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。
