CN114731940A - 一种用于水环境修复的水生植物培养装置及培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水环境修复的水生植物培养装置及培养方法，装置包括培养架、培养箱、水循环组件、水质净化组件、光照灯管和PLC控制器；培育箱设在培养架上，水循环组件包括储水箱、循环泵、进水总管、排水总管和液位控制管，排水总管、储水箱、循环泵、进水总管依次连接，进水总管上设有进水支管，液位控制管与排水总管连接；水质净化组件包括过滤棉、过滤石、过滤板和紫外线杀菌管，过滤棉、过滤石设和过滤板均设在储水箱内，紫外线杀菌管设在循环泵与储水箱连接处，光照灯管设在培养架内部，PLC控制器与各用电设备电性连接；本发明装置结构设计合理，整个培养体系处于径流状态，极大改善了水生植物的生长环境，适宜推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及水环境修复治理技术领域，具体涉及一种用于水环境修复的水生植物培养装置及培养方法。
背景技术
随着社会经济的高速发展和城镇化进程的加快，城市和部分农村水体受到一定的污染，部分湖泊、河流出现重度或轻度富营养化，水质下降，景观破坏，丧失了原有的生态环境功能。而水生植物的育苗和种植是构建江河湖库生态系统的最重要环节，水生植物进行光合作用时，能吸收环境中的二氧化碳、放出氧气，在固碳释氧的同时，水生植物还会吸收水体中许多有害元素，如氮、磷，重金属及有机污染物，从而消除污染，净化水质，改善水体质量，恢复水体生态功能。常见的水生植物如浮萍，狐尾藻等可用于水体污染的指示生物。
然而，目前水生植物大多为户外养殖，但已经有很多水生植物用于试验生物，作为评估一些污染物的重要指标：如农用化学品，重金属等。但是，现有的水生植物培养方式主要为细胞培养或者静态培养，但在实际养殖过程中发现，细胞无菌培养的环境较好，但体量较小，不能满足大批试验的需求。静态水箱培养容易滋生绿藻，丝状藻，青苔等其他藻类，不利于水生植物的生长。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种用于水环境修复的水生植物培养装置及培养方法。
本发明的技术方案为：一种用于水环境修复的水生植物培养装置，包括培养架、培养箱、水循环组件、水质净化组件、光照灯管和PLC控制器；培养架底部设置有底座，培养架内部设置有数个隔板，培育箱设置有数个，数个培育箱均匀分布在各个隔板上；
水循环组件包括储水箱、循环泵、进水总管、排水总管和液位控制管；储水箱和循环泵均设置在底座上，且循环泵的进水端通过导管与储水箱连接，进水总管的数量与隔板的数量对应一致，各个进水总管水平固定设置在培养架上，且位于各个隔板上方，各个进水总管上均设置有与每一个隔板上培育箱数量对应一致的进水支管；各个进水总管依次通过第一立管连接，且第一立管与循环泵的出水端连接；排水总管的数量与进水总管的数量对应一致，各个排水总管水平固定设置在培养架上，且位于各个隔板上方，各个排水总管依次通过第二立管连接，第二立管与储水箱连接；液位控制管的数量与培育箱的数量对应一致，各个液位控制管分别固定设置在培育箱的侧壁上，且分别与位置对应处的排水总管连接；
水质净化组件包括过滤棉、过滤石、过滤板和紫外线杀菌管，储水箱内部竖直设置有第一挡板，第一挡板靠近储水箱内底部的一侧设置有过水槽，第一挡板与储水箱的内壁之间水平设置有第二挡板，第二挡板上均匀分布有数个通孔，过滤棉设置在第二挡板上方，过滤石设置在第二挡板下方，过滤板倾斜设置在储水箱内部远离第二挡板的一侧，过滤板上设置过滤网；紫外线杀菌管设置在循环泵与储水箱连接处，且与底座固定连接；
光照灯管的数量与隔板的数量对应一致，各个光照灯管分别设置在各个隔板上方，且分别与培养架固定连接；
PLC控制器分别与循环泵、紫外线杀菌管和光照灯管电性连接。
进一步地，各个进水支管上均设置有第一电控阀，各个第一电控阀分别与PLC控制器电性连接；通过设置第一电控阀，有利于对各个培育箱内部水生植物单独进行培育。
进一步地，储水箱内部，且远离过滤板的一侧滑动卡接有浮球和位置传感器，位置传感器与PLC控制器电性连接；利用浮球和液位传感器便于对储水箱控制循环泵的启动和停止，从而便于对各个培育箱内部水位进行动态调控。
进一步地，各个液位控制管上均活动套设有伸缩调节管，通过设置伸缩调节管，便于根据不同水生植物生长习性，调节培育箱内部最大储水量，从而保证水生植物的正常生长。
进一步地，各个培育箱内部均活动设置有定植板，各个定植板上均设置有数个定植孔，通过设置定值板和定植孔，便于对同一培育箱内部水生植物的间距进行限位，避免植物间相互干扰而影响生长。
进一步地，各个定植孔内部均活动卡接有数个弹性限位块，定植板下端，且与各个定植孔位置对应处均设置有限位网筒，通过设置弹性限位块和限位网筒，能够避免水生植物在自身重力作用下下沉至培育箱底部而腐烂，同时能够避免各水生植物各系之间相互缠绕。
进一步地，底座上，且位于培养架的两侧均设置有调节电机，两个调节电机的输出轴上均设置有升降丝杠，升降丝杠与培养架的侧壁转动卡接；培养架内部，且位于各个隔板上方，滑动卡接有与隔板数量对应一致的调节板，各个调节板分别与位置对应处的定植板通过拉杆连接，各个调节板的两端分别与两个升降丝杠螺纹连接；调节电机与PLC控制器电性连接；利用调节电机和升降丝杠能够对各个调节板的高度进行调节，从而实现各个定植板的同步调节，从而使得本发明能够根据水生植物的生长状况调节水生植物根系与空气的接触量，从而避免植物根系腐烂而影响植物的速率。
进一步地，各个培育箱的侧壁靠下位置均设置有排水支管，各个排水至管上均设置有第二电控阀，各个第二电控阀分别与PLC控制器电性连接；位于同一水平面上的各个排水支管之间通过废水管连接，通过设置排水支管和废水管，便于对各个培育箱内部培养液进行定期更换。
进一步地，光照灯管波长为400～700nm，光强强度为8000～11800Lux；通过控制光照灯管的波长和光照强度，有利于促进水生植物的光合作用，提高生长速率。
本发明还提供了一种用于水环境修复的水生植物培养方法，包括以下步骤：
S1、将装置各用电设备与外部电源连接；
S2、向储水箱内部注入培养液，然后向各个培养箱种植水生植物；通过PLC控制器控制各个光照灯管启动；
S3、通过PLC控制器控制循环泵启动，利用循环泵将培养液通过第一立管泵向各个进水总管，然后通过各个进水支管注入各个培养箱中；
S4、当各个培养箱内部培养液高度超过液位控制管设定高度时，PLC控制器控制循环泵关闭，培养液依次通过液位控制管、排水总管和第二立管进入储水箱中，利用过滤棉、过滤石和过滤板依次对排出的培养液进行净化处理；
S5、储水箱内部液面上升后，PLC控制器控制循环泵、紫外线杀菌管开启，净化后的培养液通过紫外线杀菌管杀菌处理后，再次通过第一立管、进水总管和进水支管进入培养箱中；
S6、重复步骤S4、S5，使装置保持径流状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：
第一、本发明的装置结构设计合理，改进传统静态养殖方式，设计流水式生态养殖系统，模拟河流，池塘水体流动体系，增加水质净化系统，使整个培养体系处于一个径流的状态，改善了水生植物的生长环境，促进了水生植物的生长速率，为水体生态功能的恢复奠定了基础；
第二、本发明通过水循环组件实现了培养箱内培养液的径流状态，可有效减少根系的腐烂现象，同时可节省培养液，适宜实验室推广应用；同时，本发明的培养架内设置有多个培养箱，能够实现不同品种水生植物的培养，极大的简化了培育工作，提高了工作效率；
第三、本发明通过液位控制管对各个培养箱内部培养液的高度进行调节，避免了植物根系长期浸泡在水中造成的根部吸水过多而溃烂现象，使得水生植物能够长期保持正常生长。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的右视图；
图3是本发明的培养箱的内部结构示意图；
图4是本发明的定植板与培养箱的连接示意图；
图5是本发明的调节板与培养箱的连接示意图；
图6是本发明的储水箱与紫外线杀菌管、循环泵的连接示意图；
其中，1-培养架、10-底座、11-隔板、2-培养箱、20-定植板、200-定植孔、201-弹性限位块、202-限位网筒、21-排水支管、22-废水管、3-水循环组件、30-储水箱、300-第一挡板、301-过水槽、302-第二挡板、31-循环泵、32-进水总管、320-进水支管、33-排水总管、34-液位控制管、340-伸缩调节管、35-第一立管、36-第二立管、37-浮球、4-水质净化组件、40-过滤棉、41-过滤石、42-过滤板、420-过滤网、43-紫外线杀菌管、5-光照灯管、6-调节电机、60-升降丝杠、61-调节板、62-拉杆。
具体实施方式
实施例1
如图1、2所示的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，包括培养架1、培养箱2、水循环组件3、水质净化组件4、光照灯管5和PLC控制器；培养架1底部设置有底座10，培养架1内部设置有3个隔板11，培育箱2设置有15个，15个培育箱2均匀分布在3个隔板11上；
如图1、5所示，水循环组件3包括储水箱30、循环泵31、进水总管32、排水总管33和液位控制管34；储水箱30和循环泵31均设置在底座10上，且循环泵31的进水端通过导管与储水箱30连接，进水总管32的数量与隔板11的数量对应一致，各个进水总管32水平固定设置在培养架1上，且位于各个隔板11上方，各个进水总管32上均设置有与每一个隔板11上培育箱2数量对应一致的进水支管320；各个进水总管32依次通过第一立管35连接，且第一立管35与循环泵31的出水端连接；排水总管33的数量与进水总管32的数量对应一致，各个排水总管33水平固定设置在培养架1上，且位于各个隔板11上方，各个排水总管33依次通过第二立管36连接，第二立管36与储水箱30连接；液位控制管34的数量与培育箱2的数量对应一致，各个液位控制管34分别固定设置在培育箱2的侧壁上，且分别与位置对应处的排水总管33连接；
如图1、2、6所示，水质净化组件4包括过滤棉40、过滤石41、过滤板42和紫外线杀菌管43，储水箱30内部竖直设置有第一挡板300，第一挡板300靠近储水箱30内底部的一侧设置有过水槽301，第一挡板300与储水箱30的内壁之间水平设置有第二挡板302，第二挡板302上均匀分布有数个通孔，过滤棉40设置在第二挡板302上方，过滤石41设置在第二挡板302下方，过滤板42倾斜设置在储水箱30内部远离第二挡板302的一侧，过滤板42上设置过滤网420；紫外线杀菌管43设置在循环泵31与储水箱30连接处，且与底座10固定连接；
如图1、2所示，光照灯管5的数量与隔板11的数量对应一致，各个光照灯管5分别设置在各个隔板11上方，且分别与培养架1固定连接；
PLC控制器分别与循环泵31、紫外线杀菌管43和光照灯管5电性连接，PLC控制器、循环泵31、紫外线杀菌管43和光照灯管5均为市售产品。
实施例2
本实施例记载的实施例1的一种用于水环境修复的水生植物培养装置的培养方法，包括以下步骤：
S1、将装置各用电设备与外部电源连接；
S2、向储水箱30内部注入培养液，然后向各个培养箱2种植水生植物；通过PLC控制器控制各个光照灯管5启动；
S3、通过PLC控制器控制循环泵31启动，利用循环泵31将培养液通过第一立管35泵向各个进水总管32，然后通过各个进水支管320注入各个培养箱2中；
S4、当各个培养箱2内部培养液高度超过液位控制管34设定高度时，PLC控制器控制循环泵31关闭，培养液依次通过液位控制管34、排水总管33和第二立管36进入储水箱30中，利用过滤棉40、过滤石41和过滤板42依次对排出的培养液进行净化处理；
S5、储水箱30内部液面上升后，PLC控制器控制循环泵31、紫外线杀菌管43开启，净化后的培养液通过紫外线杀菌管43杀菌处理后，再次通过第一立管35、进水总管32和进水支管320进入培养箱2中；
S6、重复步骤S4、S5，使装置保持径流状态。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：
如图1所示，各个进水支管320上均设置有第一电控阀，各个第一电控阀分别与PLC控制器电性连接；通过设置第一电控阀，有利于对各个培育箱2内部水生植物单独进行培育；光照灯管5波长为400nm，光强强度为8000Lux；通过控制光照灯管5的波长和光照强度，有利于促进水生植物的光合作用，提高生长速率。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于：
如图1所示，各个进水支管320上均设置有第一电控阀，各个第一电控阀分别与PLC控制器电性连接，第一电控阀为市售产品；通过设置第一电控阀，有利于对各个培育箱2内部水生植物单独进行培育；光照灯管5波长为700nm，光强强度为11800Lux；通过控制光照灯管5的波长和光照强度，有利于促进水生植物的光合作用，提高生长速率。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于：
如图1所示，储水箱30内部，且远离过滤板42的一侧滑动卡接有浮球37和位置传感器，位置传感器与PLC控制器电性连接，位置传感器为市售产品。
实施例6
本实施例记载的实施例5的一种用于水环境修复的水生植物培养装置的培养方法，与实施例2不同之处在于：
步骤S5中，储水箱30内部液面上升过程中，浮球37同步上升；当浮球37接触位置传感器时，PLC控制器控制循环泵31、紫外线杀菌管43开启。
实施例7
本实施例与实施例1不同之处在于：
如图3所示，各个液位控制管34上均活动套设有伸缩调节管340。
实施例8
本实施例记载的实施例7的一种用于水环境修复的水生植物培养装置的培养方法，与实施例2不同之处在于：
步骤S2完成后，根据各个培养箱2内部水生植物的生长习性，调节伸缩调节管340的高度。
实施例9
本实施例与实施例1不同之处在于：
如图2、3、4所示，各个培育箱2内部均活动设置有定植板20，各个定植板20上均设置有数个定植孔200；各个定植孔200内部均活动卡接有4个弹性限位块201，定植板20下端，且与各个定植孔200位置对应处均设置有限位网筒202。
实施例10
本实施例记载的实施例9的一种用于水环境修复的水生植物培养装置的培养方法，与实施例2不同之处在于：
步骤S2中，将水生植物种植在各个定植板20的定植孔200内，并利用弹性限位块201对水生植物茎秆进行限位固定。
实施例11
本实施例与实施例1不同之处在于：
如图1、5所示，底座10上，且位于培养架1的两侧均设置有调节电机6，两个调节电机6的输出轴上均设置有升降丝杠60，升降丝杠60与培养架1的侧壁转动卡接；培养架1内部，且位于各个隔板11上方，滑动卡接有与隔板11数量对应一致的调节板61，各个调节板61分别与位置对应处的定植板20通过拉杆62连接，各个调节板61的两端分别与两个升降丝杠60螺纹连接；调节电机6与PLC控制器电性连接，调节电机6为市售产品。
实施例12
本实时记载的是实施例11的一种用于水环境修复的水生植物培养装置的培养方法，与实施例2不同之处在于，还包括S7：
S7、根据水生植物的生长状况，利用PLC控制器控制调节电机6启动，从而利用升降丝杠60对各个调节板61的高度进行调节，从而实现各个定植板20的同步调节。
实施例13
本实施例与实施例1不同之处在于；
如图5所示，各个培育箱2的侧壁靠下位置均设置有排水支管21，各个排水至管21上均设置有第二电控阀，各个第二电控阀分别与PLC控制器电性连接，第二电控阀为市售产品；位于同一水平面上的各个排水支管21之间通过废水管22连接。
实施例14
本实施例记载的实施例13的一种用于水环境修复的水生植物培养装置的培养方法，与实施例2不同之处在于，还包括S8：
S8、当装置运行一段时间后，利用PLC控制器控制循环泵31、紫外线杀菌管43关闭，同时控制各个第二电控阀开启，对培育箱2内部培养液进行更换。
Claims (10)
1.一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，包括培养架(1)、培养箱(2)、水循环组件(3)、水质净化组件(4)、光照灯管(5)和PLC控制器；所述培养架(1)底部设置有底座(10)，培养架(1)内部设置有数个隔板(11)，所述培育箱(2)设置有数个，数个培育箱(2)均匀分布在各个隔板(11)上；
所述水循环组件(3)包括储水箱(30)、循环泵(31)、进水总管(32)、排水总管(33)和液位控制管(34)；所述储水箱(30)和循环泵(31)均设置在底座(10)上，且循环泵(31)的进水端通过导管与储水箱(30)连接，所述进水总管(32)的数量与隔板(11)的数量对应一致，各个进水总管(32)水平固定设置在培养架(1)上，且位于各个隔板(11)上方，各个进水总管(32)上均设置有与每一个隔板(11)上培育箱(2)数量对应一致的进水支管(320)；各个进水总管(32)依次通过第一立管(35)连接，且所述第一立管(35)与循环泵(31)的出水端连接；所述排水总管(33)的数量与进水总管(32)的数量对应一致，各个排水总管(33)水平固定设置在培养架(1)上，且位于各个隔板(11)上方，各个排水总管(33)依次通过第二立管(36)连接，所述第二立管(36)与储水箱(30)连接；所述液位控制管(34)的数量与培育箱(2)的数量对应一致，各个液位控制管(34)分别固定设置在培育箱(2)的侧壁上，且分别与位置对应处的排水总管(33)连接；
所述水质净化组件(4)包括过滤棉(40)、过滤石(41)、过滤板(42)和紫外线杀菌管(43)，所述储水箱(30)内部竖直设置有第一挡板(300)，所述第一挡板(300)靠近储水箱(30)内底部的一侧设置有过水槽(301)，第一挡板(300)与储水箱(30)的内壁之间水平设置有第二挡板(302)，所述第二挡板(302)上均匀分布有数个通孔，所述过滤棉(40)设置在第二挡板(302)上方，所述过滤石(41)设置在第二挡板(302)下方，所述过滤板(42)倾斜设置在储水箱(30)内部远离第二挡板(302)的一侧，过滤板(42)上设置过滤网(420)；所述紫外线杀菌管(43)设置在循环泵(31)与储水箱(30)连接处，且与底座(10)固定连接；
所述光照灯管(5)的数量与隔板(11)的数量对应一致，各个光照灯管(5)分别设置在各个隔板(11)上方，且分别与培养架(1)固定连接；
所述PLC控制器分别与循环泵(31)、紫外线杀菌管(43)和光照灯管(5)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，各个所述进水支管(320)上均设置有第一电控阀，各个所述第一电控阀分别与PLC控制器电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，所述储水箱(30)内部，且远离过滤板(42)的一侧滑动卡接有浮球(37)和位置传感器，所述位置传感器与PLC控制器电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，各个所述液位控制管(34)上均活动套设有伸缩调节管(340)。
5.根据权利要求1所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，各个培育箱(2)内部均活动设置有定植板(20)，各个所述定植板(20)上均设置有数个定植孔(200)。
6.根据权利要求5所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，各个所述定植孔(200)内部均活动卡接有数个弹性限位块(201)，定植板(20)下端，且与各个定植孔(200)位置对应处均设置有限位网筒(202)。
7.根据权利要求5所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，所述底座(10)上，且位于培养架(1)的两侧均设置有调节电机(6)，两个所述调节电机(6)的输出轴上均设置有升降丝杠(60)，所述升降丝杠(60)与培养架(1)的侧壁转动卡接；培养架(1)内部，且位于各个隔板(11)上方，滑动卡接有与隔板(11)数量对应一致的调节板(61)，各个调节板(61)分别与位置对应处的定植板(20)通过拉杆(62)连接，各个调节板(61)的两端分别与两个升降丝杠(60)螺纹连接，调节电机(6)与PLC控制器电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，各个所述培育箱(2)的侧壁靠下位置均设置有排水支管(21)，各个所述排水至管(21)上均设置有第二电控阀，各个所述第二电控阀分别与PLC控制器电性连接；位于同一水平面上的各个排水支管(21)之间通过废水管(22)连接。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种用于水环境修复的水生植物培养方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将装置各用电设备与外部电源连接；
S2、向储水箱(30)内部注入培养液，然后向各个培养箱(2)种植水生植物；通过PLC控制器控制各个光照灯管(5)启动；
S3、通过PLC控制器控制循环泵(31)启动，利用循环泵(31)将培养液通过第一立管(35)泵向各个进水总管(32)，然后通过各个进水支管(320)注入各个培养箱(2)中；
S4、当各个培养箱(2)内部培养液高度超过液位控制管(34)设定高度时，PLC控制器控制循环泵(31)关闭，培养液依次通过液位控制管(34)、排水总管(33)和第二立管(36)进入储水箱(30)中，利用过滤棉(40)、过滤石(41)和过滤板(42)依次对排出的培养液进行净化处理；
S5、储水箱(30)内部液面上升后，PLC控制器控制循环泵(31)、紫外线杀菌管(43)开启，净化后的培养液通过紫外线杀菌管(43)杀菌处理后，再次通过第一立管(35)、进水总管(32)和进水支管(320)进入培养箱(2)中；
S6、重复步骤S4、S5，使装置保持径流状态。
10.根据权利要求1所述的一种用于水环境修复的水生植物培养装置，其特征在于，所述液位控制管(34)为伸缩结构。
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