一种用于砾间接触氧化的植物种植装置的制作方法

本实用新型涉及植物种植技术领域，特别是涉及一种用于砾间接触氧化的植物种植装置。

背景技术：

砾间接触氧化工艺的实质是对天然河床中生长在砾石表面生物膜的一种人为模仿和工程强化技术。河流具有自净功能。当河水流经水浅处时，因水流相对速度较快，产生自然曝气现象，河水中溶氧增加；当流经水深处时，河水中的悬浮物因流速减缓而产生沉淀；河床上的天然砾石可以吸附、过滤污染物，同时砾石间附着生长的微生物可以降解污染物；当降雨河川流量增加时，丰沛的水量可产生冲刷及稀释的作用将砾石间污泥带出，使河川再度恢复原有的自净能力。

砾间接触氧化技术的大规模工程化开发始于20世纪70年代，由于对污水尤其是低污染水的处理效果显著，自80年代起该技术在东亚的日本、韩国和台湾等国家和地区得到了大量的工程应用，并获得了令人满意的水质净化效果和环境效益。我国台湾地区的一些工程实例显示，设计、施工和运行得当的砾间对于主要污染物的削减成效显著，例如其中bod5、ss和nh4+-n的平均去除率分别可达85％，90％和95％以上。也有研究指出，在常规水质条件下，砾间净化的cod去除率高于75％。

但是，经典砾间工艺对tn和tp的去除率较低，tn是总氮，指水体中所有含氮化合物中的氮的总和；tp是总磷，就是水体中磷元素的总含量。为增强砾间接触氧化工艺对tn和tp的去除效率，相关研究开始考虑将砾间接触氧化工艺与其他污水净化工艺—如土壤过滤、人工湿地等的结合。其中，植物利用生物富集作用对污水中tn、tp乃至一些重金属污染物的净化作用十分切合改进砾间接触氧化工艺的需要。因此，如何在砾石床结构中为植物创造有效的附着空间，提高植物在砾间氧化工艺结构中的成活率，也成为了相关研究的重点之一。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种用于砾间接触氧化的植物种植装置，能够将植物吸收、砾间接触氧化以及人工湿地建设等技术有效结合，提高植物在砾间氧化工艺结构中的成活率。

为达到上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于砾间接触氧化的植物种植装置，包括：

种植模块，所述种植模块为中空管状结构，所述种植模块上设置有多组穿孔，每组穿孔设置在同一竖直面上；所述种植模块内设置有种植土；

砾石床模块，所述砾石床模块包括砾石床本体、进水管和出水管；所述种植模块设置在所述砾石床本体上，所述砾石床本体自上而下依次包括第一砾石层和第二砾石层，所述第一砾石层和第二砾石层的填料为砾石，所述第一砾石层的填料粒径大于所述第二砾石层的填料粒径；所述进水管连接在所述第二砾石层上，所述出水管连接在所述第一砾石层上；及

曝气模块，所述曝气模块设置在所述第一砾石层和第二砾石层之间，所述曝气模块的曝气孔为开口向上设置。

优选的，每组穿孔包括第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔设置在所述种植模块的竖直轴线上，所述第二通孔和第三通孔以与所述种植模块的竖直轴线为中心轴对称设置。

优选的，所述第二通孔和第三通孔与所述种植模块的竖直轴线之间的夹角为120°～150°。

优选的，每组穿孔之间的距离为15cm～25cm。

优选的，所述种植模块并排均匀设置在所述砾石床本体上，相邻种植模块之间的距离为30cm～50cm。

优选的，所述曝气模块的曝气时间为4h，相邻两次的曝气时间间隔8h。

优选的，所述曝气模块包括曝气器本体和膜片，所述曝气器本体为中空结构所述膜片设置在所述曝气器本体的外侧，所述曝气孔设置在所述膜片上；所述曝气器本体的底部设有进气端，所述曝气器本体在圆周方向上设置有凹槽，所述凹槽位于所述曝气器本体靠近进气端的一侧，所述凹槽上设置有出气端，所述出气端通过支管与所述进气端连接。

优选的，所述膜片通过卡箍连接在所述曝气器本体上。

优选的，所述曝气模块还包括防护罩，所述防护罩覆盖在所述膜片的外侧，所述防护罩设置为米字形。

优选的，所述防护罩与所述曝气器本体一体成型。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列有益效果：

(1)提供了一种用于砾间接触氧化的植物种植装置，将植物吸收、砾间接触氧化以及人工湿地建设等技术有效结合，提高植物在砾间氧化工艺结构中的成活，最大限度的在有限空间内提高水质净化效果，实现生物多样性保护以及提高景观建设的可行性。

(2)采用多向穿孔的种植模块内装载种植土的方式作为砾间接触氧化工艺当中的植被培育基，对比直接在砾石床上种植植物的方式，有效的保证了植被着床初期的营养物质获取和物理附着稳固性，提高了植物成活率。

(3)在垂直布水向采用双层填料布置方式，营造出一个上层好氧下层厌氧的环境，增强整个系统的有机物去除效率和硝化反应效率。

附图说明

图1是本实用新型一种用于砾间接触氧化的植物种植装置的示意图。

图2是本实用新型一种用于砾间接触氧化的植物种植装置另一方向的示意图。

图3是本实用新型一种用于砾间接触氧化的植物种植装置中种植模块的示意图。

图4是本实用新型一种用于砾间接触氧化的植物种植装置中曝气模块的示意图。

图5是本实用新型一种用于砾间接触氧化的植物种植装置中曝气模块的仰视图。

附图标记说明：种植模块1、砾石床模块2、砾石床本体21、第一砾石层211、第二砾石层212、进水管22、出水管23、曝气模块3、曝气器本体31、膜片32、出气端33、进气端34、支管35、卡箍36。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅附图，一种用于砾间接触氧化的植物种植装置，包括：种植模块1、砾石床模块2和曝气模块3。种植模块1为中空管状结构，种植模块1的材质可以选用pvc。pvc管管径为20cm，管长为1m。

种植模块1上设置有多组穿孔，每组穿孔设置在同一竖直面上，每组穿孔为多向穿孔。每组穿孔之间的距离为15cm～25cm，这样一个种植模块1上可以设置有多组穿孔，加强种植模块1内外的连通。穿孔从距离pvc管管端10cm开始布设，若管向孔距为20cm，以100cm的pvc管为例，分别在离管端10cm、30cm、50cm、70cm和90cm处布设总计5组穿孔。

每组穿孔包括第一通孔、第二通孔和第三通孔，通孔的孔径可以设置为5cm。即三向穿孔，第一通孔设置在种植模块1的竖直轴线上，第二通孔和第三通孔以与种植模块1的竖直轴线为中心轴对称设置。多向穿孔，使得pvc管内的种植土能够均匀汲取水分，同时利用利用下方穿孔管的方向约束，使植物根系能尽量均匀向下延伸，从而能更有效的吸收砾石床体孔隙当中的水体污染物，提高水质净化效果。

可以优选的将第二通孔和第三通孔与种植模块1的竖直轴线之间的夹角设置为120°～150°。例如，以垂直向上为0°，顺时针增加度数计，三孔朝向分别为0°、150°和210°。

种植模块1内设置有种植土，种植土上种植有植物。该装置布置在模块化砾石床结构表层，种植模块1半埋进表层砾石当中，两端固定在砾石床模块2外壁。植物种植在管内种植土当中，植物从种植模块1上方的穿孔中生长而出，植物根系从下方的两孔延伸而出进入砾石床模块2当中。砾石床模块2中的水通过种植模块1下方两孔进入种植土当中供给植物生长所需。

砾石床模块2可以设置为小型模块，具体规格可以为1m*1m*0.8m。砾石床模块2包括砾石床本体21、进水管22和出水管23。种植模块1并排均匀设置在砾石床本体21上，相邻种植模块1之间的距离为30cm～50cm。每一砾石床模块2表层布设两根pvc管，平行布置，布设于距离砾石床模块2同一侧外壁25cm和75cm处。

砾石床本体21自上而下依次包括第一砾石层211和第二砾石层212，第一砾石层211和第二砾石层212的填料为砾石，第一砾石层211的填料粒径大于第二砾石层212的填料粒径。砾石床本体21的砾石填料分上下两层，第一砾石层211厚50cm，填充填料为10-20cm粒径砾石；第二砾石层212厚30cm，填充填料为5-10cm粒径砾石。

进水管22连接在第二砾石层212上，出水管23连接在第一砾石层211上，即砾石床模块2底部进水，上部出水。

曝气模块3设置在第一砾石层211和第二砾石层212之间，曝气模块3的曝气孔为开口向上设置。曝气模块3采用间歇性曝气方式对砾石床上层填料空间进行曝气充氧。曝气模块3的曝气时间为4h，相邻两次的曝气时间间隔8h，也就是曝气-间隔时间设定为4h-8h，每天两个完整周期。

曝气模块3的具体结构为包括曝气器本体31和膜片32，膜片32设置在曝气器本体31的外侧，膜片32通过卡箍36连接在曝气器本体31上，曝气孔设置在膜片32上。曝气器本体31的底部设有进气端34，曝气器本体31在圆周方向上设置有凹槽，凹槽位于曝气器本体31靠近进气端34的一侧，凹槽上设置有出气端33，出气端33通过支管35与进气端34连接。

曝气模块3为立式结构，由于曝气器本体31为中空结构，当系统停机后，污泥不会落至膜片32表面，不会阻塞膜片32上的曝气孔，从而使整个曝气孔曝气装置使用寿命延长；当再次启动鼓风机供气时阻力也减小，减少了供气压力，节能环保。立式结构使得整个膜片32的面积增大，同等条件下相比，曝气孔的数量大大增多，相同单位面积下氧的转移效率与服务面积大大增加。

曝气模块3还包括防护罩，防护罩覆盖在膜片32的外侧，防护罩设置为米字形。防护罩与曝气器本体31一体成型。当向污水鼓入空气时，因防护罩的重力作用，可以有效地避免膜片32发生变形向外鼓起而引起曝气孔出现变形，从而防止了曝气孔变形到一定程度引起膜片32撕裂或脱落，满足了使用者的使用需求，同时由于防护罩呈米字形可以有助于提高该抗裂曝气孔曝气装置的结构稳定性。

本实用新型采用三向穿孔pvc管装载种植土的方式作为砾间接触氧化工艺当中的植被培育基，对比直接在砾石床上种植植物的方式，有效的保证了植被着床初期的营养物质获取和物理附着稳固性，提高了植物成活率。同时利用下方穿孔管的方向约束，使植物根系能尽量向下延伸，从而能更有效的吸收砾石床体孔隙当中的水体污染物，提高水质净化效果。

在垂直布水向采用双层填料布置方式，下层采用细粒径填料，砾间孔隙小，从而能营造出一个相对厌氧的环境，使污水在进入整个工艺后存在一段适合反硝化反应的环境条件，更有效的脱氮除磷。砾石床上部布置粗粒径填料，砾间孔隙度大，同时在粗粒径填料层下方布置有微孔曝气装置进行曝气充氧，从而在床体上部创造出好氧的环境条件，有利于好氧微生物附着生长，进而增强整个系统的有机物去除效率和硝化反应效率。

通过微孔曝气对砾石床上层的曝气采用了4h-8h的曝气-间隔周期，有效的形成了上层填料空间当中的缺氧-好氧环境条件循环，增强了整个系统的脱氮除磷效果。

以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。