微灌系统的堵塞与砂过滤参数试验研究

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过滤器是微灌系统的关键设备之一,随着我国微灌技术的高速发展及各种水质在微灌上应用,对过滤技术提出了越来越高的要求,深入开展过滤器技术理论研究势在必行。微灌过滤技术在我国还没有形成一套完整的理论体系,国外也没有更多的技术资料可供借鉴,创建微灌过滤技术理论体系,完善制定出过滤器的标准或规范,已经成为我国微灌发展必须解决的技术难题。作者自“十五”以来一直从事微灌过滤器的研究工作,并创建了专业微灌过滤器实验室,本论文主要是对石英砂滤料对泥沙颗粒过滤试验的总结及分析,它为微灌过滤技术理论体系创立提供试验资料。   针对微灌灌水器堵塞问题开展了“三级流道滴灌带的堵塞对水力性能影响”和“不同过滤条件下堵塞滴灌带的泥沙颗粒分布规律”试验,证明了通过改进滴灌带流道结构提高抗堵塞性能的可行性,并得出了较大粒径泥沙颗粒在滴灌带中间段沉积的结论。运用方差估计理论推导出了均匀度系数Cu和Cv之间的关系式。评述了微灌堵塞水质评价方法,分析了微灌过滤机理,并对过滤器基本参数进行了定义。   以水质浊度作为滤后水或反冲洗排污水指标,开展了20#石英砂滤料对泥沙颗粒过滤试验,得出了过滤时不同过滤速度、滤层厚度、原水颗粒质量分数对滤后水水质浊度的影响规律,并引入滤除比率参数对上述规律进行描述。开展了反冲洗排污水浊度随时间的变化规律试验,引入了浊度累加值比率分析了排污水浊度随时间的变化规律。   分别以颗粒粒径分布、颗粒含量为指标,试验研究了非均质滤料的滤层厚度、过滤速度、原水颗粒质量分数、反冲洗速度等参数对滤后水水质影响效应和对排污水指标随时间变化规律的影响。根据粒度分布试验结果,提出了过滤速度对滤后水颗粒粒度分布影响不显著和滤层厚度小于30cm是不合理的论点;根据颗粒含量试验结果,得出了滤层厚度影响效果最大,过滤速度次之,原水颗粒质量分数影响较小的结论;从反冲洗排污水颗粒含量影响效应上分析,反冲洗5-6min后排污水颗粒含量基本处于稳定状态,滤层厚度对排污水颗粒含量影响是有限的。   在毛细管过滤理论基础上推导出了微灌过滤条件下,滤层水头损失随时间变化的关系式,通过滤层内部水头损失试验,得出了不同滤层深度水头损失的分布规律图。从图上可以看出存在着明显的表层过滤现象,即滤层水头损失主要分布在滤层的表层,表层以下单位厚度滤料的水头损失值明显较小,且不同深度水头损失值差别不大。此外,开展了不同反冲洗速度时滤层膨胀高度试验,引入膨胀率概念,找出了反冲洗速度和滤层厚度对膨胀高度的影响规律。   开展了均质石英砂过滤试验,分别对滤层厚度、过滤速度、滤料粒径、颗粒质量分数4个因素5个水平进行了正交试验,重点对滤后水浊度滤除比率、平均D98、滤层水头损失、滤层膨胀高度等指标进行了研究,得出了滤料粒径、滤层厚度对浊度滤除比率和D98的影响显著,过滤速度、颗粒含量对D98的影响可以忽略;影响滤层水头损失主次顺序为滤料粒径、滤层厚度、过滤速度;滤层厚度、滤料粒径、反冲洗水流速度对滤层膨胀高度影响均到达显著性水平等结论,并回归出了膨胀高度与滤层厚度、滤料粒径关系式。
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