CN112851037B - 多级拦截净化水体中颗粒物的草坪 - Google Patents

多级拦截净化水体中颗粒物的草坪 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，涉及水生态修复技术领域。多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，包括：悬浮框架；多个过滤网兜，采用可降解材料制造，多个过滤网兜通过可降解材质的连接绳间隔的连接在悬浮框架上；多个过滤球，每个过滤网兜中均容置一个过滤球，过滤球的球壳采用亲水性聚氨酯海绵制造，过滤球的球壳上均匀的分布多个通孔和多个通槽，过滤球中部填充有预设质量比例的微电解填料、火山岩生物滤料和沸石；苦草苗，每个通槽中插多株苦草苗。所述多级拦截净化水体中颗粒物的草坪能够在水体中构建水底景观，并去除水体中悬浮物、胶体物质，降解水体有色溶解有机物中发色基团，解决水体污染问题。

Description

多级拦截净化水体中颗粒物的草坪
技术领域
本申请涉及水生态修复技术领域，特别是涉及一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪。
背景技术
平原河网区作为我国城市化程度较高的区域之一，水环境问题十分突出，尤其是作为河流蓄泄的枢纽湖泊，其水环境治理一直是流域生态环境攻克的难点。近年来，随着水环境治理工作的开展，违法违规企业关停并转迁、生活污水与园区废水收集管网建设、污水处理厂提标改造、农村分散式污水处理设施建设等实施力度不断加大，我国水环境质量总体上明显改善，水体中总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮浓度和高锰酸盐指数(CODMn)呈下降趋势，但代表感官指标的水体透明度仍较低，水体乳白色或者棕黄色，且在夏季高温时溶解氧含量较低，直接影响到水体的景观效果。究其原因，主要因为水体中含有大量的悬浮物、胶体物质以及有色溶解有机物导致水体透明度较低。
其中，污染物质在水中以离子状态、胶体状态和悬浮状态形式存在。一般认为，颗粒粒径小于1nm的为溶解物质，颗粒粒径在1～100nm的为胶体物质，颗粒粒径在100nm～1mm为悬浮物质。目前去除河湖水体中污染物质的方法一般包括异位处理方法和原位处理方法。异位处理方法一般指物理化学方法，主要有重力沉淀法、气浮法、过滤法，这类方法一般使用大型设备结合絮凝剂，这类方法需要消耗大量的人力，物力，成本较高。原位处理方法包括化学法和生物法。化学法一般在河道里直接抛撒絮凝剂，这类方法容易造成水体的二次污染，且效果不稳定。生物方法一般又分为微生物菌剂、贝类等底栖生物以及水生植物，微生物菌剂受到法律法规的限制，同时效果不稳定；贝类等底栖生物可通过滤食等作用净化水体中悬浮物，但贝类在生长和生活的过程中需投加饵料，且经常发生贝类死亡发臭影响水质的状况、沉水植物兼顾景观和净化效果，但产生效果的时间较长。
所以针对上述的技术问题还需进一步解决。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，使其能够在水体中构建水底景观，并去除水体中悬浮物、胶体物质，降解水体有色溶解有机物中发色基团，解决水体污染问题。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供如下技术方案：
一方面本申请提供一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，包括：
悬浮框架，用于悬浮在水面；
多个过滤网兜，所述过滤网兜采用可降解材料制造，多个所述过滤网兜通过可降解材质的连接绳间隔的连接在所述悬浮框架上，所述过滤网兜能够阻挡碎屑物进入网兜空间；
多个过滤球，每个所述过滤网兜中均容置一个所述过滤球，所述过滤球的球壳采用亲水性聚氨酯海绵制造，用于过滤水中悬浮物，所述过滤球的球壳上均匀的分布多个通孔和多个通槽，所述过滤球中部填充有预设质量比例的微电解填料、火山岩生物滤料和沸石，用于吸附水中胶体颗粒物；
苦草苗，每个所述通槽中插多株所述苦草苗，所述苦草苗的根部位于所述过滤球壳中；
其中，在种植初期所述多级拦截净化水体中颗粒物的草坪悬浮在水上，在种植后期所述连接绳降解，所述过滤球带着所述苦草苗落入水底泥中。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中所述悬浮框架以矩阵方式排列有多个连接点，多个所述过滤网兜通过所述连接绳分别连接在所述连接点上。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中相邻两个所述连接点的距离为0.4-0.5m，每个所述连接点处连接三个所述过滤网兜，且连接三个所述过滤网兜的所述连接绳长度不同；
其中，所述连接绳的长度为0.5-2m，同一所述连接点的三个所述连接绳的长度依次相差0.4-0.5m。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中过滤网兜展开为矩形网，长度在20-25cm，宽度在15-20cm，所述过滤网兜的孔径为2-4mm，丝径0.4-0.5mm。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中所述过滤球的直径为10-15cm；所述过滤球的球壳的厚度为2-3cm，制造所述过滤球的球壳材料的孔隙率在80-90％；
所述通孔的直径为1-3cm，所述通孔的数量为8-10个；
所述通槽为十字形槽，每条边的长度为2-3cm，所述通槽的数量为10-15个。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中所述微电解填料、所述火山岩生物滤料和所述沸石之间的质量比例为1:1:2或者2:2:3。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中所述过滤球中填充的所述微电解填料、所述火山岩生物滤料和所述沸石占据所述过滤球中部空间的体积80％以上。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中所述微电解填料中铁含量为75-80％、碳含量为15-20％其余为杂质，形状为球形，直径为10-20mm，容重为0.9-1.2g/cm3，空隙率大于70％，比表面积大于等于1.2-1.8m2/g；
所述火山岩生物滤料的粒径为5-15mm，容重为0.7-0.8g/cm3，孔隙率为70-85％，比表面积为15-30m2/g；
所述沸石的密度为1.92g/(cm)3-2.88g/(cm)3，孔隙率50％-60％，粒径为8-16mm。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中所述苦草苗为矮型苦草；
每个所述通槽中插3-5株所述苦草苗，所述苦草苗的初始插入高度为5-10cm。
可选地，前述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其中所述悬浮框架由若干中空塑料管、若干直角管接头、若干三通管接头、若干四通管接头组装形成密封中空的框架。
借由上述技术方案，本发明多级拦截净化水体中颗粒物的草坪至少具有下列优点：
本发明实施例提供的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其插有苦草苗的过滤球通过过滤网兜吊在悬浮框架上。这样在初始栽种时，悬浮框架可以通过过滤网兜带着过滤球和苦草苗悬在水体中，过滤网兜和过滤球可以实现多级过滤，即过滤网兜可以过滤枯枝落叶等大的动植物残体、过滤球的球壳可以通过截留、吸附及微生物分解等途径去除水体悬浮物、过滤球中的填充物可以通过电化学氧化-还原、物理吸附、絮凝沉淀等途径对胶体悬浮物进行吸附和分解，对可溶性有色有机物进行脱色和降解，对将环状和长链有机物等难降解有机物分解成易生物降解的小分子有机物被微生物或者植物利用，同时絮凝水体中悬浮物、苦草苗可以随着生长而通过过滤拦截、吸附、吸收污染物并净化过滤球填充物未分解的悬浮物；当栽种一定时间后，例如经过一个夏天或者2-4个月后，可降解材质的连接绳降解断裂，过滤球带着苦草苗落入底泥中，苦草苗随着生长可以进一步的对底泥中营养盐的固定进一步吸收污染物，并于水底形成近似水底森林的美丽景观。
此外，底栖螺类可在过滤球上和内部生存，牧食和滤食吸附的悬浮有机物，并可通过通孔进入到过滤球的填充物中牧食和滤食吸附的有机物；而过滤球的填充物的多种填料组合，可长时间缓慢释放氧气，为螺类等生物提高充足的氧气。
还有，连接绳、过滤网兜、过滤球的球壳均为可降解材料制造，无需担心产生污染的情况，并且可降解材料的连接绳也省去了人工下放苦草苗和过滤球的工作，可以节省人工成本。最后，悬浮框架可以在苦草苗和过滤球一起落入水底后，重复使用，进一步的节省成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本申请示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本申请的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1示意性地示出了一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪的结构示意图；
图2示意性地示出了一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪的过滤球的球壳结构示意图；
图3为图2提供的过滤球的球壳剖面的投影图；
图4示意性地示出了一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪的悬浮框架的结构示意图；
图5示意性地示出了一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪的过滤网兜展开状态的结构示意图。
图1-图5中各标号为：
悬浮框架1、中空塑料管11、直角管接头12、三通管接头13、四通管接头14、过滤网兜2、连接绳3、过滤球的球壳4、通孔41、通槽42。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1-图3所示，本发明的实施例提出的一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，包括：
悬浮框架1，用于悬浮在水面；多个过滤网兜2，所述过滤网兜2采用可降解材料制造，多个所述过滤网兜2通过可降解材质的连接绳3间隔的连接在所述悬浮框架1上，所述过滤网兜2能够阻挡碎屑物进入网兜空间；多个过滤球，每个所述过滤网兜2中均容置一个所述过滤球，所述过滤球的球壳4采用亲水性聚氨酯海绵制造，用于过滤水中悬浮物，所述过滤球的球壳4上均匀的分布多个通孔41和多个通槽42，所述过滤球中部填充有预设质量比例的微电解填料(图中未示出)、火山岩生物滤料(图中未示出)和沸石(图中未示出)，用于吸附水中胶体颗粒物；苦草苗(图中未示出)，每个所述通槽42中插多株所述苦草苗，所述苦草苗的根部位于所述过滤球壳中；其中，在种植初期所述多级拦截净化水体中颗粒物的草坪悬浮在水上，在种植后期所述连接绳3降解，所述过滤球带着所述苦草苗落入水底泥中。
具体地，悬浮框架1是用于悬浮在水面的结构，可以采用任何的能够漂浮在水面的具有一定强度的材料制造，主体的形状可以是矩形的框架，也可以是其他形状的框架，悬浮框架1的大小尺寸可以根据所要投放的水面的宽度而定。
过滤网兜2是用于阻挡和过滤尺寸相对较大的碎屑物的，其网眼的尺寸可以根据需要进行具体设置，同时过滤网兜2还用于吊起过滤球和苦草苗，其结构可以是网状，并通过连接绳3绑住四角形成网兜，然后连接绳3与悬浮框架1连接。过滤网兜2的网兜空间可以根据所要承装的过滤球体积而定。可降解的过滤网兜2和连接绳3可以通过采购获得，具体的材质无需限制。
过滤球是上述的包括球壳和填充物两部分的，其球壳可以通过模具分成两个半球壳进行制造，然后在填充了微电解填料、火山岩生物滤料和沸石等填充物之后，在将两个半球壳粘结形成球体。过滤球的球壳4上的通孔41是用于供水流通过以及供螺类通过的通道，通槽42是用于插苦草苗的缝隙。其内部填充的微电解填料、火山岩生物滤料和沸石其可以混合后放入球壳中，也可以不混合依次的放入球壳中，需要注意的是微电解填料、火山岩生物滤料和沸石这些填充物的颗粒尺寸需要大于过滤球球壳上的通孔41尺寸和通槽42尺寸。
苦草苗需要生长到一定高度，以能够用于移植到水中生长。苦草苗优选为矮型苦草品种。此外，苦草苗还可以使用其他沉水植物替代，即根据当前要处理的水域的特性进行替换。
本发明实施例提供的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其插有苦草苗的过滤球通过过滤网兜2吊在悬浮框架1上。这样在初始栽种时，悬浮框架1可以通过过滤网兜2带着过滤球和苦草苗悬在水体中，过滤网兜2和过滤球可以实现多级过滤，即过滤网兜2可以过滤枯枝落叶等大的动植物残体、过滤球的球壳4可以通过截留、吸附及微生物分解等途径去除水体悬浮物、过滤球中的填充物可以通过电化学氧化-还原、物理吸附、絮凝沉淀等途径对胶体悬浮物进行吸附和分解，对可溶性有色有机物进行脱色和降解，对将环状和长链有机物等难降解有机物分解成易生物降解的小分子有机物被微生物或者植物利用，同时絮凝水体中悬浮物、苦草苗可以随着生长而通过过滤拦截、吸附、吸收污染物并净化过滤球填充物未分解的悬浮物；当栽种一定时间后，例如经过一个夏天或者3-4个月后，可降解材质的连接绳3降解断裂，过滤球带着苦草苗落入底泥中，苦草苗随着生长可以进一步的对底泥中营养盐的固定进一步吸收污染物，并于水底形成近似水底森林的美丽景观。
此外，底栖螺类可在过滤球上和内部生存，牧食和滤食吸附的悬浮有机物，并可通过通孔41进入到过滤球的填充物中牧食和滤食吸附的有机物；而过滤球的填充物的多种填料组合，可长时间缓慢释放氧气，为螺类等生物提高充足的氧气。
还有，连接绳3、过滤网兜2、过滤球的球壳4均为可降解材料制造，无需担心产生污染的情况，并且可降解材料的连接绳3也省去了人工下放苦草苗和过滤球的工作，可以节省人工成本。最后，悬浮框架1可以在苦草苗和过滤球一起落入水底后，重复使用，进一步的节省成本。
如图1和图4所示，在具体实施中，其中所述悬浮框架1以矩阵方式排列有多个连接点，多个所述过滤网兜2通过所述连接绳3分别连接在所述连接点上。
具体地，通过将多个过滤网兜2矩阵排列的方式连接在悬浮框架1上，则通过过滤网兜2所悬吊的过滤球和苦草苗也呈矩阵分布，这样将多级拦截净化水体中颗粒物的草坪投放在水中，则由过滤网兜2和过滤球形成的多级过滤结构可以带着苦草苗均匀的分布在水中，提高净化效率，同时当苦草苗落入水底后也可以呈矩阵的分布，使形成的水底景观更美观。
进一步地，可以将相邻两个所述连接点的距离设置为0.4-0.5m，每个所述连接点处连接三个所述过滤网兜2，且连接三个所述过滤网兜2的所述连接绳3长度不同；其中，所述连接绳3的长度为0.5-2m，同一所述连接点的三个所述连接绳3的长度依次相差0.4-0.5m。
具体地，上述的连接点的距离是较为优选的间距，其中在实际设置中可以优选设定间距为0.4m或0.5m。而将每个连接点连接三个过滤网兜2，并设置不同的连接绳3长度，则一个悬浮框架1下方过滤网兜2吊装的过滤球和苦草苗可以矩阵排列的分布与水体的不同深度，例如分布与水体的上、中、下三层位置，此时可以根据水体的实际深度将连接绳3的长度设定在0.5-2m，例如可以是0.5m、1m、1.5m、2m等。这样多级拦截净化水体中颗粒物的草坪在初始种植阶段，可以在水体中形成立体结构的过滤净化结构，可以进一步的提升净化效果和效率。
如图5所示，在具体实施中，其中过滤网兜2展开为矩形网，长度在20-25cm，宽度在15-20cm，所述过滤网兜2的孔径为2-4mm，丝径0.4-0.5mm。
进步一地，所述过滤球的直径为10-15cm；所述过滤球的球壳4的厚度为2-3cm，制造所述过滤球的球壳4材料的孔隙率在80-90％；所述通孔41的直径为1-3cm，所述通孔41的数量为8-10个；所述通槽42为十字形槽，每条边的长度为2-3cm，所述通槽42的数量为10-15个。
具体地，上述的过滤网兜2参数的限定可以保证过滤网兜2能够有效的对水中的碎屑进行过滤，同时避免过滤球从网眼中掉出。而过滤球的球壳4结构尺寸也是实际应用中较佳的尺寸。
在具体实施中，其中所述微电解填料、所述火山岩生物滤料和所述沸石之间的质量比例为1:1:2或者2:2:3。所述过滤球中填充的所述微电解填料、所述火山岩生物滤料和所述沸石占据所述过滤球中部空间的体积80％以上。
所述微电解填料中铁含量为75-80％、碳含量为15-20％其余为杂质，形状为球形，直径为10-20mm，容重为0.9-1.2g/cm3，空隙率大于70％，比表面积大于等于1.2-1.8m2/g；所述火山岩生物滤料的粒径为5-15mm，容重为0.7-0.8g/cm3，孔隙率为70-85％，比表面积为15-30m2/g；所述沸石的密度为1.92g/(cm)3-2.88g/(cm)3，孔隙率50％-60％，粒径为8-16mm。
具体地，微电解填料自身可以产生0.9～1.7V电位差，并形成无数的原电池。微电解填料自身产生的新生态[H]、Fe2+等能将水体中污染物发生氧化还原反应，降低水体中有色可溶性有机物(CDOM),实现降解脱色进而提高水体透明度，同时将环状和长链有机物等难降解有机物分解成易生物降解的小分子有机物被微生物或者植物利用。此外，新生成的Fe2+，以及进一步氧化成Fe3+是良好的絮凝剂，在天然弱碱性的环境下，生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，可进一步吸附污水中的悬浮、胶体态的微小颗粒以及有机高分子有机会，可进一步提高水体透明度，并降低水体中氮、磷、重金属等污染物浓度。火山岩生物滤料则表面粗糙多微孔，带有正电荷，有利于微生物固着生长，亲水性强，附着的生物膜量多且速度快。沸石内部有很多孔径、均匀的管状孔道和内表面积很大的孔穴，因而具有独特的吸附、筛分、交换阴阳离子以及催化性能，另外，沸石可带入少量氧气，例如1千克沸石可以带入200毫升氧气，然后以微泡形式缓慢释放。
如图1-图3所示，在具体实施中，其中优选的在每个所述通槽42中插3-5株所述苦草苗，所述苦草苗的初始插入高度为5-10cm。
如图4所示，在具体实施中，其中所述悬浮框架1可以由若干中空塑料管11、若干直角管接头12、若干三通管接头13、若干四通管接头14组装形成密封中空的框架。
具体地，塑料管和管接头之间的连接可以是螺纹的方式，也可以是热熔的方式，只要保证连接后形成密封的空心框架即可。通过塑料管和管接头连接形成的框架的总长和总宽可以根据当前所要的河道水面宽度而定。
可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，包括：
悬浮框架，用于悬浮在水面；
多个过滤网兜，所述过滤网兜采用可降解材料制造，多个所述过滤网兜通过可降解材质的连接绳间隔的连接在所述悬浮框架上，所述过滤网兜能够阻挡碎屑物进入网兜空间；
多个过滤球，每个所述过滤网兜中均容置一个所述过滤球，所述过滤球的球壳采用亲水性聚氨酯海绵制造，用于过滤水中悬浮物，所述过滤球的球壳上均匀的分布多个通孔和多个通槽，所述过滤球中部填充有预设质量比例的微电解填料、火山岩生物滤料和沸石，用于吸附水中胶体颗粒物；
苦草苗，每个所述通槽中插多株所述苦草苗，所述苦草苗的根部位于所述过滤球壳中；
其中，在种植初期所述多级拦截净化水体中颗粒物的草坪悬浮在水上，在种植后期所述连接绳降解，所述过滤球带着所述苦草苗落入水底泥中。
2.根据权利要求1所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
所述悬浮框架以矩阵方式排列有多个连接点，多个所述过滤网兜通过所述连接绳分别连接在所述连接点上。
3.根据权利要求2所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
相邻两个所述连接点的距离为0.4-0.5m，每个所述连接点处连接三个所述过滤网兜，且连接三个所述过滤网兜的所述连接绳长度不同；
其中，所述连接绳的长度为0.5-2m，同一所述连接点的三个所述连接绳的长度依次相差0.4-0.5m。
4.根据权利要求1所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
过滤网兜展开为矩形网，长度在20-25cm，宽度在15-20cm，所述过滤网兜的孔径为2-4mm，丝径0.4-0.5mm。
5.根据权利要求1所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
所述过滤球的直径为10-15cm；所述过滤球的球壳的厚度为2-3cm，制造所述过滤球的球壳材料的孔隙率在80-90％；
所述通孔的直径为1-3cm，所述通孔的数量为8-10个；
所述通槽为十字形槽，每条边的长度为2-3cm，所述通槽的数量为10-15个。
6.根据权利要求1所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
所述微电解填料、所述火山岩生物滤料和所述沸石之间的质量比例为1:1:2或者2:2:3。
7.根据权利要求1或6所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
所述过滤球中填充的所述微电解填料、所述火山岩生物滤料和所述沸石占据所述过滤球中部空间的体积80％以上。
8.根据权利要求1或6所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
所述微电解填料中铁含量为75-80％、碳含量为15-20％，其余为杂质，形状为球形，直径为10-20mm，容重为0.9-1.2g/cm3，空隙率大于70％，比表面积大于等于1.2-1.8m2/g；
所述火山岩生物滤料的粒径为5-15mm，容重为0.7-0.8g/cm3，孔隙率为70-85％，比表面积为15-30m2/g；
所述沸石的密度为1.92g/cm3-2.88g/cm3，孔隙率50％-60％，粒径为8-16mm。
9.根据权利要求1所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
所述苦草苗为矮型苦草；
每个所述通槽中插3-5株所述苦草苗，所述苦草苗的初始插入高度为5-10cm。
10.根据权利要求1所述的多级拦截净化水体中颗粒物的草坪，其特征在于，
所述悬浮框架由若干中空塑料管、若干直角管接头、若干三通管接头、若干四通管接头组装形成密封中空的框架。
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