肥沙对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响研究

为了揭示水肥一体化灌溉过程中肥沙对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响和机理,研究了肥沙(质量浓度为3%的尿素和浓度为2 g/L的泥沙)和肥水(质量浓度为3%的尿素)对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响,并利用XRD分析灌水器内沉积物的成分。结果表明:以平均相对流量的75%作为堵塞的评判标准,肥沙耦合条件下,在灌溉200 h以后,微孔陶瓷灌水器会发生严重堵塞。肥水灌溉条件下不会发生严重堵塞,泥沙颗粒会在微孔陶瓷灌水器内壁逐渐形成一层泥沙膜,泥沙膜的主要成分为SiO_2、碳酸钙和硅酸钙,在灌溉过程中逐渐沉积在微孔陶瓷灌水器的内壁,并不会进入微孔陶瓷灌水器的微孔中。泥沙膜的形成是引起微孔陶瓷灌水器发生堵塞的主要原因。     

不同粘粒含量浑水对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响

为了揭示不同粘粒含量浑水对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响与作用机理,笔者研究了粘粒含量不同的泥沙和粘土(2 g/L)对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响,并利用XRD分析灌水器内沉积物成分。研究结果表明:泥沙沉积是导致微孔陶瓷灌水器物理堵塞的主要原因。灌溉前期(0～216 h),浑水中泥沙粘粒含量对微孔陶瓷灌水器平均相对流量影响较大,泥沙粘粒含量越高,影响越大,灌水器越易发生堵塞。但是,灌溉后期(216 h后),灌水器平均相对流量均稳定在72%附近,泥沙粘粒含量对灌水器平均相对流量影响较小。进入微孔陶瓷灌水器内的泥沙全部沉积在灌水器内壁,形成一层泥沙膜,泥沙颗粒不会进入灌水器陶瓷微孔中。     

硅藻土微孔陶瓷灌水器水力性能研究

灌水器是渗灌系统的重要组成部分。针对硅藻土微孔陶瓷灌水器,测试了其在干燥状态和浸泡饱水状态下的压力流量特征;将渭河天然泥沙经140目筛子筛分(d≤300μm)后,配置成3种含沙量的浑水,对灌水器进行短周期灌水试验;用0.75 g/L的浑水进行灌水方法试验和灌水器浸泡饱水后灌水试验。结果表明,硅藻土微孔陶瓷灌水器压力与流量呈对数函数关系,随着压力增大,额定流量增大;清水灌溉时,随灌水次数增加,流量小幅度下降。灌水24次时,流量下降幅度约为10%;浑水试验时,流量除受灌水次数影响外,还受泥沙量的影响:相同灌水次数,含沙量增大时,流量下降幅度较大;浸泡处理减小了灌水器初始流量,减缓流量下降幅度。微观形貌进一步显示微孔陶瓷孔径在10~80μm范围内,因此含沙水灌溉严重影响灌水器使用效果。     

硬水灌溉陶瓷灌水器堵塞特性研究

受水资源短缺的限制,我国仍有较多地区采用硬水进行灌溉。硬水易引发灌水器堵塞,为探明硬水灌溉下水的硬度对陶瓷灌水器堵塞的规律及堵塞机理,选取砂基陶瓷灌水器,使用杨凌自来水和配制的3种不同总硬度的硬水进行灌溉实验,观察其在55 d内流量变化过程,观察灌水器内堵塞物质形态,并借助X射线衍射仪检测堵塞物成分、含量。结果表明:硬水会造成灌水器堵塞,且水质越硬,堵塞越严重;硬水灌溉条件下,陶瓷灌水器流量随时间的变化过程分为"波动阶段"和"下降阶段",且水质越硬,流量下降越明显;堵塞物质分析表明CaCO_3沉淀是灌水器堵塞的主要原因。堵塞物影像表明,运行时间越长,水质越硬,堵塞物沉积越严重。研究结果为陶瓷灌水器在水质较硬地区的推广提供了参考。     

微咸水滴灌条件下氮磷肥协同施入对灌水器堵塞的影响

微咸水滴灌条件下水肥一体化过程可能加剧灌水器堵塞的发生。【目的】评估氮磷肥协同施入对微咸水滴灌系统灌水器堵塞的影响。【方法】以灌水器类型、灌溉水电导率和氮磷肥协同施入模式为研究对象,灌水器类型选取内镶贴片式灌水器(E1)和单翼迷宫式灌水器(E2);灌溉水质按照电导率设置3个水平,分别为2(S2)、4(S4)和6 dS/m(S6),另外设置地下水(G)(电导率约0.5 dS/m)作为对照(CK);氮磷协同施入模式设置磷酸一铵-尿素(MU)、磷酸一铵-硫酸铵(MA)、磷酸二铵-尿素(DU)、磷酸二铵-硫酸铵(DA)4种,测定了灌水器流量、灌水器堵塞物质干质量及堵塞物质成分。【结果】滴灌氮磷协同施入条件,系统运行96h时内镶贴片式灌水器平均相对流量均值较单翼迷宫式灌水器高19%,内镶贴片式灌水器抗堵塞性能更好;灌水器堵塞随灌溉水电导率升高明显增加,当灌溉水电导率4dS/m时,氮磷肥协同施入会导致滴灌系统的快速堵塞,磷酸盐类沉淀是主要堵塞诱因,占比超过85%;施用磷酸二铵较磷酸一铵更易造成灌水器堵塞,地下水和2 dS/m灌溉水条件施用磷酸一铵处理灌水器堵塞物质干质量均值分别较施用磷酸二铵处理低76%和41%。【结论】施用磷酸一铵可以在一定程度上减缓灌水器堵塞。     

微孔混凝土灌水器制备工艺与性能研究

提出了一种渗灌用微孔混凝土灌水器制备工艺,详细研究了原料中砂子粒径和水泥含量对微孔混凝土灌水器的抗折强度、开口孔隙率、平均孔径和水力性能的影响规律,优选出了微孔混凝土灌水器的最佳制备工艺。研究表明,砂子的粒径变化对灌水器的抗折强度、开口孔隙率、平均孔径和流量的影响不大;随着原料中水泥含量的增加,灌水器的抗折强度逐渐增大、开口孔隙率显著降低、平均孔径变小,继而导致灌水器的流量显著减小,其中水泥质量分数为15%~18%的微孔混凝土灌水器具有适中的抗折强度、开口孔隙率和平均孔径,可兼顾灌水器的可靠性和流量要求,而且流量稳定,是一种性能优异的渗灌灌水器。     

温室水肥滴灌系统迷宫式灌水器堵塞试验

为探明温室滴灌灌水器堵塞的影响因素及机理,研究了灌水量和施肥量对灌水器堵塞的影响,并利用场发射扫描电镜分析了灌水器内的堵塞物质。结果表明,灌水器平均流量随着灌水量和施肥量的增加呈下降趋势,下降幅度在1.51%~14.16%之间。方差分析表明施肥量对灌水器平均流量的影响达到极显著水平(P0.01)。解剖灌水器后发现堵塞物质多沉积在流道前部。堵塞物质主要由生料带残渣、微小沙粒和白色粉末状化学沉淀物组成,其中白色粉末主要由钙、镁、碳、氧、磷元素等组成。说明本试验中灌水器堵塞主要是由物理堵塞和化学堵塞共同作用引起的。     

化学离子对再生水滴灌灌水器堵塞的影响

为探究不同化学离子(Fe2+、Ca2+)对滴灌灌水器堵塞发生过程的影响及堵塞机制,以二级处理再生水和地下水为水源,选取标称流量为1.1~1.8L/h的4种灌水器进行灌水器堵塞试验。试验中每天灌水12h,定期测定灌水器流量,试验结束后测定灌水器生物膜干重及胞外多聚物EPS重量。结果表明:化学离子改变生物膜的形成过程和结构稳定性,增加了堵塞物质的形成和生长速度;向地下水加入Fe2+增大灌水器发生生物化学堵塞的风险,地下水同时加入Fe2+、Ca2+,灌水器以化学堵塞为主;再生水加入Ca2+提高了灌水器化学堵塞风险,加入Fe2+或同时加入Fe2+、Ca2+增加了发生生物化学堵塞的风险。     

微孔陶瓷灌水器流量影响因素研究

制备了3种孔径相同但开口孔隙率不同的粘土基微孔陶瓷,将3种微孔陶瓷加工成圆片并分别组装成灌水器,以灌水器的水力性能研究为基础,详细讨论了灌溉系统的水头以及微孔陶瓷片厚度和开口孔隙率对灌水器流量的影响。结果表明,微孔陶瓷灌水器的流量与灌溉系统的水头呈正比;微孔陶瓷片的厚度和开口孔隙率对灌水器的流量均有影响,其中开口孔隙率的影响最大,厚度的影响次之;由于微孔陶瓷的渗透系数与开口孔隙率满足幂函数关系,故随着微孔陶瓷开口孔隙率的增大,灌水器的流量呈幂函数快速增大;随着微孔陶瓷片厚度的增加,灌水器的流量缓慢降低。     

地下滴灌灌水器负压吸泥影响因素试验研究

为了探究引起地下滴灌系统灌水器负压吸泥的影响因素,通过对比试验,研究分析了土壤类型、单次灌水量、灌溉次数、灌水器类型、保水剂和灌水间隔等6个因素对灌水器负压吸泥的影响规律。结果表明,1流量可调式灌水器出水孔外部及内部存在负压吸泥并引起堵塞情况。外部出水孔有3个被堵塞的所占比例最多,为26.7%;泥沙分布主要集中在灌水器出水孔的内侧附近,有极少部分泥沙甚至可以越过内凸边缘,进入灌水器内圈。2压力补偿式灌水器抗负压吸泥的能力强于流量可调式灌水器,压力补偿式灌水器外部出水口及内部未发现有泥沙,而流量可调式灌水器外部出水口及内部有泥沙;灌水器在红壤土中比黄沙土中更容易出现负压吸泥情况,灌水器在红壤土中的内部泥沙量是黄沙土中的1.12~1.76倍。3灌溉方式(单次灌水量、灌溉次数、灌水间隔)对灌水器负压吸泥的影响显著。单次灌水量小的灌水器内部泥沙量较多,灌水器单次灌水量为170 m L内部泥沙量是250 m L的1.61~2.94倍;灌溉次数与负压吸泥量成正比,灌溉次数为16次的内部泥沙量是8次的3.48~5.41倍;在同一灌溉次数的条件下,灌水间隔长度与负压吸泥量成正比。4保水剂能够有效阻隔泥沙进入灌水器内部,在添加了保水剂的灌水器中,其内部未出现负压吸泥的现象。     

再生水滴灌条件下灌水器抗堵塞试验研究

随着新农村的建设,农村污水处理系统建设逐渐完善,同时节水灌溉技术的推广,农村再生水的利用成为农业灌溉节水的一种新方法。本试验针对农村污水处理系统,进行再生水滴灌试验。结果表明:市场常见的灌水器产品对农村的再生水有一定的适用性,具有抗堵塞的功能,可在农村推广再生水滴灌技术。宽齿形灌水器具有自清洗功能,抗堵塞性能优于其他3中灌水器,且大流量的灌水器的抗堵塞性能优于低流量的灌水器。由微生物与固体颗粒团体等组成的生物膜易沉积于灌水器的格栅和出水口缓冲区,引起灌水器堵塞,其是直接诱发灌水器堵塞的原因。灌水器流道内沉积物质的随机生长与脱落,造成灌水器的堵塞是一种随机的过程。滴灌系统运行大概350h,应对其进行清洗,以提高灌水器的抗堵塞性能。     

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。     

涌泉根灌灌水器抗堵性能试验研究

为了研究大流道涌泉根灌灌水器的水力性能及抗堵性能,在微灌产品测试平台上对其进行了水力性能和短周期抗堵测试,并与常规迷宫流道灌水器进行比较。结果表明,涌泉根灌灌水器流态指数为0.517,制造偏差为3.5%,属优等产品;在含沙水条件下,其出水均匀性高于95%;经强制加沙试验验证,涌泉根灌灌水器与常规迷宫流道灌水器相比,具有较强的抗堵塞能力,并且该灌水器流量大,适合旱地经济林灌溉。     

微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比

以微孔陶瓷灌水器为研究对象,在0 m工作水头下进行土壤水分运移特性试验,并以10 m额定工作水头下工作的地下滴灌灌水器作为对照。通过对比分析2种灌溉方式下累计入渗量、流量、湿润体特征和土壤含水率变化,结果表明:相同灌溉时间下微孔陶瓷渗灌的累计入渗量、湿润锋运移距离、湿润体截面面积均明显小于地下滴灌。微孔陶瓷渗灌的流量随时间逐渐减小,直至接近于零;试验后期,微孔陶瓷渗灌湿润体内整体土壤含水率变化较小;由于微孔陶瓷渗灌为无压连续灌溉,因此在其工作过程中可为作物提供一个恒定的水分环境。而地下滴灌的流量则会维持稳定,使得土壤含水率一直增大,停止灌溉后由于土壤水分再分布而减小。地下滴灌为被动恒压灌溉,因此其灌溉条件下作物生长的水分环境处于干湿交替的循环变化状态。     

黄河水滴灌条件下灌水器堵塞试验研究

通过控制不同环境条件,采用不同型号的滴灌带进行灌水器堵塞室内模拟试验,探索了室内引黄滴灌系统灌水器堵塞的过程和堵塞物的微生物组分。结果表明,在试验可控的环境条件变化范围内,浊度越高,温度越高,滴灌带的额定流量越小,则灌水器出流量下降越快,越容易堵塞,而堵塞导致灌水均匀性变差,灌水均匀度变小,灌水质量变差。堵塞物中均含有细菌总数和叶绿素a,随着水体浊度的增加和温度的升高,堵塞物中细菌总数逐渐增多。黄河水泥沙颗粒物和微生物的共同作用是引起灌水器堵塞的主要原因。     

含沙水滴灌条件下灌水器抗堵塞试验研究

对4种不同滴灌管(带)在含沙水滴灌条件下灌水器的出流量变化及淤积堵塞情况进行了田间试验研究。经过多次灌水试验,结果表明,4种滴灌管(带)灌水器出流量均随灌水次数的增加和距离毛管进水口长度的增加呈减小趋势,最后完全堵塞的灌水器均发生在毛管的末端;在相同水质和灌水压力下,大流量灌水器抗堵塞性能较好,即大流道灌水器的抗堵塞性能优于小流道灌水器;随着灌水次数的增加在滴灌管(带)的管腔内有细小泥沙淤积,小流量滴灌管(带)在70～80 m处泥沙淤积量骤然增加,大流量滴灌管(带)在80～90 m处骤然增加,管内泥沙的沉积大大增加了灌水器的堵塞几率,因此定期对滴灌带进行冲洗可以有效减小堵塞。     

泥沙粒径对大流道迷宫灌水器堵塞影响研究

为探明大流道迷宫灌水器发生物理堵塞的成因及堵塞过程,采用连续加沙灌溉和间歇灌溉相结合方法,研究了粒径小于0.15mm的8种泥沙颗粒对灌水器堵塞和灌水系统均匀性的影响。结果表明,浑水含沙量在低于2g/L范围内变动对灌水器堵塞没有明显影响;当含沙量为2.0g/L时,泥沙粒径是造成大流道迷宫灌水器堵塞的主要原因,引发堵塞敏感粒径范围为0.10~0.15mm,且堵塞形式主要表现为突然完全堵塞,粒径为0.058~0.075mm的泥沙颗粒最不易引发堵塞;极易堵粒径相互组合会加剧灌水器的堵塞,易堵粒径组混合在一起有减轻堵塞效果的作用。相较于常规滴灌灌水器的易堵粒径,0.1mm以上粒径的泥沙颗粒更易滤除,在浑水灌溉时可优先选用大流道灌水器。     

烧结温度对氧化硅微孔陶瓷灌水器性能的影响

烧结温度是制备微孔陶瓷灌水器的关键控制因素。研究以石英砂主要原料,制备了一种渗灌用氧化硅微孔陶瓷灌水器,分析烧结温度对微孔陶瓷灌水器结构及水力性能的影响。结果表明:氧化硅微孔陶瓷的主要成分为SiO_2和CaAl_2Si_2O_8,其主要物质成分不随烧结温度发生变化;随烧结温度的增大,微孔陶瓷密度和开口孔隙率均有减小,且孔隙的均匀性降低,孔径分布范围增大;灌水器具有稳定的渗流效果和较好的压力~流量关系,且随烧结温度的提高,渗流系数增大。     

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。     

免烧微孔陶瓷渗灌灌水器制备与性能研究

旨在确定免烧微孔陶瓷的配比,开发出一种价格低廉的免烧微孔陶瓷灌水器。通过改变硅藻土的含量,分析了免烧微孔陶瓷开口孔隙率和灌水器水力特性的变化规律,筛选出兼备良好出流能力和耐久性的灌水器。最后测试了灌水器在土壤中的渗流特性,灌水器在土壤中渗流流量随时间逐步减小,最终趋于稳定。结果表明:硅藻土的添加能有效改善灌水器的出流能力,其中硅藻土含量为5%的微孔陶瓷灌水器兼有优良的出流能力和耐久性,是一种适合应用于渗灌灌水器的新型材料。