1、30-1过滤和水处理手册节水灌溉系统1 前言在自然界,从来没有发现过干净的水。基本上都包括自然变质,人类活动产生的废物等等,因此,为了改善水的质量,必须经过一些处理。改善水的质量,在客观上是去获得满足使用需要的水,但是,如何用最小的消耗能力和最小的成本来改善水的质量?改善水的质量主要包括:水处理(在源头和分布网内) 、分离(有沉淀法、过滤法、离心分离法) ,分布的主、支管的冲洗,灌溉设备的脉动和维护。2 水源2.1 分类水源能够分类如下:2.1.1 河水河水中所含的杂质种类是在较大的范围内变化的。有些河里的高质量的水(如溶解的雪水或喷出的泉水)几乎没有过滤的问题。另一方面,河水甚至在它们流动的
2、过程中经过处理以后,可能仍含有大量的有机悬浮物。2.1.2 洪水洪水,一般含有大量的无机悬浮物,例如泥土。当含有大量藻类的水与之混合时,可能的结果是藻类与泥土会产生絮状凝结。这样到最后可能会出现两种情况。-清洁的水,泥土和藻类凝结以后会沉淀下来,或-含有大量的泥土和藻类絮状凝结后的悬浮物的水洪水,一般情况下,还含有少量的盐,但可能还含有一些特殊的离子,如铁离子、锰离子等等。2.1.3 湖水和水库水湖水和水库的质量要看水中的物理的、化学的和生物的特性来定。湖水和水库水是随季节性变化而变化的,特别是富含营养的水更显著。在夏天和冬天,会形成明显的层次,湖的下层(未被混合的底层水) ,可能含有营养丰富
3、的溶解的铁和锰。在溶解的铁和锰中,由于细菌活动的结果,使其氧气减少,产生氢硫化物及其中间产物。在早春和夏末,营养丰富的湖面温水层(较温暖的混合水层表面)常常发现有藻类的存在。通常,在湖的中间深度的水,质量最好,即表面温水层和湖的底层之间。另外,在夏季,水库中还会发现一些有机悬浮物质:160m:细菌、单细胞藻类或具叶绿体的菌落(绿色藻类) ,单细胞有机物和碎屑等。60110m:绿色藻类、年青轮虫、端足目幼虫等等。110220m:大型藻类、成熟轮虫、小植物体和年青端足目、小介形亚纲等。220130m:大型轮虫、成熟端足目、介形亚纲、水跳蚤的蛹及少量的水等。130um 以上:水跳蚤及少量的水等。21
4、4 地下水地下水含有较高的盐份(高的碳化作用) 。虽然它不含有机悬浮物,但它可能含有较高水平的硝酸盐。因此,地下水存在一个问题,主要是有砂石沉淀和其它来源的水与之混合时会形成硝酸盐。30-2215 井水井水具有如下的特点,应以此为参考,考虑过滤:-低浓度的有机物质-大量的砂子出现在井水中含有高浓度的铁、锰和超过日常用水的硬度。有些井水中还含有氢硫化物,另外,还可能含有高浓度的硫酸盐和碳酸盐。216 废水(处理的污水)来自污水处理设备的废水,直接用作滴灌可能会导致严重的过滤系统与滴头的连接问题。找到一些方案,在废水进行二级处理后,需要进行一些附加的处理。 (附加处理的目的是除去更多的悬浮物,以防
5、止滴头堵塞。处理方法则依二级处理后的水质及最后所需的水质而定。二级处理后的废水中的大量固态悬浮物,用如下几种方法可排除:-氧化池:60250ppm 。-分解池:5080ppm。-滴水过滤器:2060ppm。-活化污泥:大约 15ppm。废水中含有不同形状的固态微粒,从圆形到丝状等。不同形状的固态微粒经过活化污泥的处理过程,可得到废水,另外,经过一种设计好的沉淀和过滤设备的处理,也可得到废水。如果可能,废水中不同形状的固态微粒,包括胶状的或丝状的微粒,将被先后除去。废水库中的水质改进的好坏,与污水的质量,水库的状况和天气条件有关。2.1.7 水库水和混合水(污水和新鲜水)混合水中的杂质含量依自然
6、水源而定(特别是与化学元素有关) ,杂质的相对量与不同的水源有关系,也与其从混合到使用的时间间隔有关系。经验显示,当时间间隔较长时,对混合水进行过滤将有很大的困难。因此,如果可能的话,水库中的水,间隔的时间越短越好,水的深度也不能低于 45m。2.1.8 鱼塘水(联合池塘)鱼塘水与湖水和水库水(参考第 2.1.3 节)相似。在相当多的生物群中,鱼的数量最多。2.1.9 其它水源未知水源:不能辨别水的来源,或多种水源混合。交替水源:在处理交替水源的水时,相似质量的水将较简单,考虑到最差来源的水即可。当处理不同来源的水时,应考虑到每一种水源的水的质量,再根据情况拟定合适的计划,以便减少成本。饮用水
7、:作为饮用水,一般情况下,如果是井水,那么将与上面的第 2.1.5 节的做法相似。然而, “饮用水”这一条,应指出的是,这种经过高标准处理的水,出现的过滤问题是最少的。饮用水被认为是干净的水。2.2 堵塞因素2.2.1 无机悬浮物(A) 砂粒径:502000m30-3SiO2 含量较高(B) 泥沙粒径:250m(C) 泥土粒径:小于 2m泥沙和泥土中含有较高的 Fe2O3、Al 2O3、 MgO、K 2O 和 P。表 2.1:堵塞物按粒径分类定义 粒径(m) 目数大粗砂 10002000 1018粗砂 5001000 1835中间砂 250500 3560细砂 100250 60160微细砂
8、50100 160270泥沙 250 泥土 100化学的:PH 值溶解性的固体 锰 铁 硫化氢8.020001.51.52.0生物的:细菌数量 50000注: 最大值为水样的代表数值,用标准方式进行分析(mg/l) 最大值为细菌每毫升的量。它可以从样品的测定及实验室的分析中获得。细菌数量会影响藻类和微生物营养素的增长。30-8242 分级系统010 之间的数值是由于物理的、化学的和生物的特性引起的,如下表2.5, “A 0-0-0”表示水的质量极好, “a 10-10-10”表示水的质量非常差。有一水的质量分级举例如下表 2.6表 2.5:滴灌水质的分级物理特性 化学特性 生物特性级别 悬浮固
9、体(mg/l )不溶性物质(mg/l )铁或锰(mg/l )细菌(No/ml)0 140 1400 1.0 4104注:化学特性:分级是根据不溶性的固体、铁和锰的含量为标准的。不溶性物质:如果不的 PH 值为 7.5,定义其为中性。生物特性:如果不中含有丰富的类软体动物的实际量定义乘以 4,水质是会上下波动不定的,需要经常测定。表 2.6:普通水质分级水源 悬浮固体最大 值(mg/l) 不溶性固体最大值(mg/l ) 细菌最大含量 (mg/l ) 索引饮用水 1 500 10 0-4-0地表水 300 50 10000 10-0-6河水 70 900 40000 6-7-4井水 1 1650
10、40000 0-10-9243 磷化沉淀物的测定磷化沉淀物需要依靠下面的因数来统计:(a) Ca 和 Mg 的浓度:超过 50ppm 浓度的沉淀物是很容易存在的。30-9(b) 水的 PH 值:当 PH 值高于 8.0 时,Ca 和 Mg 的沉淀物浓度小于 2030ppm.(c) 水温:冷水中含有的 Co2 比温水多,高浓度的不溶性 Co2 有利于碳化物沉淀的产生。水样的饱和系数可从下面的测定中计算结果:-酸碱度-Ca 的含量-悬浮固体的总含量-测定的和计算的 PH 值是不同的,饱和的阳离子值就是 CaCo3 沉淀物的量,降低水的 PH 值,测定其饱和度也会降低,沉淀就会产生。3化学和生物水处
11、理:31 概述311 客观性化学和生物水处理的客观性(过滤前或过滤后)是:(a) 悬浮物通过过滤系统,水质会降低。(b) 控制细菌在系统中成长。(c) 沉淀或不溶性的固体微粒。(d) 为了获得稳定的、相同的过滤效果,要用同种质量的水质通过过滤系统。312 特性任何化学物质在灌溉水中加入少量,一定要考虑到如下特性:(a) 不会导致过滤系统各部件堵塞或腐蚀。(b) 在这种条件下用是很有危害的。(c) 不会减少庄稼产量。(d) 它会形成可溶性的或胶状的水。(e) 它在灌溉水中不会反应形成有害的盐或有其它的化学物质产生。警告:禁止人类直接使用灌溉用水!应该安装防止回流设备。回流可能会导致虹吸反作用力,
12、同时也会污染饮用水。32 氯化消毒处理321 作用氯化消毒处理是在灌溉用水中注入一定量的氯气。其作用如下:(a) 它可以创造一种使藻类无法发展的环境。(b) 它可以作为一种氧化剂,对有机物进行分解。(c) 它可防止有机悬浮物形成凝结物和沉淀。(d) 它可氧化物质,如:铁和锰,使其形成可容性物质。322 氯化消毒处理对植物的影响用通常的方法进行氯化消毒处理(氯气浓度在连续应用时小于 10ppm,或间断的周期性应用时小于 50ppm) ,氯气对大部分的植物是没有影响的。如果设备中加入高浓度的氯气,植物可能会被毒害(超浓度的氯化消毒处理)每一种植物会因使用时间长短而对污染物的灵敏度不一样。小苗对污渍
13、的灵敏度比成年植物对重污染物的灵敏度要强。氯气特殊的毒害影响是对其原生膜,或者贯穿原生膜进入原生质。在有些植物体内氯气能降低磷的总含量。氯气的毒害一般在木质部是伴随发生的,在草本植物中影响很小。323 水的氯化消毒反应当氯气加入水中时,会发生下面的反应:30-10(1)水解作用: H2O+Cl2=Hocl+H+cl-在通常的水温下,反应在几秒钟内完成。在 PH 值大于 4 的灌溉水中,稳定性会被打破,在溶液中的 cl2 含量将很少。(2)电解反应: Hocl=H+ocl-Hocl 和 ocl 归类于“自由态氯 ”,稳定存在。氯化消毒处理效果依水中的PH 值而定。影响氯化消毒反应的因数如下:(a
14、) 氯的存在状态(化合体和自由体)(b) PH 值(c) 接触时间(d) 温度Hocl 为弱酸性,PH 值在 6 以下。所以,氯只有在 PH 值低于 6.0 的情况下,以 Hocl 的状态存在,当 PH 值在 8.5 时,就会有很激烈的反应发生,Hocl大部分被离解。PH 值在 7.5,温度在 20时,ocl -起主导作用。Hocl 的反应效率要 4080 多倍于 ocl-,因此 Hocl 与 ocl-的比例很重要。在反应中,H +会降低 PH 值。加入的氯气总量和水的缓冲容量对其影响不同。氯气与铵基反应产生的物质,叫氯铵。因此,切记在施氮肥时,氯气不能同时供给。324 应用氯气可用如下方法加入:(a) 低量持续注入,相同浓度(通常 110ppm)的氯气持续的注入灌溉循环中。(b) 在一个灌溉周期中,以较高浓度(通常高于 10ppm)间断注入一次或几次(如每天持续注入 20 分钟) 。(c) 在一个灌溉周期中,以 50ppm 浓度的氯气持续注入 5 分钟。
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