管，然后垂直向上進(jìn)入網(wǎng)式過(guò)濾器內(nèi)腔，通過(guò)特制不銹鋼多層濾網(wǎng)，水流到達(dá)網(wǎng)式過(guò)濾器外腔，外腔內(nèi)的水經(jīng)過(guò)保壓閥垂直向下進(jìn)入地下網(wǎng)式過(guò)濾器匯流管DN 1 200 mm 鋼管，此時(shí)5個(gè)閥門井蝶閥工作狀態(tài)為1號(hào)蝶閥關(guān)閉、2號(hào)蝶閥開(kāi)啟、3號(hào)蝶閥開(kāi)啟、4號(hào)蝶閥關(guān)閉、5號(hào)蝶閥開(kāi)啟；砂石過(guò)濾器進(jìn)出水蝶閥處于全關(guān)位置。

網(wǎng)式過(guò)濾器反沖洗工作模式：一是定時(shí)反沖洗。將反沖洗工作模式設(shè)置為定時(shí)沖洗。在一定時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行1次沖洗作業(yè)，內(nèi)腔排污管自動(dòng)開(kāi)啟，專用螺旋吸頭在頂部旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，由于射流負(fù)吸作用，吸頭將附著在內(nèi)腔表面的泥沙等細(xì)小雜質(zhì)吸走。隨內(nèi)腔排污管一起排到過(guò)濾站外綠化帶，用于綠化帶的綠化用水。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，自動(dòng)關(guān)閉排污閥，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)排污循環(huán)結(jié)束。二是壓差反沖洗。當(dāng)內(nèi)腔發(fā)生濾網(wǎng)堵塞，外腔壓力降低，自動(dòng)化設(shè)備向內(nèi)腔排污閥啟動(dòng)模塊發(fā)出開(kāi)啟指令，排污閥開(kāi)啟，專用螺旋吸頭在頂部旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，由于射流負(fù)吸作用，吸頭將附著在內(nèi)腔表面的泥沙等細(xì)小雜質(zhì)吸走。當(dāng)壓力差小于設(shè)定的定值，排污閥關(guān)閉，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)排污循環(huán)結(jié)束。

砂石過(guò)濾器反沖洗工作模式：一是壓差反沖洗。將工作模式設(shè)定為當(dāng)砂石過(guò)濾器進(jìn)出口壓力差到一定值時(shí)，過(guò)濾器進(jìn)水口的蝶閥自動(dòng)關(guān)閉，砂石過(guò)濾器排污閥自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行排污反沖洗作業(yè)。同時(shí)，位于過(guò)濾站的空氣壓縮機(jī)開(kāi)始工作，將壓縮空氣送入砂石過(guò)濾器下腔（清水腔）壓縮空氣與水混合后經(jīng)過(guò)下腔塔帽進(jìn)入上腔，使得被污染的濾料（石英砂）在上腔內(nèi)上下翻滾，相互摩擦，泥沙輕質(zhì)污物隨污水經(jīng)過(guò)上腔上部排污管排出罐體流入田間綠化帶。二是人工反沖洗。通過(guò)投料口工作觀察窗進(jìn)行觀察，當(dāng)過(guò)濾料變色較臟時(shí)，可進(jìn)行人工輔助進(jìn)行沖洗作業(yè)，具體方法與壓差反沖洗相同。

4 集中式過(guò)濾站運(yùn)行注意事項(xiàng)

4.1 集中式過(guò)濾站的建成首次通水運(yùn)行

在灌區(qū)干管建成，總過(guò)濾站安裝完畢，砂石過(guò)濾器濾料投料，網(wǎng)式過(guò)濾器無(wú)水空載帶電試驗(yàn)完成后，灌區(qū)集中式總過(guò)濾站要進(jìn)行首次通水（帶水）試運(yùn)行。首先進(jìn)行總干管充水壓水試驗(yàn)，由于總干管首部與末端高差較大，總干管管道安裝沿管線的壓力等級(jí)不同，采用不同管徑、不同壁厚的玻璃加砂管，干管耐壓試驗(yàn)采取分段進(jìn)行，耐壓試驗(yàn)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。在總干管沖水耐壓試驗(yàn)完成、管道沖洗完成后，進(jìn)行總干管集中總過(guò)濾站進(jìn)出水管道的耐壓試驗(yàn)完成后，進(jìn)行過(guò)濾站整體過(guò)水設(shè)備24 h 靜壓試驗(yàn)。先進(jìn)行進(jìn)出水總管的沖洗工作，然后依次開(kāi)啟過(guò)濾站 5#、4#、3#、2#閥門井中的手電兩用蝶閥，緩慢關(guān)閉主干管1#閥門井手電兩用蝶閥，為防止發(fā)生水錘現(xiàn)象，可采用電動(dòng)方式關(guān)閉主干管電動(dòng)蝶閥，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)給定的時(shí)間進(jìn)行關(guān)閉操作，避免發(fā)生水擊現(xiàn)象[3]。待水流持續(xù)流動(dòng)一段時(shí)間后，關(guān)閉5#手動(dòng)兩用蝶閥，通知首部關(guān)閉干渠進(jìn)水閘，保持首部清水水池水位在一個(gè)穩(wěn)定高程，24 h 后檢查總過(guò)濾站所有過(guò)水設(shè)備的密閉性，特別是進(jìn)出輸管道控制蝶閥、管道伸縮節(jié)。

4.2 集中式過(guò)濾站灌溉期之前開(kāi)始安全檢查檢修

每年春季灌水前，由于經(jīng)過(guò)從上一年9月至5月初灌水設(shè)備停用期，在本年度灌水開(kāi)始之前必須對(duì)集中式總過(guò)濾站所用設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行前的檢查維修，保證站內(nèi)所有運(yùn)行設(shè)備在灌溉周期內(nèi)盡量少發(fā)生停用故障，提高水處理效率，主要檢查以下幾項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備的是否完好：一是砂石過(guò)濾器濾料的過(guò)濾性能，打開(kāi)投料口進(jìn)行直觀檢查，若不合格進(jìn)行更換，或者對(duì)濾料進(jìn)行二次清洗處理；二是網(wǎng)式過(guò)濾器濾網(wǎng)的檢查，打開(kāi)網(wǎng)式過(guò)濾器本體頂蓋，抽出濾網(wǎng)進(jìn)行檢查，若有問(wèn)題立即更換備用濾網(wǎng)，為降低成本換下的濾網(wǎng)進(jìn)行翻新處理；三是對(duì)總干管過(guò)濾器車間內(nèi)所有電氣設(shè)備進(jìn)行完好性、安全性、可靠性檢查；四是檢查總干管過(guò)濾器進(jìn)出水管、砂石過(guò)濾器、網(wǎng)式過(guò)濾器等設(shè)備上配置的復(fù)合進(jìn)排氣閥的可靠性，這項(xiàng)工作尤為重要，關(guān)系到整個(gè)集中式過(guò)濾站工作的安全性、可靠性，必須進(jìn)行拆解檢修。

4.3 集中式過(guò)濾站灌溉期末安全檢修

當(dāng)集中式過(guò)濾站完成當(dāng)年的灌溉水過(guò)濾處理任務(wù)后，由于灌區(qū)所處的地理位置為高緯度極寒地區(qū)，為保證過(guò)濾站在停用期間的站內(nèi)過(guò)濾設(shè)備的安全，必須進(jìn)行以下必要的安全檢查。站內(nèi)所有充水設(shè)備必須進(jìn)行排空檢查，保證所有進(jìn)排氣閥處于正常工作狀態(tài)，所有罐體排水閥處于全開(kāi)狀態(tài)，罐體及管道內(nèi)在整個(gè)停用期內(nèi)處于無(wú)水狀態(tài)，防止發(fā)生設(shè)備凍脹破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

大型微灌區(qū)采用集中過(guò)濾站進(jìn)行二次灌溉水過(guò)濾處理，相較于在每個(gè)灌溉單元（53.33～66.67 hm2）前設(shè)置分散的二次水處理過(guò)濾器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，采用集中二次水處理，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，便于集約化管理，自動(dòng)化管理。其次，由于采用3 種不同的水處理方式組合，便于不同季節(jié)水中雜質(zhì)含量不同、類型不同時(shí)進(jìn)行水處理。再次，采用集中式大型過(guò)濾站進(jìn)行微灌水處理，可進(jìn)行多種作業(yè)，實(shí)施無(wú)人值守作業(yè)，可以降低人工成本，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向著集約化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，有助于不斷提高農(nóng)業(yè)灌溉水處理過(guò)程的科技含量。