农灌过滤与水处理操作手册—节水灌溉系统

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。214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。215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：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：502000mSiO2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、Al2O3、MgO、K2O和P。表2.1：堵塞物按粒径分类定义粒径（m）目数大粗砂100020001018粗砂50010001835中间砂2505003560细砂10025060160微细砂50100160270泥沙250泥土22.2.2有机物（A） 浮游植物（藻类和细菌）浮游植物通常为单细胞、寄生或丝状形态。藻类是食物在水中经过一段时期形成的原始组合。藻类最有破坏性的特征及细菌引起的成长是凝胶状物质和粘性基质在管道系统及河流中形成的。细菌引起的粘液的形成需要基质的服务作为基础。其连同悬浮物凝结成团，形成堵塞。象其它微生物一样，藻类需要无机物的合成来产生。其主要成份是二氧化碳、氮和磷，微量元素，如铁，铜和钼等，都是很重要的。藻类的发展是成季节性和周期性的。在冬天，在弱光和低温的条件下，藻类的成长最小。在春天，温度上升，光、热增强，营养丰富，风吹水层与热的气流作用的水层适当混合，使上层肥沃的水层变的活跃起来，促进繁殖。在夏天，温度很高，没有混合的水层，营养利用率很低。在夏末秋初时，蓝绿藻的繁殖能够起到固定空气中氮的作用。在水库中，藻类的发展受到一些因素的限制，主要是营养缺乏，象氮和磷等。另外，限制的因素还有：缺乏混合机会、温度低、光照弱、高消耗及高密集的藻类自我竞争。高温情况下， 在灌溉季节，会促进生物积极运动，从而在灌溉系统中会增加堵塞问题。盐水中藻类的数量更少。细菌引起粘液可以分成如下三种：1 硫化粘液：其水中含有氢硫化物，且总含量不低于1ppm。2 铁化粘液：其水中含有不少于0.1ppm的铁。3 未特别明确的粘液（丝状或未知）。表2.2引起过滤器堵塞的藻类群体名称种类名称大小（m）个体群体Diatoms(硅藻纲)Cyctolella（螺旋藻）1111Cymbella1220Fragilaria51860100Melosira1020Navicula3570110Synedra1590150ChlorophytaSpyrogyra1020Moageotia620ChyanophytaOscilatoria38FlagellataPeridinium42524452影响细菌性成长及粘液发展的主要因素是水的PH值、水温及有机碳的来源。由于氢硫化物中硫元素的变化，使粘液中硫含量增加，因为各种细菌只有在含氧及PH值为6.77.2的环境下才能发展。这些细菌会产生大量白色柔软的粘液。这些稳定的细菌形态能使溶解的氧化铁氧化成不溶性的铁的氧化物，从而产生沉淀。（B） 浮游动物浮游动物的大小在0.230mm 之间变化。最初存在的是食草的浮游动物。它们有原生动物、轮虫、小甲壳纲动物及鱼类等。这些浮游动物也是有周期性、季节性的。在春天，浮游动物以低浓度的形态出现（有时，低于1升）。后来，轮虫在较深的水中（4米以下）大量发展（4000升以上）。在五月份之内，轮虫的数量会减小，而小甲虫壳纲动物的数量会增加。在六月份之内，Daphnia的浮动物会出现。注：上面的周期性描写只是一个例子，在实际中有可能会不一样。（C） 其它有机物幼体和蛋。动物和植物的腐殖质（如木质素、纤维素和几丁质等）。2.2.3化学沉淀物在如下条件下，在管道网络中，灌溉水以各种各样的成分组成，以使其中物质溶解。当水的PH值超过7.5时，钙或镁可安排在过滤器、管道及喷头中。当碳化钙的浓度达到饱和超过0.5，硬度超过300mg/l时，就会造成堵塞。铁和锰的硫化物或金属氢氧化物存在水管中会使水管生锈。有时肥料加入灌溉水中，会与其它物质发生反应，产生沉淀。温度升高会导致水中的CO2含量增高，碳化钙增加。当温度下降时，这些碳化物会沉淀在管壁上。这个过程会因为CO2而改变PE管的渗透性。在喷头中化学合成高概率沉淀，会因季节的不同而变化。在冬季和春季，硅酸铝的百分比较高。在夏季，则是磷和钙的化合物的百分比较高。2.2.4 其它物质（A） 除非有一个适当的度量装置安装在管道系统中，则在修理期间，管道被清洗干净后，外来物质就可以被发现是否进入了管道网络。（B） 在有利的温度和营养的条件下，根系将生长在管壁四周。这样必须尽可能的阻止根系进入管道。2.3 水质测定2.3.1重要性灌溉用水和饮用水在水质需求上要求限制不同，它们是十分复杂的。要建立一套能够准确检测造成灌溉附件和喷头堵塞的设备是十分困难的。因为堵塞物的组成各种各样。然而，一般情况下，堵塞的问题是由于杂质出现在灌溉水中而造成的。更严重的是水中含有以下几种物质：（A） 有机或无机悬浮物。（B） 由元素组成的沉淀物，如铁、锰、钙和镁。（C） 细菌分必的粘液导致的累加悬浮物，或者是化学反应导致的硫化物的积累，和重金属复合物等。最困难问题是以上几种杂质同时出现。灌溉用水是没有一定的确切标准的，最好的考虑是把最小的微粒用过滤器除去。尤其是不同物质相互作用的原理，没有充分论证的，更复杂的情况是，不同的肥料加入灌溉水中。 2.3.2抽样测定法在灌溉和季节变化的过程中，水质是会变化的。因此，为了达到最好的效果，不同的时间应该抽出不同的水样测定，依此选择适宜的过滤处理设备进行安装。在从系统中抽取样品之前，必须对其直接冲洗，以确定样品具有代表性。然后再计算管道的直径和长度，接下来再对管道进行冲洗，以检测其速度。从井中抽取样品，要在水泵打水后，确信样品能代表井中水源的水时，才能抽取样品。样品抽取要有一定的量（大约2升），以便能全面按需要测定。抽取样品的容器要用黑色的塑料或玻璃容器。容器一定要在实验室清洗干净。再用干净的水清洗，然后，就地用要取样的水清洗。容器一定要装满及盖严，以防止样品与空气接触。同时，也要注意样品不要暴露在光线中。样品要马上送到实验室，立刻分析、测定。贮藏室一定要在低温（4）下保存样品。测定时如铁、残留的氯、内含物和PH值，都必须仔细地测定。只要样品拿到实验室，则一定能测出其结果。233水分析（a） 统计悬浮固体（TSS） 样品通过6层滤纸进行过滤，并把滤剩物质放入105的干燥箱中进行干燥后，集中所有的固体悬浮物进行重量测定。（b） 易挥发的悬浮固体（VSS） 集中所有有机悬浮固体（易挥发的）进行重量测定。已经证实了，这种固体悬浮物放入600的干燥箱内进行干燥时，重量就会消失。（c） 统计溶解的固体（TDS） 样品放入105的干燥箱中干燥后，集中所有固体物质进行重量测定。（d） PH值以10为对数基数的氢离子水溶液的对数的倒数被定义为PH值。PH值的记数范围是014，PH值为7.0时为中性溶液。PH值小于7.0时，为酸性溶液（氢离子过量）。相反，PH值大于7.0时，为碱性溶液（氢氧离子过量）。水的PH值是必须被知道的，因为不溶性的复合物之间会发生反应，影响水处理。例如：当水源水的PH值超过7.5及其硬度较高时，钙和镁的碳化物会沉淀进入过滤器、附件或喷头中。（e） 硬度 水的硬度主要由钙和镁在水溶液中的含量来确定。但它的阳离子，如铁、锰、铝、锌和锶，也会影响硬度。硬水的特点在于水中形成不溶解的盐和在反应激烈的水面形成沉淀的量。（f） 粒径分布 计算微粒数量和测量微粒的直径分布是可以做的。（g） 混浊度 水样的混浊度是能过测量水样中的悬浮物和胶体物质的减少光线通过水样的能力来确定的。混浊度中测定其内含混浊物的原理，是因为光线通过样品中的悬浮微粒时会发生折射。光线穿入悬浮物产生一个混浊数值。（h） 硫化氢（H2s） 深水井中的水要对H2s含量进行测定。手提测定仪即可快速测定其结果。（i） 铁和锰 抽取样品后，铁和锰的量是需要测定的，因为不溶性的铁或锰，在水样带到实验室进行分析之前会产生沉淀。实验室测定原理是利用原子吸光力、分光力或添加颜色形成试剂和配合颜色量度。手提测定仪即可快速测定其结果。（j） 微生物数量微生物的分析是较困难的，因为没有一种适宜的介入操作方式。然而，这种分析可以用来检查氯化消毒的效果。当这个系统被装入后，即可发现可疑的有机物。234就地测定这是一种特殊的测定方法。可用手提测定仪对微灌系统进行测定，需要快速就地作出答复。表2.3提供了一些关于这种测定方法的数据，考虑到了它们的组成、入口/出口和特殊的用途。表2.3：测定系统系统组成入口出口用途隔离系统（Katznelson and Niv）用一个锥形尼龙网系统，使杂质收集到底部。水压力为零不同的尺寸组合用来识别不同粒径的自然微粒过滤器（Ben-harim）机动泵，能用不同的网进行过滤的压力过滤器和机械压力记录仪。水压力为零压力计要求安装在过滤器上估计过滤器的性能隔板箱（Ford）一种具有显微板的容器被安装到过滤管中使用标准灌溉水分析隔板上的沉淀确定现有装置中存在的问题比较分析（Agroteam）12种著名的喷头，依控制条件下的堵塞情况选择。检查喷头新喷头的相对耐久性-选择喷头-R&D这些系统可用标准测试仪对PH值、硬度、H2S、铁和其它因数进行测定。24水质标准241概述对水质要求的基本分类具有各种用途，具体如表2.4：表2.4：水的分级系统指出了在滴灌系统中堵塞的危害堵塞因素堵塞的危害较小一般严重物理的：悬浮固体100化学的：PH值溶解性的固体锰铁硫化氢7.05000.10.28.020001.51.52.0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。242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：滴灌水质的分级级别物理特性化学特性生物特性悬浮固体（mg/l）不溶性物质（mg/l）铁或锰（mg/l）细菌（No/ml）0101000.114014001.04104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1500100-4-0地表水300501000010-0-6河水70900400006-7-4井水11650400000-10-9243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。(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，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：（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） 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。325氯化消毒物质氯有几种形态使用来进行氯化消毒处理。氯的几种不同形态比较如下：表3.1：不同形态的氯的比较特点氯气次氯酸盐二氧化氯危险性危险不危险不危险在水中的气味存在存在不存在最初投入量高低需介质氯的成本低低需介质需要的技巧高低高（a） cl2（氯气） 氯，高压下在容器中变成液态气体。氯气的密度比空气重，因而禁止通风，可取尽氯气。当氯气注入水中时，如前所述的反应便会发生。这些反应，会产生H+和Hocl，使PH值下降，降低酸碱度。（b） Naocl（次氯酸钠）Naocl可作为液体状态存在，其中含有15%以上的氯，它与水的反应如下：Naocl+H2o=Na+oH-+Hocl上述反应中的Hocl能进一步分离。在这个反应中，oH-和Na+组合，会使水的PH值上升。在这种情况下，Na+对土地和植物会有毒害作用。Naocl具有可分解性，是不稳定的，建议最长的储藏时间不能超过6090天。（c） Ca(ocl)2（次氯酸钙）Ca(ocl)2通常以干燥的粉末、微粒、小片或小球状态存在。它与水的反应如下：Ca(ocl)2+2H2o=Ca+2+2oH-+2Hocl上面反应中Hocl能进一步分离。在这个反应中，Ca+2和oH-会使水的PH值升高。（d） clo2（二氧化氯）clo2是水中供应氯中花费最大的一种形态。通常情况下，它的活性不会受 PH值或氨的存在的影响。要达到同等的效果，Naocl2产生的液态clo2比氯的量要花费的更高。氯的需要量和应用方法是根据水质、藻类的数量、灌溉系统的大小及水经过第一台过滤器和到达喷头的瞬间所需要的时间来确定的。326氯化消毒方法氯化消毒可按如下几种方法执行：（a） 直接氯化消毒 在直接氯化消毒过程中，气体是在高压下使用的。其设备有一个压力计和几个计数器。最大的量是4590千克/天。节省的氯化消毒处理是每40公顷土地需要115千克/天。（b） 用泵注入用泵注入可分为如下两种方式：-电动或机器（气油发动机）带动-水力带动（c） 文丘里管式（细腰管）泵入氯化消毒 在真空状态下，文丘里管式泵使隔板活动，打开一个阀门，气体被送到一个流量表和止回阀中。这种方法在每天需230千克流量的情况下能够应用。327氯化消毒控制处理系统中，在过滤器前面最近的部分注入是效果最好的（可帮助清理过滤器中的有机物，这样可保持过滤器干净。）。氯化消毒控制中要求调节氯的供给量，以补偿水质的变化。最简单的实践操作是测量残留在水中的自由氯的总量。这残留的氯的浓度在支管末端一般达到0.52.0ppm间。通过反复试验，才能完成对残留氯的精确测定。要得到一个1mg/l的氯的浓度，将要求比理论计算更高的注入量。好的水对氯有固定的要求。在计算氯的理论浓度时，下面的因数应该考虑到：（a） H2s的浓度：H2s与氯会以1:1的比例反应（即每1ppm的H2s，要求加入1ppm的氯）。（b） 铁的浓度：氯可以用来在到达过滤系统前除去铁（每1ppm的铁，要求加入0.6ppm的氯）。（c） 氯化消毒作用可以用来防止藻类的发展：每灌溉12小时，应在支管末端至少有30分钟12ppm浓度的残留氯存在。（d） 当注入氯气时，它与水的酸性反应就会发生。因此，在处理之前不会有酸存在。（e） 氯的可获得量依靠下面三种来源：-cl2（氯气）：100%的可获量-Ca(ocl)2（次氯酸钙）：6570%的可获量-Naclo2（次氯酸钠）：515%的可获量氯化消毒速率可按如下公式计算：氯化消毒速率（l/hr）=希望的氯的浓度（ppm）单位距离水的流速（cu.m/hr） 氯溶液的浓度（%）10注：溶液中有特殊重量的反应不能作为考虑。测量水中自由氯的方法：存在水中的氯主要有：电解氯、次氯酸和次氯酸离子，这些都可称为自由氯。用几种测试仪可以测量和除去自由活动的氯。大部分的试剂均匀进入自由氯溶液中会产生颜色变化。使用一种有颜色的圆盘进行对照。328氯化消毒程序（1） 准备一个1升的装有灌溉水的容器，水中包括前一天晚上设计好的氯浓度的溶液。（2） 如果没有可沉淀的铁，则执行第4步。（3） 如果有氧化铁的沉淀物形成，则要改变灌溉水的PH值到4.5，同时反复步骤1（不溶性的Fe-3可以被氯氧化，形成固态Fe-2进入喷头）。（4） 氯的需要量的确定，如下表3.3（表中必须准备Naclo2）所述：表3.2：介绍水中自由氯浓度（ppm）的不同用途用途应用方式测定残留自由活动氯的量（mg/l）系统首部过滤之后系统末端防止藻类成长不间断的1101100.51.0破坏藻类和细菌建立的平衡周期性102010200.51.0溶解有机物过量的氯化处理5050050500接近10氧化铁不间断的0.6mg/l每1mg/l亚铁10.51.0氧化锰不间断的0.6mg/l每1mg/l亚锰10.51.0硫不间断的0.6mg/l每1mg/l亚硫10.51.0表3.3：氯的需要浓度氯的浓度（%重量）氯的来源需要的浓度2510152010.0Naocl0.0200.0500.1000.1500.2008.0Naocl0.0250.0600.1200.1800.240（5） 在处理的前端冲洗，以除去系统中的沉淀物。（6） 用3050ppm的氯直接加入灌溉水中（浓度因不同的堵塞而定）。氯在过滤器前面注入。（7） 系统脱离水1小时左右。（8） 检查残留氯在系统末端的浓度（要求的浓度是：至少1ppm的活性氯）。（9） 如果在系统末端的氯浓度是合适的，则冲洗系统（包括过滤器）。（10） 如果在系统末端的氯浓度比要求的小，则反复步骤5到步骤8。329氯化消毒中需特别说明的问题（a） 在储存器中的氯的损耗 Naclo2的长期储存温度增加产生的结果会减少氯的浓度。起初的浓度越高，损耗就越大。（b） 系统中残留自由氯浓度的降低 水的质量是不可能一致的，路途越长，损耗越大。（c） 氯和水（包括肥料）的反应 自由氯与氨反应会产生氯胺化合物。这样会象氧化一样降低自由氯的效率。因此，在氯化消毒期间，禁止使用含有氨和氨化物的肥料。（d） 氯在进口管中的分布均匀 在各支管前面注入氯的可靠性更大。（e） 氯过量 氯过量会产生沉淀物，导至喷头堵塞。当然，过量氯也可用来清洗系统中的组件，但这必须分开做。（f） 不溶性铁 当水中不溶性铁浓度达到0.4mg/l时，不能进行氯化消毒处理。因为这样氯会被氧化而导致堵塞。（g） 用泵注入在使用水泵注入氯之前，要仔细阅读出厂说明，特别是用它作一般的注肥时。33水库水和湖水的其它化学处理方法331硫酸铜（胆矾）处理法硫酸铜能够有效的控制水库水中的藻类。注意不能过量加入，以防鱼类中毒。一旦使用硫酸铜，大量的藻类被杀死时，也会杀死鱼类。这儿有一个例子，可溶性的氧进入水中时，死去的藻类尸体会被分解而排除。硫酸铜的浓度建议最大不能超过2ppm。其最佳浓度根据杀死藻类的特殊性来确定。主要以2米以内的水深为基础来计算，因为这儿阳光充足，适宜藻类成长。硫酸铜可以装入包中放在浮体上，停在水库的不同位置，使它能扩散分布在水面上。332柴油处理法柴油漂浮在水的表面。用柴油来处理水，则悬浮物的浓度会降低。34沉淀物的溶解341酸化处理酸化处理的基础是在灌溉水中加入一种酸。酸化处理有如下几个作用：（a） 防止溶解性固体沉淀（b） 溶解沉淀物（c） 用氯进行氯化消毒处理时效果更好（a） 预防在溶液中加入酸，会调节溶液的PH值，以便沉淀能溶解。这要求其PH值在6以下。水的变化在加入酸的量以内，因为它有一个缓冲容量。在其它因数一定的情况下，当其PH值为8时，加入0.5ml/l的酸，其结果会使PH值下降1；加入1.0ml/l时，其结果是PH值为6.06.5。连续进行酸处理能防止碳化沉淀。然而，铁和硫化锰沉淀，不会溶解在酸中防碳化。（b） 溶解 Caco3沉淀、磷酸钙和二氧化铁，都能被酸溶解。建议其操作流程是：把它们加入酸化的PH值为2的处理系统中1090分钟，再用水冲洗干净。这个流程可反复操作几次。（c） 改善氯化消毒的效果次氯酸在PH值较小（小于6）的情况下起主导作用。可不巧，次氯酸盐会增大PH值，从而影响氯化消毒的最佳效果。辅助处理是降低PH值，即在氯化消毒过程中注入酸。酸的注入通常与氯的注入同时进行，两者都是在过滤系统前面进行的。（d） 酸的种类强酸表（在一种恒定的离解基础上），我们看：H2SO4，Hcl，H3o+，H3po4（从右到左，酸性加强）在强酸中，H3o+被叫作“水准作用”现象，同样，H2so4和Hcl的水溶液会在水中发生完全离解。这两种酸是比H3po4要强的强酸。它们的离解只需部分在水中即可。次氯酸（Hcl，也被叫作盐酸）是一种液体，比重为1.268，是一种腐蚀性的酸，会腐蚀许多金属管道（铁、钢、铜和铜合金等）。硫酸（H2SO4）是一种粘性的、无色液体，比重为1.834，在水中具有很强的溶解性，会腐蚀许多金属物质。磷酸（H3po4）是一种无色液体，比重为1.834，通常其在工业上的水溶液浓度为85%。H3po4也可作为一种肥料，为作物的根系提供磷。磷酸不会用在有铁的场合。其需足够高的浓度才能使PH值降到6.5以下，以防止磷沉淀。（e） 实地应用酸的注入要以周期性做法为基础，这样才不会影响作物成长。酸的浓度根据要求的PH值来定。短时间的处理（1030分钟），要求PH值为2，持续性的处理要求PH值为4。确定酸的用量必须以实验中滴定仪的测定为依据，用水进行处理。在灌溉系统中，处理方式需要根据在不同的定位中测定PH值而定。酸处理的注入泵必须认真仔细选择。泵的制造材料应该能抵抗酸的腐蚀。建议流程如下：（1） 酸的种类的选择使用（包括易得性、价格、对土壤的敏感性、庄稼、设备等）。（2） 确定其使水的PH值降为2.0时所需酸的量。（a） 准备几种容器，每种容器中都装入1.0升的灌溉水。（b） 把不同量的酸（次氯酸或硫酸）注入每一个容器中。每一种量都可算出其浓度。（c） 检测每个容器的PH值。如果其中有一个容器中的PH值为2.0，那么执行步骤（3）。如果不是则用高低不同的量重复（a）和（b）的操作，直到获得PH值为2.0的溶液为止。（3） 检查几个喷头的流速，有的通畅，有的堵塞。（4） 检查系统中入口和出口的压力。（5） 首先用冲洗的方法去处理分支管末端，以除去系统中的沉淀。（6） 用需要的浓度的酸的水溶液加入整个系统（过滤器后面）中。（7） 检查分支管末端的最大PH值，以确定酸是否加入了。（8） 把系统中的水放干，时间是3060分钟。（9） 冲洗整个系统。（10） 重复步骤（5）至步骤（8），直到干净的水流出为止。（11） 检查与步骤（3）相同的喷头的流速。喷头的流速有改善，则确定这个处理是成功的。342减速沉淀物处理减速沉淀物是一种高分子量的化学物质。它们以不同的作用的群体形式分散溶解在水中，以防止碳酸盐和硫酸盐沉淀的形成。减速沉淀物依性能自大至小排列如下：a、 聚合磷酸盐b、 聚丙烯酸脂c、 磷酸d、 以乙二胺四乙酸为主形成的物质。这些化学物质主要作为减速沉淀物，在不处理系统中进行反向渗透作用。其也可使用在灌溉系统中。当供应mg/l浓度的减速沉淀物时，实验显示，能在产生沉淀前，使浓度大于自身倍的钙溶解。即：在其溶解作用下，溶液的溶解度会增加。3 5鱼处理法水的质量也会由于鱼的介入而改善，鱼能帮助减少三种悬浮物：藻类、微生物和腐殖质。大部分的食物被鱼类过滤和分泌物消化排放在水库底部。鱼的种类不同，活动方式也不同，如有些鱼类品种的分泌物能再循环。许多研究显示，在这儿有些银色Carp、Sarotherodon、普通Carp和草Carp一起出现，过滤和消化浮游生物、不明确的有机物和污染物。它的成长主要依靠水库中的水质和食物量。在受污染的水库中，这种银色Carp的重量大的可达1823kg。这个Sarotherodon生活在有机悬浮物和藻类上。在水库中，它的数量巨大。大量的小鱼是构成有害物质的潜在因素。这种Sarotherodon没有竞争者或捕食者，同时也不会得到银色Carp的帮助。大头Carp生活在浮游生物上。它的比重是每公顷约3050。草Carp成长在有浸入的草木构成的水库中。它的比重特别小，因为浸入的草木消失所花的时间特别长。另一方面，当草木缺乏时，这种鱼就不会成长，有部分的会退化和死亡。36凝结法开始的目的是加凝剂到水中，使不稳定的胶状物分散成小微粒。这种凝剂是一种絮凝物，它能沉入容器或过滤器中而被除去。每种凝剂都有最佳的PH值区域作为其絮凝作用。铝盐是使用较普遍的一种无机凝剂。它们可以单独使用，也可以和合成聚合物一起使用。用的最广泛的凝剂是明矾（硫酸铝）。它即可以固态也可以液态形式存在。200mg/l浓度以上的明矾，被以1040mg/l的剂量供应是很常见的。37特殊问题的解决371铁的存在（a） 概述化学还原态的亚铁离子（Fe-2），溶解后存在一个还原环境中（缺少不溶性氧和低的PH值）。这些条件在地表水中存在。当地表水从地下抽出时，Co2含量增加，PH值上升。水接触到空气，形成一个氧化环境。还原态铁（Fe-2）开始被氧化，形成不溶性的铁离子（Fe-3）。氧化铁在低浓度下（0.2ppm），刺激有氧的泥土沉淀。这些泥土是胶粘状的，能自己附着在灌溉管上。氯的注入可防止各种细菌的发展。氧化铁的频繁移动，可防止在过滤器中厌氧环境的发展。如果这种情况发生了，则铁还原细菌（在大部分环境中常见）能还原铁成溶解状态，并将穿过过滤器系统。（b） 预防当不溶解性的铁的浓度在水中超过0.2mg/l时，建议要对其作预防处理。在浓度为0.31.5ppm的溶液中，铁细菌会发展。在其浓度超过1.5ppm时，就会促进其发展为铁沉淀。当其浓度超过4ppm时，这种水就会很难处理。下面有两种预防处理流程：（1） 使稳定的、可溶解的铁形成还原性铁。这需要使用分离剂，如钠的六亚磷酸盐或其它。（2） 氧化沉淀过滤。 其中，第二种流程，氧化沉淀过滤，假定优先提出，其目的是为了避免任何还原性铁存在系统中。这将在下面段落中介绍。（c） 氧化氧化处理有许多不同的流程，如：氯化消毒、充气、高锰酸钾等。氯化消毒（参看3.2.1）主要用来控制PH值低于6.5和铁的浓度小于3.5ppm溶液中的铁沉淀。如果PH值高于6.5，则铁的浓度必须要低于1.5ppm。Hocl能氧化Fe+2到Fe+3，从而实际上形成不溶性的Fe(oH)3：Hocl+2Fe+2=H+2Fe+3+cl-+H2oCl2+2Fe(Hco3)2=Ca(Hco3)2+2Fe(oH)3+Cacl2+6Co2锰离子的反应也与之类似。充气是使氧气与水中的铁反应，如下：2Fe(Hco3)2+0.5o2+H2o=2Fe(oH)3+4Co2充气及其设备是昂贵的，也是很少用的一种方法。因为大部分含铁的水都是井水，它们必须从井中泵出而进入加压系统。因此，充气及其设备缺点在于，使用泵是希望在出口处产生一个加压的水，但如充气的话，会使水的压力下降。高锰酸钾能氧化铁或锰，其比例为1:1.06mg/l或1:0.52mg/l。高锰酸钾的氧化反应是很激烈的，甚至比氯化反应还要快。这个反应对PH值不很敏感，只要其在59之间即可。（d） 沉淀与过滤 沙石（砾石）介质过滤器是作为过滤氧化铁的最适合的过滤器。（e） 回收酸化处理能使系统干净，使铁局部成块。这种不溶性的铁会被从系统中清洗掉。372锰的存在锰能够使用象除去铁一样的方法被除去。锰被氯氧化的过程比铁更慢。结果，锰是存在的，氯可以导致锰沉淀在过滤器后，在灌溉系统中产生堵塞问题。373硫的存在硫化氢能够被分离或其它氧化过程除去。氯化消毒处理可除去硫化细菌和防止粘泥的形成。一个用量为8.6ppm的氯可除去水中1ppm的硫，直到在分支管末端，氯的浓度降到0.51.0ppm为止。当这个水平到达时，氯化消毒处理会持续作用约30分钟。这个过程会在灌溉中每12小时重复一次。上面叙述的过程，网式过滤器的过滤是一定要考虑到的。38选择化学处理的标准（a） 当生物负荷太高时，氯将加入以防止藻类发展和分解有机物。（b） 当悬浮物太高和生物群存在时，氯将加入以防止团聚。（c） 当残留的铁、硫或锰（0.5ppm以上）出现时，氯将加入以氧化这些复合物，使它们进入过滤系统。（d） 当水源是水库水时，水中将加入硫化铜、柴油或鱼进行处理。（e） 当不溶性的固体和PH值很高时，酸化处理是有利的。（f） 当化学和生物因数很高时，酸化处理和细菌控制都要被考虑。4机械水处理过滤41引言过滤的定义是进入结构内的悬浮态物质的分离。分离过程以确定要分离的物质的特性及其特性区别（如：密度、粒径及化学、电性和磁性等性质）为基础。在灌溉系统中的分离过程包括：大部分情况，让要过滤的液体通过一种介质或一种网，使杂质颗粒被保留下来。另一种情况是，在液体与杂质颗粒之间有一种特殊的比重的不同，过滤过程是以旋转力运动为基础的。在实际过程中，每一种特殊情况都要考虑到，如：效率、节约性和所需水的质量。最初的机械过滤系统是按照使用的分离方法来分类的（如图4.1）图4.1：机械过滤方法的分类机械过滤粒状过滤器 网式过滤器 盒式过滤器 离心过滤器 其它方法 水库管理 管道清洗 脉冲砾石过滤器 沙石过滤器 硅藻土过滤器 网式过滤器 叠片过滤器手动清洗 自动清洗 手动清洗 持续清洗 自动清洗42机械过滤过滤器在现代被使用的节水灌溉（滴灌、喷灌和微灌）系统中起到重要的作用。因为喷口小，喷头对堵塞很敏感，要求少量的水覆盖大量的土地。因此，要求减少流量，增加能量消耗和系统维持费用。为了保护喷头，防止堵塞，过滤器要安装在系统前面或灌溉点上。43过滤器运行包含的因素431概述灌溉循环中，过滤器的操作与维护，指的是过滤器的清洗。过滤器在适当的时间清洗是特别重要的，原因如下：（a） 压力损失 无论何时，跨过过滤器的压力损失大于预定值，过滤器就会开始清洗。这个标准能够被压力感应器检测到，同时会自动清洗。（b） 容量控制 无论何时，超过过滤器的预定水容量，过滤器就会开始清洗。这个预定量主要取决于水质。这个容量测定的实现主要靠一个测量阀。（c） 定时清洗根据经验来确定间隔时间。44过滤器的种类在市场上有几种过滤器，每一种过滤器都是根据对水质的要求而以不同的原理、技术和执行不同的过滤任务为基础的。441粒状过滤器（a） 概述粒状过滤器（众所周知如：沙石过滤器或介质过滤器）是水通过一层厚厚的分级微粒层而执行过滤的。这些微粒可以是沙子、砾石或其它的粒状物质。过滤的精度是靠微粒的有效尺寸和通过过滤器的过滤速度来决定的。粒状过滤器适合过滤水中的有机物和泥沙。它们的特点在于过滤杂质会使其容量变化。然而，要求有一个高水准的管理的花费是高昂的。粒状过滤器可用反冲洗进行清洗。过滤器使用12个季节后，按对水质的要求，其介质要求更换。（b） 操作（参看图4.2）水通过顶部进入过滤器渗过过滤床。过滤作用就发生在水通过介质时。水经过一层过滤后，从过滤器的底部离开过滤器。粒状过滤器最多被使用在水库、拦河、人工水渠、河流、阴沟和其它污染水源上。粒状过滤系统根据出口水和过滤要求，一般由单一的过滤器或过滤器组构成。粒状过滤器在分离110mm之间的微粒中是无效的。在这个范围内的过滤率低于15%。而在过滤粒径超过10mm以上的微粒时，其过滤率高于50%。粒状过滤器可依如下方