微灌用施肥泵施肥比例與肥水比對(duì)過濾器堵塞的影響.pdf

第 33 卷 第 23 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) Vol.33 No.23 2017 年 12月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec. 2017 117 微灌用施肥泵施肥比例與肥水比對(duì)過濾器堵塞的影響王 睿，王文娥，胡笑濤，楊 欣，黎會(huì)仙 （西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌 712100） 摘 要： 為研究微灌用施肥泵施肥比例與肥水比對(duì)過濾器堵塞的影響，該文以疊片和網(wǎng)式過濾器為研究對(duì)象，結(jié)合比例式施肥泵的施肥特點(diǎn)及性能，通過調(diào)節(jié)不同施肥比例（ 2%、 3%和 4%）與吸入的肥水比（ 1 4、 1 5 和 1 6）對(duì)過濾器在施肥條件下的水頭損失、總過水流量及濾網(wǎng)（芯）附著物質(zhì)量進(jìn)行分析。結(jié)果表明：網(wǎng)式和疊片式過濾器對(duì)出口肥液濃度的使用范圍不一致，網(wǎng)式過濾器適用于肥液平均濃度在 0.117%以下，疊片式過濾器適用于肥液平均濃度在 0.067%以下。隨著肥液濃度的增大，濾網(wǎng)表面附著物質(zhì)量差異不顯著，濾芯疊片上附著物質(zhì)量差異顯著，最大附著物質(zhì)量是最小附著物質(zhì)量的 11.4 倍；疊片式過濾器抗堵塞性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于網(wǎng)式過濾器，當(dāng)肥液平均濃度最大為 0.296%時(shí)，疊片濾芯附著物質(zhì)量是網(wǎng)式濾網(wǎng)質(zhì)量的 4.75 倍，總過水量比網(wǎng)式過濾器大 0.1 m3/h。研究可為水肥一體滴灌設(shè)備技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供依據(jù)。 關(guān)鍵詞： 肥料；過濾器；泵；堵塞；水頭損失；微灌 doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.015 中圖分類號(hào)： S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1002-6819(2017)-23-0117-06 王 睿，王文娥，胡笑濤，楊 欣，黎會(huì)仙 . 微灌用施肥泵施肥比例與肥水比對(duì)過濾器堵塞的影響J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(23)：117122. doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.015 http:/www.tcsae.org Wang Rui, Wang Wene, Hu Xiaotao, Yang Xin, Li Huixian. Impact of fertilizer proportion and fertilizer-water ratio on clogging of filter by fertilizer pump in microirrigation J. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(23): 117 122. (in Chinese with English abstract) doi： 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.015 http:/www.tcsae.org 0 引 言微灌技術(shù)的推廣應(yīng)用需要配套設(shè)備性能優(yōu)良。滴灌條件下灌水器內(nèi)既有物理堵塞過程又存在化學(xué)堵塞過程，需加強(qiáng)過濾去除水中雜質(zhì)1-5。作為微灌系統(tǒng)中水質(zhì)處理設(shè)備的過濾器，其水力性能優(yōu)良才能保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠6。 微灌系統(tǒng)配套使用施肥裝置還可實(shí)現(xiàn)水肥一體化，其施肥均勻性是評(píng)價(jià)微灌系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。灌水施肥均勻性低可能導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，造成水肥利用效率降低7。 施肥與過濾裝置的性能匹配時(shí)才能提高微灌系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和灌溉施肥的均勻度。 李久生等7對(duì)滴灌系統(tǒng)施肥灌溉均勻性進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為宜優(yōu)先選用肥液濃度恒定的施肥裝置，壓差式施肥罐的施肥變差系數(shù)約是灌水量變差系數(shù)的 1.4 倍， 而文丘里施肥器和比例式施肥泵的施肥量變差系數(shù)與灌水量變差系數(shù)相當(dāng)。 韓啟彪等8對(duì) 3 種比例式施肥泵的吸肥性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了施肥泵入口流量和施肥量的影響因素，發(fā)現(xiàn)施肥量的大小和入口流量與壓差有關(guān)。阿不都沙拉木等9探討了 120 目（孔徑 0.13 m）以上的網(wǎng)收稿日期： 2017-07-12 修訂日期： 2017-10-10 基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（ 201503125） ； “十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（ 2016YFC0400200） 作者簡介：王 睿，陜西咸陽人，研究方向：節(jié)水灌溉新技術(shù)。 Email： 289335390qq.com 通信作者：王文娥，教授，河南人，博士生導(dǎo)師，研究方向：節(jié)水灌溉新技術(shù)。 Email： wangwenenwsuaf.edu.cn 式和疊片式過濾器對(duì)含藻類地表水的過濾效果，結(jié)果表明疊片式過濾器過濾效率是網(wǎng)式的 2 倍多，表面附著物是網(wǎng)式過濾器的 2 倍多，堵塞時(shí)間是網(wǎng)式過濾器的 4 倍。李楠等10探究了 2 種疊片式過濾器含沙量對(duì)其水頭損失大小的變化過程，結(jié)果表明加砂量達(dá)到一定量時(shí)水頭損失會(huì)出現(xiàn)激增。秦天云等11以網(wǎng)式和疊片式過濾器為研究對(duì)象，進(jìn)行了 3 種質(zhì)量濃度渾水工況下水頭損失和過濾性能的試驗(yàn)，隨流量、含沙量的增大，過濾器初始水頭損失增大，過濾周期變短。涂攀峰等12研究了不同水中不溶物含量的水溶性肥料對(duì)滴灌施肥系統(tǒng)過濾器堵塞的影響，發(fā)現(xiàn)水不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%以上時(shí)， 43 min內(nèi)均可使疊片式過濾器完全堵塞。目前對(duì)比例式施肥泵的研究多限于清水條件下的吸肥量、入口流量及壓差間的關(guān)系，過濾器抗堵塞方面的研究多是從水源中雜質(zhì)著手分析相關(guān)影響因素，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中采用的水肥一體條件下過濾器過濾性能、堵塞發(fā)展及施肥泵施肥過程變化的研究還不夠深入。 本試驗(yàn)將首部施肥裝置與過濾系統(tǒng)結(jié)合，探究在不同施肥比例與施肥泵吸入的肥水比組合下，施肥泵出口肥液的濃度對(duì)網(wǎng)式和疊片式過濾器堵塞程度的影響，對(duì)運(yùn)用比例式施肥泵進(jìn)行滴灌時(shí)過濾器的堵塞規(guī)律進(jìn)行分析，評(píng)估過濾器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，旨在為運(yùn)用比例式施肥泵施肥裝置下水肥一體滴灌技術(shù)的推廣，同時(shí)為防止過濾器堵塞提供參考，為滴灌系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。 c農(nóng)業(yè)水土工程 c 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（ http:/www.tcsae.org） 2017 年 118 1 材料與方法 1.1 試驗(yàn)站概況 試驗(yàn)于 2017 年 45 月在甘肅省石羊河生態(tài)節(jié)水試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行。 試驗(yàn)站地處騰格里沙漠邊緣， 平均海拔 1 581 m，干旱指數(shù) 5 25。年平均降雨量 160 mm，年平均蒸發(fā)量2 000 mm 以上，屬典型的干旱缺水地區(qū)。 1.2 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)平臺(tái)由水泵、比例式施肥泵、水表、壓力表、閥門、 網(wǎng)式和疊片過濾器以及滴灌帶等組成， 如圖 1 所示。 圖 1 過濾器抗堵塞測(cè)試平臺(tái) Fig.1 Anticlogging test platform for filter 試驗(yàn)用施肥泵（楊凌啟豐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程有限公司生產(chǎn)）的設(shè)計(jì)流量 20 2 500 L/h，施肥比例范圍 2% 4%。網(wǎng)式、疊片式過濾器（揭陽市綠美節(jié)水科技有限公司）進(jìn)口直徑 32 mm（ 120 目孔徑 0.13 m） ，設(shè)計(jì)流量 0.54.5 m3/h。采用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶（楊凌豐源農(nóng)業(yè)科技工程有限公司生產(chǎn)） ，設(shè)計(jì)流量 2 L/h。肥料采用大田常用磷酸二胺（主要成分 P2O546%） ，常溫下為青綠色顆粒。 1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程 試驗(yàn)采用施肥泵施肥比例為 2%（即：向施肥泵進(jìn)水管輸送 98 份水， 施肥泵吸入備好的肥液 2 份） 、 3%（輸送 97 份水，吸入肥液 3 份）和 4%（輸送 96 份水，吸入肥液 4 份）與施肥泵吸入的肥水比（溶解肥液中肥料與水的質(zhì)量比例）為 1 4、 1 5 和 1 6 組合下的 9 種處理，結(jié)合大田滴灌肥液濃度不宜超過 0.3%，該試驗(yàn)選取的 3 種肥水比較合理。 3 條并聯(lián)支管上分別設(shè)網(wǎng)式、疊片式過濾器及不設(shè)過濾器（對(duì)照） ，共 27 個(gè)處理，支管后接 50 m 長內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，進(jìn)行過濾器抗堵塞試驗(yàn)測(cè)試。參考大田玉米水肥一體滴灌下磷肥施加量為1.8 kg/hm2，每次施磷肥 3 kg。稱量 3 份各 3 kg 的固體顆粒肥料，分別加 12、 15、 18 kg 水?dāng)嚢杈鶆?，浸?1 h后，再次攪拌使肥料充分溶解于水，獲得肥水比 1 4、1 5 及 1 6，通過電導(dǎo)率儀測(cè)量溶液中的離子量來確定溶液中肥料的濃度13-14，并通過電導(dǎo)率換算得到原 液濃度分別為 4.75%、 3.94%及 4.75%。各處理進(jìn)行 3 次重復(fù)。 設(shè)初始?jí)毫?0.12 MPa，施肥泵兩端壓差 0.02 MPa，通過調(diào)節(jié)閥門使毛管的首部壓力穩(wěn)定在 0.06 MPa。每次灌水過程中，通過讀取安裝在過濾器兩端的精密壓力表（精確度 0.25 級(jí)）值，監(jiān)測(cè) 1 min 內(nèi)過濾器兩端壓力的變化，并將壓力差 MPa 單位轉(zhuǎn)化為水頭損失 m（ 0.01 MPa = 1 m） 、通過安裝在過濾器后的水表，每 3 min 讀取 1 次流量，得到某時(shí)刻的瞬時(shí)流量；每次試驗(yàn)持續(xù)約 0.5 h，每2 min 取 1 次水樣（按取樣時(shí)間順序標(biāo)記） ，每個(gè)取樣點(diǎn)總共約 15個(gè)樣品， 整個(gè)試驗(yàn)過程中水溫變化不超過 0.5 ，每次灌水結(jié)束后，將試驗(yàn)過程中收集的水樣用電導(dǎo)率儀（ DDS-11A 上海雷磁）測(cè)量電導(dǎo)率，通過電導(dǎo)率與濃度轉(zhuǎn)換公式將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換為磷肥的肥液濃度；將過濾器濾網(wǎng)（芯）置于通風(fēng)遮蔭處晾曬，稱量灌水前后干燥狀態(tài)下過濾器濾芯（網(wǎng)）質(zhì)量，得到附著物凈質(zhì)量并定量分析網(wǎng)式、疊片式過濾器附著物質(zhì)量的顯著性。 1.4 施肥均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo) 施肥均勻性是評(píng)價(jià)水肥一體滴灌系統(tǒng)性能和質(zhì)量的重要指標(biāo)，施肥均勻性過低會(huì)造成作物的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，使得肥料利用率過低，因此對(duì)滴灌系統(tǒng)施肥均勻性的評(píng)估是系統(tǒng)運(yùn)行管理的重要內(nèi)容7,15。相對(duì)于過濾系統(tǒng)而言，施肥泵出口肥液濃度的均勻性對(duì)過濾器性能是否有影響，需進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。 1）克里斯琴森均勻系數(shù)，其計(jì)算參照文獻(xiàn) 16。 1100 1NiiCx xUNx（ 1） 式中 UC為克里斯琴森均勻系數(shù)， %； x 為樣本總的平均值； xi為第 i 個(gè)灌水總量或施肥總量的觀測(cè)值； N 為觀測(cè)值的總個(gè)數(shù)。 2）分布均勻度 DU，參照文獻(xiàn) 17計(jì)算。 DU 100lqxx （ 2） 式中 DU 為分布均勻度， %；lqx 為觀測(cè)值中較小的 1/4個(gè)觀測(cè)值的均值。 3）統(tǒng)計(jì)均勻度，參照文獻(xiàn) 17計(jì)算。 xvSCx （ 3） 12 2211111iNNxiiiSxNxNN （ 4） Us=100(1Cv) （ 5） 式中 Cv為變差系數(shù)； Sx為觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差； Us為統(tǒng)計(jì)均勻度， %。 2 結(jié)果與分析 大田應(yīng)用水肥一體滴灌系統(tǒng)技術(shù)時(shí)，首部樞紐的施肥設(shè)備與過濾設(shè)備串聯(lián)安裝，施肥設(shè)備出口肥液的濃度及未溶固體顆粒物含量等均會(huì)影響過濾設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)長，當(dāng)過濾設(shè)備發(fā)生一定程度的堵塞時(shí)也會(huì)引起局部壓力變化，引起滴灌帶流量及施肥裝置出口流量變化，需對(duì) 2 種裝置同時(shí)工作情況下，施肥裝置和過濾裝置運(yùn)行性能及二者相互影響過程進(jìn)行分析。 第 23 期 王 睿等：微灌用施肥泵施肥比例與肥水比對(duì)過濾器堵塞的影響 119 2.1 比例式施肥泵出口肥液濃度均勻性評(píng)估 不同施肥比例、肥水比組合下的出口肥液平均濃度見表 1， 9 組肥液平均濃度梯度間存在顯著性差異（ P0.05） 。綜上，施肥比例 4%時(shí) 1 6 肥水比處理與其他處理間的出口肥液濃度的均勻度存在顯著差異（ P0.05） 。因此得出施肥比例過大會(huì)降低施肥泵在運(yùn)行過程中吸取的吸肥量的均勻性，導(dǎo)致不同肥水比下的出口肥液濃度的均勻性較差。在實(shí)際施肥過程中，不建議選擇較大的施肥比例。 表 1 不同施肥比例及吸入的肥水比下施肥泵出口 肥液濃度均勻性 Table 1 Fertilization uniformity at outlet of fertilizer pump under different combinations of fertilizer proportion and ratio of inhaled fertilizer to water 施肥比例 Fertilizer proportion /% 吸入的肥水比 Ratio of inhaled fertilizer to water 出口肥 液濃度 Fertilization concentration at outlet/% 克里斯琴 均勻系數(shù) Christensen uniformity coefficient/% 分布均勻度Distribution uniformity /% 統(tǒng)計(jì)均勻度Statistical uniformity/% 1 6 0.025 h 94.2 ac 88.4 de 91.7 bcdef1 5 0.049 g 92.7 bc 92.1 bcd 91.2 cdef2 1 4 0.067 f 91.4 c 89.8 ce 90.2 def 1 6 0.047 g 95.1 ac 94.5 ac 95.6 ac 1 5 0.074 e 93.8 ac 89.7 ce 92.5 aef 3 1 4 0.130 c 96.2 ab 94.1 ac 95.3 bcdef1 6 0.117 d 91.2 c 89.9 ce 88.9 f 1 5 0.195 b 97.4 a 96.1 ab 96.7 ab 4 1 4 0.296 a 97.8 a 98.1 a 97.5 a 注：不同小寫字母表示處理間差異顯著（ P<0.05） ，下同。 Note: Different letters indicate significant difference among treatments(P<0.05), same as below. 2.2 不同處理對(duì)過濾器水頭損失的影響 2.2.1 對(duì)網(wǎng)式過濾器水頭損失的影響 水頭損失大小是過濾器性能的關(guān)鍵參數(shù)，通過對(duì)過濾器在不同肥液濃度下的水頭損失進(jìn)行分析，得出不同類型過濾器的肥液濃度適用范圍18-23。圖 2 是網(wǎng)式過濾器在 9 組出口肥液平均濃度梯度下的水頭損失變化過程。由圖 2a 知，在出口肥液濃度 0.117%時(shí)（施肥比例 4%與所有肥水比組合、施肥比例 3%與肥水比 1 4） ，網(wǎng)式過濾器水頭損失在 3 min 左右出現(xiàn)拐點(diǎn)， 原因在于濾網(wǎng)二維過濾，使得肥液中的大部分顆粒雜質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)大面積附著在清潔度（過濾原件的實(shí)際過水面積與其總過水面積之比）為 1 的濾網(wǎng)上，隨著濾網(wǎng)清潔度的降低，顆粒雜質(zhì)與濾網(wǎng)的接觸面積減小，只有少部分雜質(zhì)顆粒通過水流作用附著在未被附著的濾網(wǎng)表面。濃度 <0.117% 時(shí)（施肥比例 2%與所有肥水比組合、施肥比例 3%與肥水比 1 6 和 1 5） 網(wǎng)式過濾器在運(yùn)行過程中水頭損失始終小于 0.5 m。因此，在實(shí)際運(yùn)用過程中盡量避免短時(shí)高效的堵塞發(fā)生，選擇 <0.117%的肥液濃度進(jìn)行施肥，此濾網(wǎng)孔徑小于液體中固體粒子的粒徑，起著篩網(wǎng)的篩析作用24，此種情況下單位體積中的肥液大顆粒雜質(zhì)較少，短時(shí)期內(nèi)無法在濾網(wǎng)上形成“濾餅” ，運(yùn)行期間內(nèi)不會(huì)發(fā)生堵塞，網(wǎng)式過濾器能長時(shí)間發(fā)揮過濾功效。 圖 2 網(wǎng)式過濾器水頭損失變化曲線 Fig.2 Water head loss curve for screen filter 2.2.2 對(duì)疊片式過濾器水頭損失的影響 圖 3 是疊片式過濾器在 9 組出口肥液平均濃度梯度下的水頭損失變化過程。 圖 3 疊片式過濾器水頭損失變化曲線 Fig.3 Water head loss curve for disc filter 從圖中看出，在出口肥液濃度 0.067%時(shí)（施肥比例 4%與所有肥水比組合、施肥比例 3%與肥水比 1 4 和1 5、施肥比例 2%與肥水比 1 4） ，疊片式過濾器水頭損失值隨時(shí)間變化均呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)，出口肥液平均濃度越大，水頭損失增加趨勢(shì)越陡。由于濾芯有效過水面積（ 1600）是濾網(wǎng)（ 46）的 35 倍，濾芯的有效過水面積較大，濾芯上含有 100 片疊片，當(dāng)水流流經(jīng)疊片時(shí)，利用外片壁和凹槽來聚集及截取雜物，以達(dá)到過濾的目的25，未被堵塞的流道允許較大流量通過，因此相同肥液濃度下水頭損失增幅較小。肥液平均濃度在0.067%以下時(shí)（施肥比例 2%與肥水比 1 5 和 1 6、施肥比例 3%與肥水比 1 6） ，在運(yùn)行過程中水頭損失始終小于 0.5 m，但并不能保證隨著運(yùn)行時(shí)間的加長水頭損失始終小于 0.5 m， 疊片式過濾器的堵塞是緩慢積累的過程，當(dāng)疊片式過濾器濾芯上雜質(zhì)顆粒累積到一定程度（肥液農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（ http:/www.tcsae.org） 2017 年 120平均濃度 0.67%） ，清潔度減小到一定值，水頭損失會(huì)逐漸增大。在實(shí)際運(yùn)用過程中，應(yīng)盡量避免選用水頭損失趨勢(shì)變化較陡的肥液濃度（ 0.067%）進(jìn)行施肥，否則導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間縮短，此種情況下隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，過濾器能長時(shí)間不發(fā)生堵塞，充分發(fā)揮其過濾功效。 2.3 過濾器水頭損失、表面附著物質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析 對(duì)不同處理下的過濾器水頭損失進(jìn)行顯著性分析（表 2） ，結(jié)果表明，肥液平均濃度 0.117%時(shí)（施肥比例 4%與所有肥水比組合、施肥比例 3%與肥水比 1 4） ，網(wǎng)式過濾器發(fā)生堵塞，水頭損失出現(xiàn)顯著性差異；肥液平均濃度 0.067%時(shí)（施肥比例 4%與所有肥水比組合、施肥比例 3%與肥水比 1 4 和 1 5、 施肥比例 2%與肥水比 1 4） ，疊片式過濾器發(fā)生緩慢堵塞，水頭損失也均出現(xiàn)顯著性差異。可見，肥液平均濃度的增大對(duì)水頭損失大小的影響是顯著的，但肥液平均濃度差異顯著并不意味著過濾器水頭損失間也差異顯著，過濾器水頭損失與引起過濾器堵塞的肥液濃度臨界值關(guān)系密切。網(wǎng)式過濾器水頭損失差異（ 0.09 7.75 m）要大于疊片式（ 0.323.88 m） ，原因在于 9 組肥液平均濃度梯度下的濾網(wǎng)發(fā)生不同程度的堵塞后，有效過水面積每減小 1 個(gè)單位面積，它的相對(duì)有效過水面積（過濾元件實(shí)際有效過水面積與其總過水面積之比）差值要比疊片式相對(duì)有效過水面積差值大，表現(xiàn)在水頭損失上的差異就越顯著。同時(shí)，隨著出口肥液濃度的增大，網(wǎng)式過濾器濾網(wǎng)表面附著物質(zhì)量的差異不顯著；而疊片式過濾器濾芯疊片上附著物質(zhì)量的差異顯著， 最大附著物質(zhì)量是最小附著物質(zhì)量的 11.4倍，是因?yàn)橥ㄟ^疊片式過濾器的肥料顆粒雜質(zhì)可附著的面積要比濾網(wǎng)大 35 倍，因此濾芯疊片上的附著物質(zhì)量要大于濾網(wǎng)上的附著物質(zhì)量。 表 2 不同肥液濃度下過濾器水頭損失和表面附著物質(zhì)量 Table 2 Water head loss and surface attachment weight of filters under different fertilizer concentrations 水頭損失 Water head loss/m 過濾器表面 附著物質(zhì)質(zhì)量 Weight of filter surface attachment/g施肥 比例 Fertilizer proportion /% 吸入的 肥水比 Ratio of inhaled fertilizer to water 出口肥 液濃度 Fertilization concentration at outlet /% 網(wǎng)式 過濾器 Screen filter疊片式 過濾器 Disc filter網(wǎng)式 過濾器 Screen filter疊片式過濾器Disc filter1 6 0.025 h 0.09 e 0.32 f - - 1 5 0.049 g 0.10 e 0.58 f - - 2 1 4 0.067 f 0.10 e 1.82 e - 0.40 e1 6 0.047 g 0.18 e 0.46 f - - 1 5 0.074 e 0.21 e 2.05 e - 2.50 c3 1 4 0.130 c 5.74 c 2.56 c 0.80 a 3.02 b1 6 0.117 d 3.42 d 2.31 d 0.71 a 1.45 d1 5 0.195 b 6.77 b 2.82 b 0.91 a 3.12 b4 1 4 0.296 a 7.75 a 3.88 a 0.96 a 4.56 a注： - 表示水頭損失 1 m，濾網(wǎng)（芯）有效過水面積減小 5%以下，附著物質(zhì)量忽略不計(jì)。 Note: - shows the filter water head loss value does not exceed 1 m, effective water area screen (core) was reduced more than 5% , and the weight of the filter surface attachment can be ignored. 2.4 濾網(wǎng)（芯）附著物質(zhì)量對(duì)總過水量的影響 圖 4 為 30 min 內(nèi)有過濾器和無過濾器總過水量與出口肥液平均濃度的關(guān)系。 當(dāng)出口肥液濃度最大為 0.296%時(shí)，網(wǎng)式過濾器濾網(wǎng)附著物質(zhì)量增加到 0.96 g，網(wǎng)式過濾器流量由未堵塞情況下的 0.4 m3/h 下降到 0.2 m3/h 左右，降低了 50%；相比網(wǎng)式過濾器，疊片式過濾器濾芯附著物質(zhì)量增加到 4.56 g 且附著物質(zhì)量是濾網(wǎng)附著物質(zhì)量的 4.75 倍， 流量由未堵塞情況下的 0.4 m3/h 下降到 0.3 m3/h 左右， 降低了 25%， 且總過水量比網(wǎng)式過濾器大 0.1 m3/h。過濾器堵塞較嚴(yán)重，水頭損失大，濾網(wǎng)（芯）附著物質(zhì)量差異較大，且總過流量降低程度不同，原因在于濾芯疊片上的流道屬于三維過濾，肥液不僅能穿過未被堵塞的流道，且由于流道上的堵塞顆粒形狀不規(guī)則，水流也可通過流道與顆粒物的細(xì)小間隙穿過；濾網(wǎng)屬于平面過濾，一旦濾網(wǎng)上形成“濾餅”則水流很難通過。因此堵塞嚴(yán)重時(shí)，網(wǎng)式過濾器總過流量變化較大，疊片式過濾器濾芯上的附著物雖然多但堵塞對(duì)總過流量的影響較小。 本次試驗(yàn)準(zhǔn)備過程中，在配置肥水比時(shí)，由于每次所配原液的水溫、攪拌次數(shù)不同，不能保證肥料在水中的溶解程度完全相同，且在試驗(yàn)過程中原液中的顆粒雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生沉淀，使得施肥泵吸取的肥液具有偶然性，將采集肥液的時(shí)間間隔縮短，并進(jìn)行 3 次重復(fù)，來減小偶然誤差。另外，對(duì)濾網(wǎng)（芯）附著物的干燥狀態(tài)把握不一，過濾器水頭損失大小不同，堵塞物附著在濾網(wǎng)（芯）上的厚度、多少也不同，相同風(fēng)干時(shí)間下，附著物中含有的水分也有所差異，因此過濾器濾網(wǎng)（芯）堵塞物的凈質(zhì)量存在誤差，但試驗(yàn)結(jié)束后盡量將濾網(wǎng)（芯）的風(fēng)干時(shí)間延長，以保證附著物水分含量降低，減小誤差；最后化學(xué)雜質(zhì)是引起過濾器堵塞的隱形因素，水中各種微生物、 碳酸鹽與礦物質(zhì)相互作用形成沉淀物附著在濾網(wǎng) （芯）表面引起的26-30， 對(duì)于水肥一體灌溉過程中化學(xué)堵塞對(duì)過濾器產(chǎn)生的影響有待進(jìn)一步研究。 圖 4 施肥泵出口肥液濃度與網(wǎng)式和疊片式 過濾器流量之間的關(guān)系 Fig.4 Relationship between fertilizer concentration at outlet of fertilizer pump and flow rate of screen and disc filter 3 結(jié) 論 不同施肥比例與吸入的肥水比組合下， 研究不同出口肥液濃度對(duì)網(wǎng)式和疊片式過濾器堵塞的影響，結(jié)論 如下： 1）滴灌系統(tǒng)在大田實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)式、疊片式過濾器對(duì)出口肥液濃的使用范圍不一致。網(wǎng)式過濾器適用于肥液平均濃度在 0.117%以下，疊片式過濾器適用于肥液平均濃度在 0.067%以下，運(yùn)行期間內(nèi)不會(huì)發(fā)生堵塞，能長期發(fā)揮過濾功效。 2）隨著肥液濃度的增大，網(wǎng)式過濾器濾網(wǎng)表面附著物質(zhì)量差異不顯著，濾芯疊片上附著物質(zhì)量差異顯著，第 23 期 王 睿等：微灌用施肥泵施肥比例與肥水比對(duì)過濾器堵塞的影響 121 最大附著物質(zhì)量是最小附著物質(zhì)量的 11.4 倍。 3）疊片式過濾器抗堵塞性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于網(wǎng)式過濾器，當(dāng)肥液平均濃度最大為 0.296%時(shí)， 疊片濾芯附著物質(zhì)量是網(wǎng)式濾網(wǎng)質(zhì)量的 4.75 倍，總過水量比網(wǎng)式過濾器大0.1 m3/h。 參 考 文 獻(xiàn) 1 劉璐，牛文全，武志廣，等 . 施肥滴灌加速滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)與誘發(fā)機(jī)制研究 J. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2017， 48(1)： 228236. Liu Lu, Niu Wenquan, Wu Zhiguang, et al. Risk and inducing mechanism of acceleration emitter clogging with fertigation through drip irrigation systemJ. Journal of Agricultural Machinery, 2017, 48(1): 228 236. (in Chinese with English abstract) 2 李康勇 . 施肥對(duì)渾水滴灌滴頭堵塞的影響 D. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2016. Li Kangyong. Influence of Fertigation on Labyrinth Channels Emitters Dlogging under Muddy Water IrrigationD. Yang-ling: Northwest A filters; pumps; clogging; water head loss; microirrigation