一种用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元和装置的制作方法

1.本实用新型涉及水生态修复技术领域，具体涉及一种用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元和装置。


背景技术：

2.水生态修复就是通过一系列措施，将已经退化或损坏的水生态系统恢复、修复，基本达到原有水平或超过原有水平，并保持其长久稳定。水生态修复目的是修理恢复水体原有的生物多样性、连续性，充分发挥资源的生产潜力，同时起到保护水环境的目的，使水生态系统转入良性循环，达到经济和生态同步发展。水生态修复主要作用是通过保护、种植、养殖、繁殖适宜在水中生长的植物、动物和微生物，改善生物群落结构和多样性，以增加水体的自净能力，消除或减轻水体污染。同时生态修复区域在城镇和风景区附近，具有良好的景观作用，生态修复具有美学价值，可以创造城市优美的水生态景观。对于透明度较低的水质，即较为浑浊的水质而言，水生态修复一般需要经过较长一段时间才能趋于稳定并发挥其最佳作用，修复周期较长。而种植水生植物则能在较短时间发挥作用，可作为先锋技术采用。
3.水生植物是构成水生态系统的基本元素之一，水生植物通过光合作用，吸收二氧化碳，并且吸收水体及底泥中的氮、磷，将它们同化为自身生长所需的物质(葡萄糖等)及结构组成物质(蛋白质和核酸等)，同时向水体释放满足自身呼吸消耗外多余的氧气，使得植物根际区域形成有利于微生物生长代谢的微环境，促进水体污染物转化，从而实现净化污染水体和生态修复的目的。但现有的水生植物装置对水体透明度要求较高，水生植物的种植深度距水面的距离应小于等于1.5倍透明度，实际治理过程中，在工程实施的前期，透明度难以迅速恢复至适合种植水生植物的程度。因此，水生植物的种植需控制水位，以保证水生植物的净化效率，但需要分多次净化；或后期水质恢复到一定程度之后再种植，拖慢了水质恢复的进度，对水体透明度的适应性较低。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于现有技术的上述缺点和不足，本实用新型提供一种用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元和装置，其解决了水生植物对水体透明度适应性较低的技术问题。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本实用新型的用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元包括：
8.漂浮种植单元；
9.沉水种植单元，所述沉水种植单元与所述漂浮种植单元可拆卸连接；所述沉水种植单元设置于所述漂浮种植单元的下方，且所述沉水种植单元与所述漂浮种植单元之间的相对高度能够调节。
10.可选地，所述沉水种植单元包括种植基；所述种植基与所述漂浮种植单元可拆卸连接；所述种植基上用于种植沉水植物。
11.可选地，所述种植基包括土工格栅和植生毯；所述土工格栅与所述漂浮种植单元可拆卸连接，所述土工格栅的内部设置有所述植生毯；所述植生毯的内部用于放置颗粒微生物。
12.可选地，所述植生毯的铺设厚度为2～6cm。
13.可选地，所述用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元还包括连接杆；所述土工格栅与所述漂浮种植单元通过所述连接杆可拆卸连接；所述连接杆的长度为1.5倍水体透明度，以使所述沉水种植单元与所述漂浮种植单元之间的相对高度能够对应水体透明度进行调节。
14.可选地，所述漂浮种植单元包括漂浮板；所述漂浮板与所述土工格栅通过所述连接杆可拆卸连接；所述漂浮板上用于种植挺水植物。
15.可选地，所述漂浮板上阵列开设有多个种植孔；所述种植孔内设置有种植篮；所述种植篮内用于种植挺水植物。
16.可选地，所述漂浮板与所述土工格栅之间通过所述连接杆连接；所述连接杆为伸缩杆；或者，所述连接杆上沿长度方向间隔开设有多个安装孔，所述漂浮板与所述土工格栅能够分别安装在不同的所述安装孔内。
17.可选地，所述沉水种植单元设置于成对的所述漂浮种植单元下方，所述沉水种植单元的两端与成对的所述漂浮种植单元一一对应地可拆卸连接。
18.进一步地，本实用新型还提供一种用于水生态修复的水生植物悬浮生长装置，其设置有如上所述的多个用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元。
19.(三)有益效果
20.本实用新型的有益效果是：漂浮种植单元能够漂浮于水面上，能够进行光合作用，光合作用所产生的氧气能够聚集于挺水植物(无土种植)的根部，进而为沉水种植单元内的颗粒微生物提供氧气；同时沉水种植单元上种植有沉水植物，沉水植物能够吸收二氧化碳，并释放氧气，进一步为颗粒微生物提供氧气。通过漂浮种植单元与沉水种植单元的配合，能够为微生物的新陈代谢提供足够的氧气，进而能够促进水体污染物的转化，加快水体的净化。
21.挺水植物和沉水植物能够吸收水体中的氮、磷等元素，并将其转化为自身生长所需要的营养物质，从而能够降低了水体中的氮、磷含量，进而降低了后端除氮除磷设备的净水成本。
22.沉水种植单元相对于漂浮种植单元的高度能够调节，使得悬浮生长单元能够对应调节沉水种植单元距水面的种植深度，进而将种植深度调节到最适合沉水植物生长的悬浮深度，使得沉水种植单元的净水效率最大化，以加快水质净化的过程。
23.而且，沉水种植单元与漂浮种植单元可拆卸连接，使得沉水种植单元和漂浮种植单元的安装、拆卸方便，易于更换。对于只需要沉水种植单元或漂浮种植单元工作的水质，拆卸下来后，仅用相应的水生植物净化水质即可，非常灵活。
附图说明
24.图1为本实用新型的用于水生态修复的水生植物悬浮生长组件的结构示意图；
25.图2为图1的俯视图；
26.图3为本实用新型的种植基的结构示意图。
27.【附图标记说明】
28.1：漂浮板；2：挺水植物；3：种植基；31：土工格栅；32：植生毯；33：颗粒微生物；4：沉水植物；5：连接杆。
具体实施方式
29.为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
30.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.参见图1和图2，本实用新型提供一种用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元，悬浮生长单元包括漂浮种植单元和沉水种植单元。沉水种植单元与漂浮种植单元可拆卸连接；沉水种植单元设置于漂浮种植单元的下方，且沉水种植单元相对于漂浮种植单元的高度能够调节。
34.漂浮种植单元能够漂浮于水面上，能够进行光合作用，光合作用所产生的氧气能够聚集于挺水植物2(无土种植)的根部，进而为沉水种植单元内的颗粒微生物33提供氧气；同时沉水种植单元上种植有沉水植物4，沉水植物4能够吸收二氧化碳，并释放氧气，进一步为颗粒微生物33提供氧气。通过漂浮种植单元与沉水种植单元的配合，能够为微生物的新陈代谢提供足够的氧气，进而能够促进水体污染物的转化，加快水体的净化。挺水植物2和沉水植物4能够吸收水体中的氮、磷等元素，并将其转化为自身生长所需要的营养物质，从而能够降低了水体中的氮、磷含量，进而降低了后端除氮除磷设备的净水成本。在悬浮生长单元的水面覆盖率足够高的情况下，例如覆盖率达到80％，甚至可以不用再额外设置除氮除磷设备，大大降低了水体除氮除磷的治理成本。
35.沉水种植单元与漂浮种植单元之间的相对高度能够调节，使得悬浮生长单元能够根据水体透明度对应调节沉水种植单元距水面的种植深度，进而将种植深度调节到最适合沉水植物4生长的悬浮深度，使得沉水种植单元的净水效率最大化，以加快水质净化的过
程，例如，在种植初期当水体透明度较小时，沉水种植单元与漂浮种植单元之间的相对高度也对应较小，而在种植后期当水体透明度较大时，沉水种植单元与漂浮种植单元之间的相对高度也可以对应调整为较大。而且，沉水种植单元与漂浮种植单元可拆卸连接，使得沉水种植单元和漂浮种植单元的安装、拆卸方便，易于更换。对于只需要沉水种植单元或漂浮种植单元工作的水质，拆卸下来后，仅用相应的水生植物净化水质即可，非常灵活。本实用新型通过设置多层次生态群落结构，即“挺水植物+沉水植物+微生物群落”的多层次结构，以加快水生态系统重建过程，符合可持续发展的要求。
36.本实用新型的水体透明度指的是水体能使光线透过的程度，表示水质的清澈情况，是水质的评价指标之一。水体中的悬浮物质和浮游生物越多，对光的散射和吸收就越强，透明度就越小，水质就越恶劣；反之，透明度就越高，水质就越良好。需要说明的是，在不同的水体或不同时期的水体进行水生植物种植时，水体透明度会预先测量得到(参考cn103398986b-用于多种水流条件的水体透明度测量方法)或从当地公开的水文数据中得到，即，对于本领域技术人员来说，水体透明度是一个能够预先获知的已知值。例如，中国东部长江中下游和黄淮海平原上的湖泊，大多是平均水深小于4米的浅水湖，河湖相通、泥沙输入、风浪扰动，使湖水透明度更低，一般都在1米以下。
37.进一步地，沉水种植单元包括种植基3；种植基3与漂浮种植单元可拆卸连接；种植基3上用于种植沉水植物4，种植基3能够为沉水植物4提供营养物质。其中，沉水植物4可以选择种植四季常绿矮生苦草。
38.如图3所示，种植基3包括土工格栅31和植生毯32；土工格栅31与漂浮种植单元可拆卸连接，土工格栅31的内部设置有植生毯32；植生毯32的内部用于放置颗粒微生物33。在本实施方式中，种植基3的外部框架为土工格栅31；框架内铺设一层植生毯32，铺设厚度为3cm；植生毯32上方敷设颗粒微生物33，敷设厚度5cm，颗粒微生物33的具体种类及敷设密度根据水质确定；微生物层上方再铺设一层植生毯32，厚度5cm；种植基3上可直接种植沉水植物4。将颗粒微生物33设置于种植基3内部，即两层植生毯32之间，使得颗粒微生物33位于沉水植物4的根部位置，沉水植物4的根部位置恰恰是氧气较为集中的区域，从而能够为微生物的新陈代谢提供充足的氧气，使得微生物能够迅速繁殖，进而提高净水效率。
39.进一步地，植生毯32的铺设厚度为2～6cm。植生毯32的铺设厚度决定了微生物的外溢速度，植生毯32的铺设厚度越厚，微生物外溢出种植基3的速度就越慢，但同时种植基3中微生物的繁殖速度就越快。因此，植生毯32以及微生物的铺设厚度与实际的水质情况相关，在水体透明度较低的情况下，可以适当增加植生毯32和颗粒微生物33的铺设厚度，先将微生物的菌群基数扩大，有益于提高水质的净化效率；在水体透明度较高的情况下，可以适当降低植生毯32和颗粒微生物33的铺设厚度，使得微生物能够以较快的速度外溢出种植基3，从而较快的净化整体水质。植生毯32和颗粒微生物33的铺设厚度根据实际需求设置即可。
40.其次，用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元还包括连接杆5；土工格栅31与漂浮种植单元通过连接杆5可拆卸连接；连接杆5的长度为1.5倍水体透明度，以使沉水种植单元与漂浮种植单元之间的相对高度能够对应水体透明度进行调节。具体地，连接杆5的长度根据水体透明度的实际情况进行设置，水体透明度越低，水质就越浑浊，连接杆5的长度就越短，沉水种植单元就越靠近悬浮生长单元和水面。这是因为在水体透明度越低的情况下，
如果将沉水种植单元的放置高度设置得离水面很远，那么悬浮生长单元产生的氧气无法提供或只能部分提供到沉水种植单元，导致沉水种植单元中的微生物的生长受到抑制，菌群增长缓慢，拖慢水质净化进程。反之，浮生长单元产生的氧气则能够提供到沉水种植单元，使得沉水种植单元中的菌群快速增长，较快地净化水质。当然，随着水体透明度的逐渐增高，沉水种植单元的设置高度也应逐渐远离水面，这是因为在水体透明度较高的情况下，沉水种植自身已经能够为微生物菌群提供充足的氧气，不需要再额外吸取悬浮生长单元产生的氧气，此时的浮生长单元主要作用在于吸收水质中的氮、磷元素。至于沉水种植单元高度的设置频率，在基于水体透明度的前提下，可根据实际情况设置。
41.另外，漂浮种植单元包括漂浮板1；漂浮板1与土工格栅31通过连接杆5可拆卸连接；漂浮板1上用于种植挺水植物2。具体地，连接杆5与漂浮板1或土工格栅31可通过螺栓可拆卸连接，使得连接杆5的更换更为方便。漂浮板1漂浮与水面上，以使挺水植物2能够进行光合作用，产生氧气；同时，沉水种植单元能够利用漂浮板1的浮力，漂浮在水体中，从而确保沉水种植单元的设置高度。
42.进一步地，漂浮板1上阵列开设有多个种植孔；种植孔内设置有种植篮；种植篮内用于种植挺水植物2。种植孔的数量可根据水体透明度进行设置。挺水植物2能够选择种植四季常绿鸢尾，既能起到净化水质的作用，又具备一定的美学价值，可以创造城市优美的水生态景观。
43.其次，漂浮板1与土工格栅31之间通过连接杆5连接，连接杆5为伸缩杆；或者，连接杆5上沿长度方向间隔开设有多个安装孔，漂浮板1与土工格栅31能够分别安装在不同的安装孔内。在一种实施方式中，在竖直方向上，连接杆5上开设有多个间隔分布的安装孔，通过将不同的安装孔与沉水种植单元用螺栓连接，即可得到不同设置高度的沉水种植单元。但这种实施方式有一局限性，就是调节高度受限于安装孔的开设高度，即沉水种植单元只能调节至相应安装孔的开设高度。在对沉水种植单元高度调节精度要求不高的情况下，可以采用本实施方式进行调节。
44.在另一种实施方式中，连接杆5为伸缩杆，伸缩杆上刻有刻度线，以显示调节的高度。具体地，伸缩杆包括主杆与副杆，主杆与副杆可相对滑动，主杆可与漂浮种植单元连接，副杆可与沉水种植单元连接，当然连接方式也可以反过来。其中，以主杆的轴线为对称中心，主杆上开设有两条对称的通槽，副杆上对应开设有一通孔，通过螺栓先后经主杆通槽、副杆通孔、主杆另一通槽，最后再通过螺母将螺栓固定，即可实现连接杆5的伸缩。根据螺栓固定后对应位置的刻度线，即是沉水种植单元的所处高度。这种实施方式有效解决了上一实施方式中的沉水种植单元高度调节受限的技术问题，调节方便、灵活。
45.另外，沉水种植单元设置于成对的漂浮种植单元下方，沉水种植单元的两端与成对的漂浮种植单元一一对应地可拆卸连接。通过将两组漂浮种植单元与一组沉水种植单元连接，既提高了漂浮种植单元的浮力上限，使得沉水种植单元的体积能够相应增大，能够放置更多的颗粒微生物；也使得漂浮种植单元的光合作用叠加，为沉水种植单元提供更多的氧气，最终提高对水质的进化效率。
46.另外，本实用新型还提供一种用于水生态修复的水生植物悬浮生长装置，其包括多个用于水生态修复的水生植物悬浮生长单元。通过将多个悬浮生长单元通过螺栓连接，使得多个漂浮种植单元和多个沉水种植单元紧挨在一起，提高水面的覆盖率，多个悬浮生
长单元可以按不同的形状排列设置，使其更为美观，具有艺术价值。同时各也加强了各悬浮生长单元之间的联系，使得氧气更为集中，微生物菌群的繁殖更加迅速，进一步增强了水质净化的效率。
47.本实用新型还提供有两个实施例，以帮助本领域技术人员更快理解本实用新型的技术方案。
48.实施例一：
49.河道长度约2km，宽度10m，治理前水质为
ⅴ
类水，透明度为50cm，河道深度约3m，河道治理采取“清淤+水生植物种植”的综合措施，水生植物种植采取本发明装置，单个装置总长5.2m，水上漂浮板单块尺寸为0.6*1m，两块一组，一组尺寸为0.6*2m，共设置两组，水下沉水植物种植基尺寸为4*2*0.2m，水上与水下部分的连接杆长度设置为0.75m。本装置在水面设置密度为60％，共设置12000
㎡
，单个装置面积为10.4
㎡
，共设置1154组，沿河道两侧均布。在设置悬浮生长装置后，植物生长80天，水质达到ⅳ类水标准。
[0050][0051][0052]
实施例二：
[0053]
河道为断头浜，总长700m，河道宽度10m，水深2m，透明度40cm，治理前水质为劣
ⅴ
类水，治理措施采取“曝气+植物恢复”的综合措施，植物恢复采取设置本装置，单个装置总长5.2m，水上漂浮板单块尺寸为0.6*1m，两块一组，一组尺寸为0.6*2m，共设置两组，水下沉水植物种植基尺寸为4*2*0.2m，水上与水下部分的连接杆长度设置为0.6m。本装置在水面设置密度为80％，共设置5600
㎡
，单个装置面积为10.4
㎡
，共设置539组，沿河道两侧均布。在设置悬浮生长装置后，植物生长80天，水质达到ⅳ类水标准。
[0054] tp(mg/l)nh3-n(mg/l)cod(mg/l)透明度(cm)治理前水质0.52.54540治理后水质0.381.835100去除率24％28％22.22％ [0055]
需要理解的是，以上对本实用新型的具体实施例进行的描述只是为了说明本实用新型的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，但本实用新型并不限于上述特定实施方式。凡是在本实用新型权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。