中水微灌系统生物堵塞特性探讨

使用中水微灌作为缓解农业水资源危机的一种灌溉方式，可以将污水灌溉对环境和农作物造成的污染减轻到最小，但中水微灌溉将会加大灌溉系统堵塞的可能性。通过对造成中水微灌系统生物堵塞的水质、堵塞原因及堵塞的严重程度的分析认为，中水中的有机污染物和微生物会造成微灌系统的堵塞，但中水中的无机颗粒是造成灌水器堵塞的首要原因。微灌系统的堵塞取决于污水的处理工艺及中水水质标准，其中主要与灌溉水的pH值，TSS和BOD5等参数有关，这3个水质参数可以用来对微灌系统的堵塞的危险性进行评估。对于微灌系统堵塞问题，可以通过改善水质，合理配置过滤设备及使用大流量灌水器和具有自冲洗功能的灌水器等方法来解决。     

我国部分微灌工程的水质分析与评价

本文根据目前微灌系统存在的堵塞问题,从以下四个方面提出了微灌对水质的要求,1.水的混浊度;2.盐渍度;3.铁、硫、碳酸钙的含量;4.水中微生物的总量。同时,并就我国部分微灌工程进行了实地调查,对不同水源分别采集了水样,并进行了常规分析和评价。     

三级流道结构滴灌带的水力性能试验

该试验测定了两种三级流道结构滴灌带压力－流量关系和出水口流量偏差系数，并采用模拟堵塞方法对各级流道堵塞情况下出水口流量变化进行观测，试验表明：相同的流道断面，不同的流道结构对出水口流量和流态指数产生较大的影响；当某一级流道堵塞时，全程贯通式多级流道具有明显的流量互补效果；第I级流道堵塞影响范围较大、出水口流量减少率较高。     

再生水滴灌灌水器附生生物膜生长对堵塞的影响

再生水滴灌灌水器堵塞与其内部附生生物膜的形成和生长密切相关,但是生物膜的生长过程对灌水器堵塞加深的影响机制至今还罕有报道。基于此,该文测试了系统累积运行540 h后7种不同堵塞程度灌水器出流及附生生物膜关键组分,并分析灌水器堵塞加深对生物膜组分增长的敏感性。结果表明:灌水器堵塞程度随着附生生物膜组分的增长而加深,两者存在显著的"S型曲线"相关关系(R20.92),呈现出"敏感-微敏感-极度敏感"变化趋势。生物膜固体颗粒物和磷脂脂肪酸含量变化可以极好地刻画这种敏感性的变化过程,说明水源颗粒物和微生物同时是再生水滴灌灌水器堵塞的关键诱发因素。该文的研究可为揭示再生水滴灌灌水器堵塞诱发机理及其推广提供理论依据。     

地下滴灌灌水器堵塞研究

地下滴灌(SDI)是一种高效的节水灌溉技术，但系统易于堵塞，堵塞问题成为影响地下滴灌成败的关键。通过对运行8年的地下滴灌系统堵塞的实地调查，迷宫式、微管式和孔口式等3类型的灌水器均有不同程度的堵塞，堵塞率分别达到16.67%、25%和63.89%。分析3类型灌水器的堵塞状况，引起地下滴灌堵塞的主要原因是进入系统的微粒在流道壁的附着和发育。为此，提出加强过滤、定时冲洗和改变滴头流道设计等解决地下滴灌堵塞的建议。     

具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀设计与结构优化

该研究创制一种具备自动排气功能（Auto-Exhaust function, AE）的毛管末端自动冲洗阀,以提高冲洗时长和冲洗水量。选取延时流道齿长和齿宽、上腔体容积和冲洗阀进口压力共4个因素,采用L18（37）正交试验设计18种规格的AE冲洗阀,并设置4种无排气装置（Non-Exhaust function, NE）的冲洗阀为对照,探究排气装置提升冲洗阀水力性能的作用机理和AE冲洗阀性能参数对试验因素的响应规律。结果表明,当进口压力为0.06～0.14 MPa时,AE冲洗阀的冲洗时长、冲洗水量和冲洗流速分别为18.2～67.7 s、3 904～12 367 mL和0.88～1.40 m/s。冲洗时长和水量与流道齿长、齿宽和上腔体容积均为正相关关系,与进口压力为负相关关系,冲洗流速只与进口压力有关,为正相关关系。流道齿长、齿宽和上腔体容积对冲洗时长和水量影响显著,进口压力对冲洗时长和流速影响显著（P<0.05）。AE冲洗阀能自动排出上腔体中的空气,增加蓄水容积,使其冲洗时长和水量分别比NE冲洗阀提高83.5%与75.4%以上。综合考虑延时流道抗堵塞性能、冲洗时长和水量等因素,推荐AE冲洗阀流道齿长、齿宽、上腔体容积和进口压力分别为1.2 mm、2.2 mm、19.1 mL和0.06 MPa,其冲洗时长和水量分别是NE冲洗阀的2.8和2.7倍,是进口冲洗阀的7.4和7.0倍,为67.7 s、12 194 mL。研究结果可为具有排气功能的毛管末端自动冲洗阀的研发提供依据。     

CFD-DEM耦合模拟网式过滤器局部堵塞

过滤器内部的流场不均导致使用时容易产生局部堵塞,堵塞分布受入口流速、颗粒粒径、流线轨迹等因素的共同影响。该文以计算流体力学-离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合模拟不同流量下Y型网式过滤器内部不同粒径的沙粒运动及分布,分析过滤器内部流态对沙粒运动分布的影响并通过试验加以证明。结果表明,滤网两侧的压差占总压差的77%。网面流量呈阶梯分布,最大流量位于出口侧滤网上端,最低流量位于进口侧滤网中心,前者是后者的5.9倍;对于通过滤网的颗粒,入口流速越高,颗粒通过点越集中;对于拦截颗粒,当粒径接近孔径时,颗粒稳定附着在滤网,增加入口流速使颗粒向侧面滤网聚积并产生局部堵塞,粒径远大于孔径时,颗粒在内腔中不停运动,难以稳定附着在滤网;降低入口流速将提高颗粒分布的均匀程度,延长过滤器高效段时间,减少冲洗难度。     

引黄滴灌条件下混配水对堵塞物质表面特征的影响

为探明引黄滴灌条件下黄河水与微咸水混配对滴灌系统灌水器堵塞物质表面特征的影响,选择黄河水（YR）、微咸水（SW）以及黄河水和微咸水1∶1混配水（MW）3种水源,针对灌水器流道内易形成堵塞物质的位点,进行堵塞物质形成过程的模拟培养,借助三维白光干涉形貌仪观测并分析灌水器内部堵塞物质的表面形貌及变化特征,结果表明：黄河水与微咸水混配后堵塞物质表面凸起少,较为平坦;堵塞物质的厚度、表面均方根偏差、表面展开面积比率显著降低。其中,系统运行结束时（800h）,混配水条件下堵塞物质的平均厚度为4.39μm,分别比黄河水、微咸水条件下低65.32%、32.51%,这充分说明黄河水和微咸水混配后可有效缓解灌水器堵塞。     

回流滴灌系统泥沙输移及抗堵塞性能研究

为探究在传统支状滴灌系统末端设置回流管后滴灌系统毛管主流流速增加后回流滴灌系统的输沙排沙潜力及其抗堵塞性能,通过周期滴灌实验分析回流滴灌系统的灌水均匀系数以及滴头堵塞情况,并对毛管内沉积泥沙分布特点和系统各部分输沙排沙所占比重进行分析。实验结果表明:0.035 m·s~(-1)回流、0.05 m·s~(-1)回流滴灌系统的灌水均匀系数、滴头堵塞数量均明显优于支状滴灌系统。回流流速为0.05、0.035、0.015 m·s~(-1)三种回流系统中毛管沉泥量依次增加,但均低于支状滴灌系统的毛管泥沙沉积数量,同时四种回流滴灌系统均表现为沿水流方向毛管内沉泥量逐渐增加。支状滴灌系统、0.015 m·s~(-1)回流、0.035 m·s~(-1)回流、0.05 m·s~(-1)回流系统回流排沙量分别为0、1.59、4.30、7.52 kg,表明回流管具有良好的输沙排沙能力。     

地下滴灌抗负压堵塞的试验研究

通过室内试验,研究地下滴灌滴头负压堵塞与滴头出水口形式、滴头流量间的关系,发现滴头出水口形式对滴头抗堵塞性能影响显著。在窄缝、舌片、圆孔3种出水口形式中,窄缝式抗负压堵塞性能最好,但相同出水口形式时,小流量(小流道)滴头对抗负压堵塞有一定的优势。