一种可移动式水培植物浮床装置的制作方法

本实用新型涉及生态浮床，尤其是涉及一种可移动式水培植物浮床装置。

背景技术：

生态浮床是人工浮岛的一种，它是通过种植可水培且对于水体中氮磷有良好吸收效果的植物降解水中的氮、磷等，使水质得到改善。

近年来，随着生活质量的提高，城市化进程和工业的高速发展导致水污染问题加剧，各类化学药剂的使用、放养过量、设施水平较低使得水体富营养化进程日趋加快，而废水的未达标排放已严重影响到水体的自身调节功能，使水生态系统失衡。研究表明，由于氮磷等营养元素大量排入水体并在其中不断积累，从而引起部分藻类和水生生物过度繁殖，进而造成水体富营养化。此状态一旦形成即使切断外界一切营养物质来源水体也很难自净恢复，因此，也称之为“生态癌症”。

为使水体富营养化得到有效治理，并且美化水体，市面上出现了多种净化装置。但大部分对污染物的去除效果缓慢甚至收效甚微，其主要原因在于选择植物有限、装置难固定、后期难维护等，并且对污染物去除种类单一，其次，装置材料不够环保、长期运行不稳定，容易产生水体二次污染的问题。因此，这些装置下的水体污染治理也只能是治标不治本。

传统的治理方法主要采用生态浮床来解决，普通生态浮床一般包括浮床框架、植物种植框、水下固定装置和水生植物四个部分。但其浮床局限于水中固定使之为局部处理，治理速度缓慢；浮力有限，可选种的植物有限，无法防止植物根系被鱼类啃食等。如果长期使用，装置在水中氧化、植物腐烂、死亡后，装置的后期维护慢、净化能力减弱。目前，学者对于新型生态浮床做了相应研究，李为等(李为,李钟杰,张堂林,刘家寿,王英雄,王元国,苑晶.一种环境友好型的池塘鳖-菜-稻复合高效种养方法[p].中国科学院水生生物研究所,2016)结合鳌、水生蔬菜和水稻的营养生理和环境适应性特征研究了复合型养殖处理模式，谢永东等(谢永东,唐懿,刘继,王力明,刘力金.一种水培蔬菜浮床[p].四川农业大学,2017)对水培蔬菜浮床生物寄居槽、漂浮球等进行了研究，均为新型生态浮床对氮磷的去除提供了理论依据。

室外水面种植蔬菜技术是在蔬菜无土栽培技术和水生植物治理水体富营养技术的基础上发展起来的，是新兴的水体立体循环生态种养技术模式，典型的循环农业技术。近年来，纯天然、无污染的水生蔬菜产品成为风靡全球的环保食品，在国内外大中城市供应不求，价格高、生产收益好，其净化水质的作用对水体富营养化治理作用巨大(wen-huaiwang,yiwang,zhili,cun-zhiwei,jing-chanzhao,lu-qinsun.effectofastrengthenedecologicalfloatingbedonthepurificationofurbanlandscapewatersuppliedwithreclaimedwater[j].scienceofthetotalenvironment,2018,622-623)。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的上述技术难题，提供装置维护方便、成本低、防撞、抗风浪能力强，可解决水生动物啃食水培植物根部等问题的一种可移动式水培植物浮床装置。

本实用新型设有浮床床体、床体框架、防撞条、连接装置、植物种植筐、可拆卸根部保护框和浮料球；

所述床体框架是由六个连接杆连接构成六边形框，浮床床体位于床体框架内部，浮床床体由小孔径网构成；浮床床体上设有床体开盖；防撞条分别设在六边形床体框架的各个侧边，用于缓冲减震且具有一定浮力；连接装置共设六组，每一组连接装置包括一个凹型主套筒和一个凸型辅套筒，凹型主套筒与凸型辅套筒的侧壁均竖直贯穿形成开口结构，凹型主套筒与凸型辅套筒插接配合锁定，六组连接装置分别设在床体开盖的六个侧边；所述连接装置用于多个浮床床体的连接，连接后的相邻浮床的上表面位于同一水平面内；植物种植筐为小孔径网构成的独立椎体，植物种植筐与床体开盖相连并内嵌于浮床床体；所述植物种植筐用于为植物做支撑且让植物有生长空隙不至于在水中随意漂浮；相邻植物种植筐之间设有孔隙；浮料球内置于浮床床体内，可根据浮床与植物整体重量增减数量；可拆卸根部保护框为网格结构，可拆卸根部保护框与床体框架底部相连，用于防止水生动物啃食植物根部同时承载植物种植筐和浮料球。

所述防撞条为空心圆柱防撞条，防撞条上设有图案或花纹；所述防撞条可采用聚乙烯防撞条。

所述可拆卸根部保护框与床体框架的底部镶嵌连接。

所述孔隙的直径小于浮料球直径。

所述浮料球的形状为球体，由空心玻璃微珠作为密度调节剂，再由环氧树脂作为固化剂制备而成。

本实用新型使用时，可通过连接组件完成相邻网格框架的拼接作业，进而可以达到拼接组装浮床群的目的，网格框为六边形且连接装置为套设式，拼装后的浮床群可随水面的波动而移动且不会被风浪打散；网络框架内侧可根据需要放置不同数量浮料球，确保浮床不受植物重量改变的影响。

相比较于传统的固定式浮床，本实用新型的结构可满足防撞、防鱼食、可移动且可据水体富营养化状况实现自由增加或拆卸的功能。通过实验研究，每套装置(以空心菜实验28天为例)，对水中的氮磷去除率可达到92.54％和99.3％。相较传统装置，本实用新型对污染物去除率提高了10％左右，每年除了收获可观的作物经济价值外，所创造的排污权价值也是非常巨大，通过对其排污权价值进行核算，本实用新型每年的污染物处理量约为十家中小型企业一年的污染物许可排放量。同时可通过多样化的组合设置，对其进行造型设计，满足景观的需求，通过规模化的使用及规划，可有效满足水体净化和水生经济作物的生长需求，具有良好的应用前景。

本实用新型的突出优点和技术效果如下：

(1)本实用新型将浮床床体、栽培筐和连接装置有机结合，可有效避免后期的使用中出现的装置氧化、植物腐烂等现象，且使植物的选择充分、装置维护方便、降低成本。

(2)传统装置多为四边形，抗风浪能力弱，本实用新型网格框架呈六棱柱设有防撞条且连接装置为套设式，自身可提供浮力支持，拼装后浮床群随水漂流问题得到大幅优化。

(3)传统装置无法解决水生动物啃食植物根部的问题，本实用新型底部可拆卸根部保护框，为镶嵌式网络框架既可以让植物与水分有良好的接触，也可以解决此问题。

(4)浮料球采用新型固体空心浮力材料，可配合底部开盖装置，根据所需承重力随意增加或减少浮料球数量，达到所需承重力，方便且不容易造成资源浪费，符合环保、绿色、健康的主旨。

(5)本实用新型易拆装，浮料置换方便，连接装置采用凹凸套筒插接配合锁定，方便牢固，优于现有生态浮床的连接装置。

(6)本实用新型在浮床外侧加装防撞条，可根据使用不同环境在防撞条上添加图案和花纹，大大增强浮岛的可观赏性，使其不仅拥有生态价值还具有观赏价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构组成立体示意图。

图2为本实用新型的结构组成俯视示意图。

图3为本实用新型的结构组成侧视示意图。

图4为不同浓度组水培蔬菜在生长过程中对模拟水体tn的吸附量对比图。其中，(a)低浓度组(b)中浓度组(c)高浓度组。

图5为不同浓度组水培蔬菜在生长过程中对模拟水体tp的吸附量对比图。其中，(a)低浓度组(b)中浓度组(c)高浓度组。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1～3所示，本实用新型实施例设有浮床床体、床体框架6、空心圆柱防撞条7、连接装置、植物种植筐4、可拆卸根部保护框和浮料球3；所述床体框架6是由六个连接杆连接构成六边形框，浮床床体位于床体框架6内部，浮床床体由小孔径网构成；浮床床体上设有床体开盖5；空心圆柱防撞条7分别设在六边形床体框架6的各个侧边，用于缓冲减震且具有一定浮力；连接装置共设6组，每1组连接装置包括一个凹型主套筒1和一个凸型辅套筒2，凹型主套筒1与凸型辅套筒2的侧壁均竖直贯穿形成开口结构，凹型主套筒1与凸型辅套筒2插接配合锁定，6组连接装置分别设在床体开盖5的6个侧边；所述连接装置用于多个浮床床体的连接，连接后的相邻浮床的上表面位于同一水平面内；植物种植筐4为小孔径网构成的独立椎体，与床体开盖5相连，并内嵌于浮床床体；所述植物种植筐4用于为植物做支撑且让植物有生长空隙不至于在水中随意漂浮；相邻植物种植筐4之间设有孔隙，孔隙直径小于浮料球直径；所述浮料球形状为球体，由空心玻璃微珠作为密度调节剂，再由环氧树脂作为固化剂而制备；浮料球3内置于浮床床体内，可根据浮床与植物整体重量增减数量；可拆卸根部保护框镶嵌连接在床体框架6的底部，用于防止水生动物啃食植物根部同时承载植物托框及浮料。

可拆卸根部保护框：承载植物托框及浮料等部分。起承托植物托框以及束缚浮料的作用。其底部设置网格，既可以让植物与水分有良好的接触，也可以起到防止水生动物啃食植物根部以至于导致植物无法正常生长的作用。根部保护框和植物托框是一个镶嵌作用的关系，拆卸较简易，浮料置换也较方便。

植物种植筐：该结构采用新型环保材料，位于装置一层，有效地为植物做支撑并且让植物有生长空隙不至于在水中随意漂浮。该装置孔隙决定植物生长态势，对于控制植物生长有积极作用，且是装置整体美观的关键组成。植物托框采用新型环保材料，符合绿色环保的要求。

连接装置：整体采用卡扣式连接，使多个浮框可以相互连接。材料耐水侵蚀，不易脱落或脱扣。在浮框漂浮过程中也有一定地缓冲作用。连接装置的存在使得装置整体更具灵活性和可操作性，在设计整体造型上更加方便，易于随时对单个浮框的更换和维护。

浮料球：采用一种新型固体浮力材料，由空心玻璃微珠作为密度调节剂，再由环氧树脂作为固化剂而制备，形状为球体，有更大的空间利用率，具有低密度、耐压强、底吸水率、结构致密的材料性能；能够很好的为浮岛提供浮力，并且符合本实用新型环保、绿色、健康的主旨。

防撞条：防撞条设计简单，以无毒材料聚乙烯所制，通过优化设计，体积相对较小，既能防止浮岛碰撞，又不会过度增大质量。设有连接装置，安装方便，通用性强。并且可以根据使用不同环境在防撞条上添加图案和花纹，大大增强浮岛的可观赏性，使其不仅拥有生态价值还有了观赏价值。

以下给出本实用新型的工作原理：

本实用新型的浮床床体是由小孔径网构成的六棱柱，并设置开盖；开盖外侧设有空心圆柱体防撞条，当开放水域的风浪推动相邻浮床发生碰撞时，可起到缓冲减震的作用，即达到保护浮床的目的，且防撞条具有一定浮力，可防止浮床因风浪而被打翻造成损失；防撞条两侧设有连接装置包括“凹”型主套筒以及“凸”型辅套筒，即一面一套共六套，且相邻两个为一套，主套与辅套的侧壁均竖直贯穿形成开口结构，主套与辅套插接配合锁定，连接后的相邻浮床的上表面位于同一水平面内，既可提高整体结构的外观观赏性，又可提高装置整体的稳定性，连接方法简单方便，当水面波动较大时，浮床与浮床间还可相互牵制，防止浮床群被打散，同时也可随水面的波动而实现移动；种植筐为小孔径网构成的独立椎体，与床体开盖相连，并内嵌于床体，能够为植物根系提供一个养分集中的生长环境，为每株植物的生长提供一个独立的空间，有效减少植物间相互影响，还能避免水中鱼类对根系的啃食；浮料球内置于床体，可根据浮床与植物整体重量增减数量，以确保浮床浮于水面，使植物拥有适宜的生存环境。

氮、磷等营养元素是植物生长所需的重要物质，植物浮床去除氨氮的主要途径有植被吸收、硝化反应和氨挥发(水体ph>8)等(何成达.循环水流-浮床种植法处理生活污水的实验研究[j].环境科学与技术.2004,27(6):12-13)。本实用新型以可漂浮在水面并能够根据浮料球调节浮力的网格床体作为载体，通过种植筐内植物深入水中强大根系的吸收、吸附、截留作用来吸附削减富营养化水体中的n、p及有机物质，并以收获植物体的形式将其搬离水体(瀚潮环保.生态浮床技术介绍及净水原理[m].2019)，从而达到净化水质和收获经济作物的双重效果，是一种行之有效的原位生态修复技术。

为检测本实用新型的运行性能，采用浮岛模拟装置，根据所查阅的相关资料以及实验所在地的气候状况，选择经济作物空心菜和木耳菜为研究对象，实验所用蔬菜均为土壤播种育苗，待幼苗长出新叶后，再进行移栽。本实验模拟不同程度的富营养化水体环境，设置tn、tp的低、中、高三个浓度梯度的废水开展实验，观察研究对象对废水中氮磷的去除率。拟得到以下目标：(1)通过使用过程了解本实用新型的可行性；(2)通过实验数据检测本实用新型对氮磷的去除效果。

通过本实验，可以直观地依据数据得到对富营养化废水中tn、tp的去除率，从而更好的反映出本实用新型的实用性。

以hoagland培养液为模拟养殖废水，通过稀释不同倍数来获得低、中、高浓度水平的模拟富营养化水体环境。经国家生态环境部编制的《水和废水监测分析方法》进行测定后(国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法(第四版)[m].中国环境科学出版社,2002)，模拟废水浓度水平的tn、tp含量见表1。

表1模拟养殖废水水质

选取预培养中长势良好、水生根较多且株高和鲜重相差不大的植物置于不同浓度的模拟富营养化水体中，每周取一次水样进行检测，同时设置只有载体而无植物作为对照组。每个浓度设两组平行样品、三组对照组，共18组样品，每7天取样一次，设置实验周期28天。

本实验以空心菜和木耳菜为研究对象，通过无水栽培养殖，分别于实验开始后的第0、7、14、20、28天进行水样采集，采集水样经钼酸铵分光光度法(gb11893-89)、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(gb11894-89)测得不同阶段水样中的tn、tp含量及水培蔬菜对tn、tp的吸附量，测定结果如图4和5所示，两种植物对低、中、高浓度的模拟富营养化水体的tn、tp都有一定的去除率，证实了本实用新型装置的实用性。因此，在具体使用过程中，可以根据不同的水体状况，选择不同的植物类型，且可采取多个装置联合，即满足景观需求，也达到改善水体污染情况的效果。

以实验选取经济作物为例，根据称量，最初所用的空心菜和木耳菜鲜重由低浓度到高浓度依次分别为4.59g、4.54g、4.59g和4.76g、4.74g、4.81g，以中等浓度的空心菜为例，经过28天的培育后，鲜重增长至26.76g，若考虑生长的繁殖代数，其产量则是呈指数增长。

传统生态浮床(cefb)对总氮(tn)和总磷(tp)的去除率分别为51.3％、52.8％(na-xincui,gui-fachen,ya-qinliu,lizhou,mincai,xiang-fusong,guo-yanzou.comparisonoftwodifferentecologicalfloatingbio-reactorsforpollutioncontrolinhyper-eutrophicfreshwater[j].scientificreports,2018,8(1):14306)；增强型生态浮床(eefb)对总氮(tn)和总磷(tp)的去除率分别为63.5％、59.3％(陈国贤.室外水体上种植蔬菜的优势及技术要点[j].河北渔业,2013,(06):25-27+32)。而本实用新型以经济作物作为栽培对象，通过对比实验，可以看出相较于传统装置拥有更高去除率。

通过查阅资料，将查阅到的14d去除率与实验所得数据进行对比，结果如表2、表3所示。

表2不同水生植物对tn(mg/l)去除率

表3不同水生植物对tp(mg/l)去除率

通过对比可以发现，在使用本实用新型后，空心菜和木耳菜对污水中tn、tp的去除率远高于传统的狐尾藻、茭白、芦苇等水生植物。

将去除率结合吸收的浓度(以高浓度处理结果为例)，计算出吸收量，可得单位质量的空心菜和木耳菜在不同浓度下的吸收量，详见表4和表5。

表4每千克空心菜吸收的氮磷量

表5每千克木耳菜吸收的氮磷量

以种植1kg的空心菜为例，则一年可吸收处理1.211kg氮，0.172kg磷。保守估计一年的空心菜的产量为10t，则每年可吸收的氮和磷的总量为12.11t和1.72t，等同于十个中小型企业一年的污染物排放量(据历年统计资料显示，一家中小型企业一年的污染物许可排放量平均为：cod为3.65～18.25t/a，氨氮：0.55～0.91t/a。)

经分析可知，在使用本实用新型后，氮磷的吸收处理量显著增加，实现减少污染物排放量、治理环境、保护环境的目的。

排污权交易是指在一定区域内，在污染物排放总量不超过允许排放量的前提下，内部各污染源之间通过货币交换的方式相互调剂排污量，从而达到减少排污量、保护环境的目的。通过本实用新型处理减少的氮磷量，可根据排污权交易核算其经济价值。以氮为例，查阅资料发现，市场上的氨氮价格约为1.5万元/吨。通过试验得出，本实用新型所使用的经济作物：例高浓度组吸收处理1.211kg氮，木耳菜高浓度组吸收处理0.748kg氮。即每吨空心菜一年可获益1.82万元，每吨木耳菜一年可获益1.12万元，则高浓度组经济作物每吨每年可获益2.94万元。考虑到经济作物一年的产量远不止1吨，因此，所产生的排污权价值非常可观。

本实用新型利用多个装置联合，可有效治理水中氮磷问题，该组合方式结合水域条件等众多因素，对于污水处理更加高效且成本更低，更高的科学性使得该装置单位成本内污染物排放量更大，更好的实用性使得其在适应不同水域方面有很大优势，可应用于水产养殖、富营养化水区等领域，另外，传统装置不可移动，对水量的处理比较局限，而本实用新型通过设计改良为可移动装置，相较于传统装置，增加处理量。比如黑臭水体处理，除人工清淤外，多结合湿地处理法，该方法需要多种植物的配合，需要使用大量的面积，并且没有经济价值的产生，有的只是景观效果。而通过采用本实用新型，可有效减少生态成本的投入。具有成本低廉、耐用程度好、无二次污染等优点，具有巨大的节能减排的经济效益，具有较好的推广价值和应用前景。