CN104355409A - 一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置 - Google Patents

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迟杰
崔静慧
刘雪
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    • C02F2103/007—Contaminated open waterways, rivers, lakes or ponds

Abstract

本发明公开了一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，包括多个由沉床主体和浮力系统构成的可升降式双定位模块，浮力系统包括框架式支撑，框架式支撑上捆绑有泡沫板；沉床主体包括由内部形成一连通空间的上矩形框、下矩形框、网格状连接管和垂直连接管构成的沉床水位调节框架，下矩形框上固定有一泡沫托板，泡沫托板上设有多个孔洞，空洞内嵌装有种植有沉水植物的塑料种植盆；沉床主体与浮力系统之间设有可调节的连接绳。本发明可以借助沉床主体内部灌水和抽水及调节绳的作用，在光补偿深度垂直空间调节沉水植物在水中的位置，以实现沉水植物随水位、透明度等改变生态位，具有水生植物种植量大，品种丰富、成活率高等优点。

Description

一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置
技术领域
本发明涉及自然及人工河道、湖泊的生态重建与恢复技术，具体来说，涉及富营养化及水生植物退化的，透明度较低的泥沙型、硬质底型水体的生态修复与水质净化领域，尤其涉及一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置装置。
背景技术
近年来，由于人口的剧增和工业的飞速发展，大量的氮、磷元素输入到水环境中，造成水体富营养化，赤潮水华频繁爆发。水体生态环境恶化，透明度下降，水生植物分布面积减少，群落结构趋向单一化，生态系统已相当脆弱。
沉水植物被形象的比喻为“水下森林”，沉水植物不仅可以通过吸收氮、磷等营养元素遏制水体富营养化，其自身对藻类也有抑制作用，沉水植物还可以通过光合作用对水体起到增氧的作用。
沉水植物对水体的净化能力与其生长状态有关，而在实际环境中沉水植物的生长受到很多因子的影响。其中光照强度对沉水植物生长起着主要限制作用，营养盐、底质、悬浮物、水流、温度对沉水植物生长影响较为明显，着生藻类、重金属、pH等因子也会对沉水植物生长产生一定影响。当水体污染严重，透明度低时，水下的光照小于沉水植物的光补偿点时，沉水植物则不能良好的生长。而目前我国的自然水体，人工水体都面临着水体富营养化、透明度过低等问题。
目前，已有的专利技术中，主要涉及的是生态浮床技术，诸如：公开号号CN101007686A，公开日为2007年8年1日的中国专利公开了一种《污水生物处理模块化气浮式人工沉床及制作方法和净化方法》，其中浮床上的植物仅限于可以露出水面的挺水植物或浮叶植物，而忽略了沉水植物在水体净化中的重要作用。虽然有研究者提出可升降式浮床的概念，如公开号为CN101356881A，公开日为2009年2月4日的中国专利公开了一种《可升降沉水植物生长床及其制作和应用方法》，其中的床体采用钢筋作为支架，公开号为CN201648116U，公开日为2010年11月24日的中国专利公开了一种《沉水式水生植物浮床》，其中的床体为镂空的金属网，金属材质的床体长时间放在水中容易腐蚀生锈，上浮时对浮力系统的要求高，床体的造价也较高；公开号为CN201777934U，公开日为2011年3月30日的中国专利公开的《一种连续可调式沉水植物种植网床》和公开号为CN101356881A，公开日为2009年2月4日中国发明公开的一种《可升降沉水植物生长床及其制作和应用方法》中均采用毛竹作为浮力系统，若长时间放置，毛竹腐烂后反而会向水体中释放营养物质，造成二次污染。公开号为CN202272773，公开日为2012年6月13日的《沉水位置可调的网箱式生态沉床》、公开号为CN201777934U，公开日为2011年3月30日的《一种连续可调式沉水植物种植网床》和公开号为CN201999795U，公开日为2011年10月5日的《一种连续沉降式沉水植物生态网床》中，均是在水底固定打桩，通过连接于固定桩的拉线来调节床体在水下的位置，这不仅加大了现场安装床体时的施工难度，增加成本，而且对于以后的维护也带来不便。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，具有植物种植量大、品种多样化且可自由组合、保证植物最佳生长环境、水质净化能力强等特点。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，包括多个可升降式双定位模块，每个可升降式双定位模块包括沉床主体和浮力系统，所述浮力系统包括框架式支撑，所述框架式支撑由内外相互嵌套布置的内矩形框和外矩形框构成，内矩形框和外矩形框之间设有水平连接杆，所述框架式支撑上捆绑有泡沫板；所述沉床主体包括一PVC管材制作的沉床水位调节框架，所述沉床水位调节框架包括形状相同的上矩形框和下矩形框，所述上矩形框和下矩形框之间设有垂直连接管，所述下矩形框内设有网格状连接管，所述上矩形框、下矩形框、网格状连接管和垂直连接管内部形成一连通的空间，所述下矩形框上设有一进水口，所述上矩形框上设有一出气口，所述进水口和出气口处均分别设有阀门；所述下矩形框上固定有一泡沫托板，所述泡沫托板上设有多个孔洞，每个孔洞与网格状连接管所形成的网格位置一一对应，每个空洞内嵌装有一塑料种植盆，每个塑料种植盆内种植有沉水植物；所述沉床主体与浮力系统之间设有可调节的连接绳。
进一步讲，所述沉床水位调节框架中的上矩形框和下矩形框的形状小于浮力系统中的内矩形框。
所述浮力系统中的内矩形框和外矩形框之间的间隔为25cm。
所述框架式支撑与泡沫板之间采用1cm宽的线扎捆绑。
所述内矩形框和外矩形框均由PVC管和UPVC弯头连接而成，所述水平连接杆采用PVC管，所述水平连接杆与所述内矩形框和外矩形框之间均采用UPVC三通连接。
所述上矩形框和下矩形框均由PVC管和UPVC弯头连接而成，所述网格状连接管由PVC管和UPVC四通连接而成，所述垂直连接管采用PVC管，所述网格状连接管与所述上矩形框和下矩形框之间、所述垂直连接管与所述上矩形框和下矩形框之间均采用UPVC三通连接。
所述可调节的连接绳有四根、且分别连接于沉床主体的上矩形框与浮力系统的内矩形框之间的四角处。
所述进水口有两个，所述出气口有两个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明借助沉床主体内部灌水和抽水和调节绳的作用，在光补偿深度垂直空间调节沉水植物在水中的位置，以实现沉水植物随水位、透明度等改变生态位，解决了沉水植物水体修复过程中光补偿度、透明度等因素对沉水植物生长的限制，且具有水生植物种植量大，品种丰富、成活率高等优点。
本发明中的沉床主体和浮力系统的框架均采用UPVC材质，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀性强，耐压性能好，强度高，质轻，价格低，流体阻力小，无二次污染等优点。
本发明沉水植物水质净化装置的浮力由三部分提供，一是沉床主体的下矩形框架中若本身不灌水时提供的浮力、二是位于沉床主体下部的泡沫托板提供的浮力、三是沉床主体上方的浮力系统提供的浮力；这样的设计可以充分利用沉床选材本身的特点，简化了床体结构，节约了成本，且容易维护。
本发明通过在光补偿深度垂直空间调节沉床的位置(分为定植水位和固定生长水位)，实现了沉水植物可随水位、透明度、植物生长状况等改变生态位；解决了沉水植物生态修复时光补偿点、透明度等因素对沉水植物生长的限制。
本发明采沉水植物净化受污染的水体，沉水植物不仅可以通过吸收氮、磷等营养元素遏制水体富营养化，对藻类也有抑制作用，还可以通过光合作用对水体起到增氧的作用。
附图说明
图1为本发明沉水植物水质净化装置中一个可升降式双定位模块的俯视图；
图2是图1所示可升降式双定位模块处于定植水位时的侧面示意图；
图3图1所示可升降式双定位模块处于固定生长水位水位时的侧面示意图；
图中：1-沉床主体，11-上矩形框，12-下矩形框，13-垂直连接管，14-进水口，15-出气口，16-泡沫托板，17-塑料种植盆，18-沉水植物，2-浮力系统，21-内矩形框，22-外矩形框，23-水平连接杆，24-泡沫板，25-线扎，26-UPVC管，27-UPVC弯头，28-UPVC三通，3-连接绳，4-水位。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施案例进一步阐述本发明。
本发明一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，包括多个可升降式双定位模块，如图1、图2和图3所示，每个可升降式双定位模块包括沉床主体1和浮力系统2，所述沉床主体1与浮力系统2之间设有可调节的连接绳3。
所述浮力系统2包括框架式支撑，所述框架式支撑由内外相互嵌套布置的内矩形框21和外矩形框22构成，浮力系统2的外矩形框22的尺寸可以为5.05×4.4m，内矩形框21的尺寸可以为4.45×3.8m，内矩形框21和外矩形框之间的间隔为25cm，内矩形框21和外矩形框22之间设有水平连接杆23，所述内矩形框21和外矩形框22均由PVC管和UPVC弯头连接而成，所述水平连接杆23采用PVC管，所述水平连接杆23与所述内矩形框21和外矩形框22之间均采用UPVC三通连接，所述框架式支撑上捆绑有泡沫板24，所述框架式支撑与泡沫板24之间采用1cm宽的线扎25捆绑。
所述沉床主体1包括一PVC管材制作的沉床水位调节框架，所述沉床水位调节框架分为上下两层，由形状相同的上矩形框11和下矩形框12构成，两层之间通过垂直连接管连通，沉床水位调节框架的长宽尺寸可以为3.95×3.30m，沉沉床水位调节框架的高度可以为0.4m；所述沉床水位调节框架中的上矩形框11和下矩形框12的形状小于浮力系统2中的内矩形框21，所述上矩形框11和下矩形框12之间设有垂直连接管13，所述下矩形框12内设有网格状连接管，从而形成了网格结构的下层，所述上矩形框11和下矩形框12均由PVC管和UPVC弯头连接而成，所述网格状连接管由PVC管和UPVC四通连接而成，所述垂直连接管13采用PVC管，所述网格状连接管与所述上矩形框11和下矩形框12之间、所述垂直连接管13与所述上矩形框11和下矩形框12之间均采用UPVC三通连接，所述上矩形框11、下矩形框12、网格状连接管和垂直连接管13内部形成一连通的空间，所述下矩形框12上设有一进水口14，所述上矩形框上设有一出气口15，所述进水口14有两个，所述出气口15有两个，所述进水口14和出气口15处均分别设有阀门。下层的网格结构上铺设有泡沫托板16，所述泡沫托板16通过线扎捆绑固定在所述下矩形框12上，所述泡沫托板16上挖出有多个孔洞，每个孔洞与网格状连接管所形成的网格位置一一对应，孔洞是用于放置种有沉水植物18的塑料种植盆17，塑料种植盆17内铺有8cm厚的土作为基质，土层上再设铺有2cm厚的沙子。
所述可调节的连接绳3有四根、且分别连接于沉床主体1的上矩形框11与浮力系统2的内矩形框21之间的四角处。所述连接绳3的长短可以根据水位，水体透光度等因素进行调节。
本发明通过对沉床主体1框架内部抽灌水的方式来实现沉床主体1的沉浮，当沉水植物18刚刚种植下去时，采用如图2所示的定植水位让植物定植，此时沉床主体1内部没有灌水。沉床主体1的上矩形框与水面4齐平。当沉水植物18生长到一定长(高)度，有较大的生物量时，用水泵从进水口14向沉床主体1内部灌水，同时，打开出气口15排气，当沉床主体1沉到如图3所示正常生长的位置时，停止灌水，关上进水口14和出气口15处的阀门，沉水植物18在此位置继续生长。要使沉床主体1位于不同的水位，可以通过控制向沉床主体1的空心框架内灌水的多少和调节连接绳3的长度来调解沉床主体1在水体中的垂直深度，实现随水体透明度不同来调解该深度以满足不同沉水植物的生长要求。
本发明中沉水植物18的选择，可以根据地域的不同及处理水体水质的不同进行合理的选择和搭配，随着水体透明度的提高，通过控制向沉床主体1内灌水的多少和调节绳3的长度调解沉床在水体中的垂直深度，使沉床处于沉水植物最佳生长和光合作用的生态位，解决了沉水植物修复过程中透明度、光补偿点及水质变化对沉水植物生长的限制，使沉水植物安全存活和生长，形成稳定的水下植被，不断净化水质，进而改善水体的生态环境，恢复原有的生态系统，恢复水体的自净能力。优选的沉水植物18为本地耐污种，取植株顶端10～15cm进行种植，水质净化效果与种植密度有关，优选的种植密度为0.5～1kg/m3。
根据水体的具体情况，可以将多个可升降式双定位模块以不同的形式排布设置在水体中，如，可以放置在水体中央也可以排布在两侧等。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，包括多个可升降式双定位模块，每个可升降式双定位模块包括沉床主体(1)和浮力系统(2)，其特征在于：
所述浮力系统(2)包括框架式支撑，所述框架式支撑由内外相互嵌套布置的内矩形框(21)和外矩形框(22)构成，内矩形框(21)和外矩形框(22)之间设有水平连接杆(23)，所述框架式支撑上捆绑有泡沫板(24)；
所述沉床主体(1)包括一PVC管材制作的沉床水位调节框架，所述沉床水位调节框架包括形状相同的上矩形框(11)和下矩形框(12)，所述上矩形框(11)和下矩形框(12)之间设有垂直连接管(13)，所述下矩形框(12)内设有网格状连接管，所述上矩形框(11)、下矩形框(12)、网格状连接管和垂直连接管(13)内部形成一连通的空间，所述下矩形框(12)上设有一进水口(14)，所述上矩形框上设有一出气口(15)，所述进水口(14)和出气口(15)处均分别设有阀门；所述下矩形框(12)上固定有一泡沫托板(16)，所述泡沫托板(16)上设有多个孔洞，每个孔洞与网格状连接管所形成的网格位置一一对应，每个空洞内嵌装有一塑料种植盆(17)，每个塑料种植盆内种植有沉水植物(18)；
所述沉床主体(1)与浮力系统(2)之间设有可调节的连接绳(3)。
2.根据权利要求1所述一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，其特征在于，所述沉床水位调节框架中的上矩形框(11)和下矩形框(12)的形状小于浮力系统(2)中的内矩形框(21)。
3.根据权利要求1所述一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，其特征在于，所述浮力系统中的内矩形框(21)和外矩形框之间的间隔为25cm。
4.根据权利要求1所述一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，其特征在于，所述内矩形框(21)和外矩形框(22)均由PVC管和UPVC弯头连接而成，所述水平连接杆(23)采用PVC管，所述水平连接杆(23)与所述内矩形框(21)和外矩形框(22)之间均采用UPVC三通连接。
5.根据权利要求1所述一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，其特征在于，所述上矩形框(11)和下矩形框(12)均由PVC管和UPVC弯头连接而成，所述网格状连接管由PVC管和UPVC四通连接而成，所述垂直连接管(13)采用PVC管，所述网格状连接管与所述上矩形框(11)和下矩形框(12)之间、所述垂直连接管(13)与所述上矩形框(11)和下矩形框(12)之间均采用UPVC三通连接。
6.根据权利要求1所述一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，其特征在于，所述可调节的连接绳(3)有四根、且分别连接于沉床主体(1)的上矩形框(11)与浮力系统(2)的内矩形框(21)之间的四角处。
7.根据权利要求1所述一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，其特征在于，所述进水口(14)有两个，所述出气口(15)有两个。
8.根据权利要求1所述一种升降式双定位模块化沉水植物水质净化装置，其特征在于，所述框架式支撑与泡沫板(24)之间采用1cm宽的线扎捆绑。
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