專利名稱：生物截留系統(tǒng)和方法
生物截留系統(tǒng)和方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2008年4月16日提交的題為“生物截留系統(tǒng)和方法”的美國臨時(shí)專 利申請系列號(hào)61/045，506以及2009年2月2日提交的系列號(hào)61/149，175的權(quán)利。這些 專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要涉及用于處理含有顆粒物和溶解的污染物的污水(effluent)的系 統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及用于從暴雨水和其他受污染廢水污水除去過量的磷(P)和氮 (N)的系統(tǒng)和方法，所述磷和氮例如為P或N化合物和離子形式的溶解P和N。本發(fā)明還涉 及用于在生物截留系統(tǒng)中進(jìn)行長期磷截留的改進(jìn)的介質(zhì)和用于促進(jìn)氮截留的改進(jìn)的出口。生物截留系統(tǒng)常常包括水池以容納待處理的污水。水池的底部通常由種植著植物 的多孔介質(zhì)構(gòu)成。隨著污水流過生物截留系統(tǒng)，顆粒狀污染物被過濾除去。溶解的磷可通過 該系統(tǒng)的生物過程(如植物和微生物生物質(zhì)吸收)以及由該介質(zhì)的特性所實(shí)現(xiàn)的化學(xué)吸附 /沉淀過程(本文將之歸類為吸著過程)而從污水中除去。溶解的氮也可通過植物和微生 物生物質(zhì)吸收以及能最終將氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)獾纳镛D(zhuǎn)化(包括脫氮作用)而從污水中除去。在除去沉淀物和沉淀物結(jié)合的磷和氮方面，生物截留系統(tǒng)已被證明對(duì)于暴雨水徑 流而言是性價(jià)比高的污水管理設(shè)施。這在受城市和/或農(nóng)業(yè)徑流的如此程度的影響的流域 中特別相關(guān)，該影響程度使得這些流域成為了所謂的營養(yǎng)物最大日負(fù)荷總量(TMDL)標(biāo)準(zhǔn) 的監(jiān)視對(duì)象。但是，具有沙質(zhì)介質(zhì)和自由排放出口的典型生物截留系統(tǒng)對(duì)于溶解氮和長期 溶解磷去除而言不夠有效。能增加營養(yǎng)污染物的保留以符合TMDL標(biāo)準(zhǔn)的方法，在污水管理 設(shè)施的設(shè)計(jì)中會(huì)是重要的，它們能使設(shè)施以更可接受和有效率的方式更有效地處理污水。因此，需要改進(jìn)的生物截留系統(tǒng)和方法以及用于生物截留系統(tǒng)的改進(jìn)的介質(zhì)。發(fā)明概述本發(fā)明提供了用于從諸如廢水和暴雨水的污水除去磷和氮的生物截留系統(tǒng)和方 法。該系統(tǒng)和方法可包括這樣的過濾介質(zhì)，其具有由均一性系數(shù)低的、優(yōu)選經(jīng)過良好分級(jí)的 沙組成的質(zhì)地粗糙的基質(zhì)，該基質(zhì)與抗分解的有機(jī)材料(如泥煤苔)摻合，然后它們一起與 具有高磷吸著能力的粘土樣材料調(diào)理物(amendment)的微細(xì)部分摻合。粗基質(zhì)部分可占體 積的約50至80%之間。有機(jī)材料可占體積的約10至20%，而微細(xì)部分的調(diào)理物可占體積 的約10%至40%。粗料部分的成分可包括粉碎至沙顆粒等級(jí)的材料，優(yōu)選為美國高爾夫 協(xié)會(huì)(USGA)的根區(qū)等級(jí)，其中至少60%的材料直徑在1/25英寸至1/100英寸之間，大于 1/25英寸的材料應(yīng)不超過10%，小于1/500英寸的材料應(yīng)不超過5%。優(yōu)選的材料的例子 包括碎石灰石、覆鐵沙、礬土加工中產(chǎn)生的經(jīng)中和的殘沙，碎磚等。有機(jī)成分可包括椰纖維 (椰子殼)、泥煤或泥煤苔。微細(xì)材料調(diào)理物可包括鋁基或鐵基水處理殘余物(WTR)、礬土加 工成鋁過程中產(chǎn)生的經(jīng)海水中和的紅泥副產(chǎn)物、金紅石加工成鈦過程中產(chǎn)生的紅石膏副產(chǎn) 物，或者富含鐵和鋁的原土壤，其中WTR對(duì)于許多應(yīng)用來說是優(yōu)選的。該系統(tǒng)還可包括出口系統(tǒng)，其具有下出口、從下出口近端向上延伸的管子和連接 該管子的上遠(yuǎn)端的上出口。出口優(yōu)選延長停留時(shí)間以便在小的水處理事件中改善除氮作用，這些事件構(gòu)成年徑流量的大部分。這些出口優(yōu)選還能在較大的水處理事件中允許高水 流(high flows)通過介質(zhì)，從而使系統(tǒng)能夠處理更大的事件，使未被處理的旁通流減至最 低。該系統(tǒng)還可包括草、樹木、矮樹叢和/或灌木，所提供的這些植物的數(shù)量足以改善 生物吸收和轉(zhuǎn)化以及介質(zhì)滲透性質(zhì)。該系統(tǒng)還可將介質(zhì)、石頭和出口系統(tǒng)在單一結(jié)構(gòu)當(dāng)中提供。該系統(tǒng)還可包括樹木、 矮樹叢或灌木和/或草。這些植物的數(shù)量應(yīng)足以改善滲透性質(zhì)和/或防止表面侵蝕。優(yōu)選 地，在介質(zhì)的上方提供格柵，以保護(hù)介質(zhì)免受在其上方經(jīng)過的人、動(dòng)物和物體的重量。格柵 優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)孔口以讓水進(jìn)入和讓氣體放出。由下文的具體實(shí)施方式
并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其他目標(biāo)和特征將變得顯而易見。 但是應(yīng)理解，附圖僅僅是為了說明本發(fā)明而繪制，而不是為了限定本發(fā)明的范圍，有關(guān)本發(fā) 明的范圍應(yīng)參考所附權(quán)利要求書。附圖簡述由下文的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的具體特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他目標(biāo)將變得顯而易 見。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的生物截留系統(tǒng)的前視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的出口系統(tǒng)的前視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的生物截留系統(tǒng)的前視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的出口系統(tǒng)的前視圖；圖5在5(a)和5 (b)中顯示由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的系統(tǒng)的植被所致的氮濃度 下降。圖6在5(a)和5 (b)中顯示由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的系統(tǒng)的限制出口所致的氮 濃度下降。圖7在7 (a)和7 (b)中顯示由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的紅壤(krasnozem)系統(tǒng)所 致的磷濃度下降。圖8在8 (a)和8 (b)中顯示由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的紅泥和WTR系統(tǒng)所致的磷 濃度下降。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于從流體污水如廢水流和暴雨水流除去磷、氮和其他污染物的生物 截留系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法可包括多層過濾介質(zhì)。一些介質(zhì)可具有由均一性系數(shù)低的、 優(yōu)選經(jīng)過良好分級(jí)的沙組成的質(zhì)地粗糙的基質(zhì)。這可以與抗分解的有機(jī)材料層疊或摻合， 所述有機(jī)材料例如泥煤苔和/或粘土樣材料調(diào)理物(如具有高磷吸著能力的調(diào)理物)的微 細(xì)部分。粗基質(zhì)部分的體積可在約50至80%之間變動(dòng)。有機(jī)材料的體積可在約10至20% 之間變動(dòng)。微細(xì)部分的調(diào)理物的體積可在約10至40%之間變動(dòng)。粗料部分的成分可包括粉碎至沙顆粒等級(jí)的材料，優(yōu)選美國高爾夫協(xié)會(huì)(USGA) 根區(qū)等級(jí)，其中至少60%具有1/25英寸至1/100英寸的直徑，大于1/25英寸的不應(yīng)超過 10%。對(duì)于大多數(shù)預(yù)期的應(yīng)用，小于1/500英寸的不應(yīng)超過5%。優(yōu)選的材料的例子包括碎 石灰石、覆鐵沙、礬土加工中產(chǎn)生的經(jīng)中和的殘沙，碎磚等。有機(jī)成分可包括椰纖維(椰子殼)、泥煤或泥煤苔。優(yōu)選的被包含(例如)作為微細(xì)材料調(diào)理物的過濾介質(zhì)包括例如鋁基或鐵基水處 理殘余物(WTR)、礬土加工成鋁過程中產(chǎn)生的經(jīng)海水中和的紅泥副產(chǎn)物、金紅石加工成鈦過 程中產(chǎn)生的紅石膏副產(chǎn)物，或者富含鐵和鋁的原土壤。所有這些材料的特征都是具有極低 的磷飽和指數(shù)(PSI)，其中較低的值代表高的磷吸著能力。水處理殘余物(WTR)常用于飲用水處理廠，這種材料既包括其新鮮形式也包括其 老化形式。老化形式對(duì)于許多應(yīng)用來說是優(yōu)選的。它們可包括用硫酸鋁或硫酸鐵凝聚溶解 的有機(jī)酸和礦物質(zhì)膠體而產(chǎn)生的殘余物。這些材料包含黏土、有機(jī)物質(zhì)和原始金屬，通常質(zhì) 構(gòu)極其細(xì)微，當(dāng)新鮮時(shí)對(duì)空氣干化具有極強(qiáng)的抗性。它們一旦干燥，就形成脆性、粘結(jié)的疏 水集料(aggregate)。在暴露于風(fēng)化一段時(shí)間后，WTR的脆性和疏水性變低，更容易摻合。硫酸鐵會(huì)產(chǎn)生水鐵礦-WTRO^e5O7 (OH). 4H20)，其中吸附過程需要酸性條件，因此鐵 WTR的磷吸著能力在酸性土壤中要明顯得多。水鐵礦在pH 6.0以下時(shí)的作用可為pH 8.0以 上的堿性土壤的50倍。可將方解石石灰加到土壤，其中鐵WTR的加入可導(dǎo)致pH低于6. 0。 水鐵礦的應(yīng)用可增加典型場地土壤中的磷吸附和截留。明礬基WTR主要含大量的氫氧化鋁，往往超過25 %，其中大部分為最有效的無定 形形式。還可能存在相當(dāng)數(shù)量的鐵化合物以及少量的鈣、鎂和其他元素。明礬基WTR的PSI 可在0. 37至6. 34之間變動(dòng)，平均為2. 10。明礬基WTR在中性pH下有效起作用，能有效地 減少高度富磷的土壤中的隙間溶解磷濃度。6%用量能顯著地使溶解磷濃度降低到磷解吸 附的閾值之下。將高比例的WTR應(yīng)用于富含磷的土壤，通過將明礬基WTR摻入到土壤中，可 顯著減少在徑流中流失的溶解磷，改善溶解磷的截留?；闹袩o定形鋁含量的增加可與溶 解磷濃度降低相關(guān)。WTR在平衡17小時(shí)后，可具有約6. 6至約16. 5g/kg的最大磷吸附能力。當(dāng)集料粉 碎成約2mm至約150 μ m時(shí)，平均值可增加到約9. 68g/kg。平衡六天的話，平均值可增加到 約22. 9g/kg，比初始值高一個(gè)數(shù)量級(jí)。這個(gè)平衡大部分可在前兩天內(nèi)發(fā)生，證明了表面積和 時(shí)間的作用。在最大吸收后，被吸附的磷不到約10%可被解吸，表明吸附過程是不可逆的。已報(bào)道顆粒中存在孔隙內(nèi)擴(kuò)散作用，這種作用是WTR吸著作用的不可逆性的一個(gè) 固有方面。孔隙內(nèi)比表面積是平均顆粒大小的M倍。通過多次濕-干循環(huán)進(jìn)行加速老化， 可加速向磷被不可逆結(jié)合的位置的內(nèi)部擴(kuò)散。已確定，WTR能非常有效地截留溶解磷，即使在大量的磷已被吸著后也是如此。即 使在WTR吸著了這樣的磷量后，穿過WTR的水的溶解磷濃度也保持非常低，該磷量會(huì)導(dǎo)致來 自其他通常用于生物截留介質(zhì)的材料的高溶解磷濃度。紅泥是礬土精煉成鋁過程中的副產(chǎn)物。在拜爾(精煉礬土)法中，在高溫和高壓 下加入苛性鈉以從結(jié)晶礦物基質(zhì)溶解氧化鋁。然后將所得的溶液分離并澄清，接著將其煅 燒以使氧化鋁從溶液中分離出來。紅泥通常包含在這個(gè)工藝后留下的原始礬土的更細(xì)小部 分。紅泥的特征是含有大量的次生礦物。高度堿性的氫氧化鈉和碳酸鈉導(dǎo)致PH值在 約9. 75至約12. 56的范圍內(nèi)。鐵礦物包含赤鐵礦O^O2，為結(jié)晶氧化鐵)，通常還包含針鐵 礦(FeO (OH))，后者更加無定形，能更好地吸著磷。水鋁礦(Al (OH) 3)和勃姆石(Y -A100H) 兩種鋁礦物在大多數(shù)紅泥中也非常豐富。無定形鐵和鋁的比例分別在約0. 05%至約022%之間和約0. 93%至約5. 02%之間。也可能有相當(dāng)數(shù)量的方解石(CaO)，但數(shù)量可能變動(dòng)很 大?？构に囂幚淼脑V物包括石英、鋯石和鈦鐵礦(TiO)，所占比例較小，在約6%至約 之間。還可能存在少量的重金屬和放射性核素，它們大多數(shù)處于十分穩(wěn)定的形式。取 決于來源和工藝，紅泥在礦物學(xué)組成方面差異可能相當(dāng)大，且往往在同一礦床內(nèi)也差異相 當(dāng)大。因此，紅泥的礦物組成總是會(huì)變動(dòng)。即使在大量的磷已被吸著后，紅泥也能十分有效地截留溶解磷。即使在紅泥吸著 了這樣的磷量后，穿過紅泥的水的溶解磷濃度也保持非常低，該磷量會(huì)導(dǎo)致來自其他通常 用于生物截留介質(zhì)的材料的高溶解磷濃度。富含鐵和鋁的礦物土壤，如衍自玄武巖的紅壤土壤，也能十分有效地截留磷。與大 多數(shù)土壤相比，這些土壤含有很高比例的無定形鋁和鐵。紅壤土壤已知用于截留磷。即使在大量的磷已被吸著后，紅壤土壤也能十分有效地截留溶解磷。即使在紅泥 吸著了這樣的磷量后，穿過紅泥的水的溶解磷濃度也保持非常低，該磷量會(huì)導(dǎo)致來自其他 通常用于生物截留介質(zhì)的材料的高溶解磷濃度。與磷截留(其被理解為吸著于介質(zhì)的化學(xué)過程)不同的是，氮截留是一個(gè)生物學(xué) 過程，可最終由來自植物的光合作用輸出來驅(qū)動(dòng)。植物不僅能直接吸收氮，而且它們還能將 碳化合物釋放到土壤中，微生物活動(dòng)會(huì)消耗這些碳化合物，同時(shí)還可吸收氮并將一些氮轉(zhuǎn) 化成氮?dú)?，氮?dú)庠購南到y(tǒng)中逸出。停留時(shí)間的增加和飽和條件可促進(jìn)這些氮去除過程。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還可包括排水系統(tǒng)，其優(yōu)選具有出口控制系統(tǒng)，該出口 控制系統(tǒng)能進(jìn)行適應(yīng)性管理，以響應(yīng)介質(zhì)和土壤性質(zhì)隨時(shí)間推移的變化而控制保留時(shí)間、 飽和度和過濾介質(zhì)層上的表面積水量。排水系統(tǒng)可包括具有下出口、從下出口向上延伸的 管子和連接該管子的上端的上出口的出口系統(tǒng)。出口優(yōu)選延長停留時(shí)間以便在小的水處理 事件中改善除氮作用，這些事件構(gòu)成年徑流量的大部分。這些出口優(yōu)選還能在較大的水處 理事件中允許高水流通過介質(zhì)，從而使系統(tǒng)能夠處理更大的事件，使未被處理的旁通流減 至最低?？刂屏鲃?dòng)通過排水系統(tǒng)還可影響磷的去除。該系統(tǒng)還可將介質(zhì)、石頭和出口系統(tǒng)在單一結(jié)構(gòu)當(dāng)中提供。該系統(tǒng)還可包括樹木、 矮樹叢或灌木以及草。優(yōu)選地，在介質(zhì)的上方提供格柵，以保護(hù)介質(zhì)免受在其上方經(jīng)過的 人、動(dòng)物和物體的重量。格柵優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)孔口以讓水進(jìn)入和讓氣體放出。現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的有些優(yōu)選實(shí)施方案。參考圖1-4，生物截留水處理系 統(tǒng)100可設(shè)置在現(xiàn)有的一塊土壤1內(nèi)并優(yōu)選與該土壤接觸。系統(tǒng)100優(yōu)選包括介質(zhì)層5，該 介質(zhì)層優(yōu)選設(shè)置在阻塞層4上方，該阻塞層優(yōu)選在石頭層3上方，該石頭層優(yōu)選包含暗渠石 頭。暗渠9優(yōu)選設(shè)置在暗渠石頭層3內(nèi)?？砂ㄍ寥澜亓舨牧先缫粚优潘凉た椢?，以防 止該系統(tǒng)周圍的土壤1遷移進(jìn)入介質(zhì)5和暗渠石頭層3。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，介質(zhì)5可包含粗介質(zhì)，也稱粗料部分。它還可包含有 機(jī)成分，也稱有機(jī)部分。介質(zhì)5還可包括優(yōu)選具有高的磷吸著能力的微細(xì)材料調(diào)理物。優(yōu) 選地，介質(zhì)5包括約50%至約80% (體積)的粗料部分成分、約10%至約20% (體積)的 有機(jī)成分和約10%至約40% (體積)的微細(xì)材料調(diào)理物成分。可提供有機(jī)成分和微細(xì)材 料調(diào)理物以改善土壤條件。例如，它們可改善土壤持水力和增加痕量元素微量營養(yǎng)物。粗 料部分、有機(jī)部分和微細(xì)調(diào)理物材料可用篩選設(shè)備或其他機(jī)械裝置進(jìn)行摻合。粗料部分可包括均一性系數(shù)低的草皮級(jí)沙，其優(yōu)選促進(jìn)滲透作用。粗料部分的其他優(yōu)選例子包括來自碎石灰石的沙、來自高鐵含量區(qū)域的覆鐵沙、礬土加工中產(chǎn)生的經(jīng)中 和的殘沙和/或碎磚中的任何一種或全部，但不限于它們。有機(jī)成分優(yōu)選包括椰纖維(椰子殼)泥煤，其優(yōu)選除了包括微細(xì)粉碎的殼之外還 包括粗纖維。有機(jī)成分的其他優(yōu)選例子包括但不限于泥煤苔。也可存在堆肥、熟化木片和 護(hù)根物。優(yōu)選地，有機(jī)部分促進(jìn)持水和改善滲透速度。微細(xì)材料調(diào)理物優(yōu)選包括磷吸著能力高且比表面積(表面與體積的比例)大的材 料。微細(xì)材料的一個(gè)優(yōu)選例子是明礬基水處理殘余物(WTR)，其可為水處理行業(yè)的廢產(chǎn)物。 已確定，明礬基WTR優(yōu)選繼續(xù)截留在暴雨水濃度下施加的磷的95%以上，即使在當(dāng)?shù)湫偷?沙質(zhì)肥土系統(tǒng)已變得無效時(shí)經(jīng)過幾乎十年的暴雨水負(fù)荷后也是如此。微細(xì)材料的其他優(yōu)選 例子包括但不限于鐵基WTR和/或石灰石基WTR。優(yōu)選的微細(xì)材料的另一個(gè)例子包括紅泥，這是在從礬土礦石提取鋁后剩下的微細(xì) 黏土大小的材料。由于它可能是高度堿性的，優(yōu)選將它中和以降低其堿性。礬土加工成鋁 過程中產(chǎn)生的、經(jīng)海水中和的紅泥副產(chǎn)物可以是有效的。已確定，含紅泥的介質(zhì)能截留在暴 雨水濃度下施加的磷的85%以上，即使在十年以上的暴雨水負(fù)荷后也是如此。優(yōu)選的微細(xì)材料的另一個(gè)例子包括紅石膏，這是在從金紅石礦石提取鈦后剩下的 微細(xì)黏土大小的材料。已證明紅石膏具有非常高的親和力以截留在暴雨水濃度下施加的 磷。微細(xì)材料的另一個(gè)例子包括天然土壤，特別是鐵和/或鋁含量高的土壤。已確定， 含高鐵含量的紅壤土壤的介質(zhì)能截留在暴雨水濃度下施加的磷的70%以上，即使在十年以 上的暴雨水負(fù)荷后也是如此。微細(xì)材料可在微細(xì)材料和微細(xì)材料的更粗集料之間成相等比例。隨著微細(xì)介質(zhì)老 化，粗碎片可能變得分散，從而隨著系統(tǒng)的成熟可提供更多的磷截留能力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，通過挖掘和/或填埋至這樣的深度來準(zhǔn)備土地，該 深度足以放置介質(zhì)層5和暗渠石頭3，同時(shí)當(dāng)流入速度超過介質(zhì)的滲透速度時(shí)能將污水保 存在表面積水中。優(yōu)選地，土工織物2保持著介質(zhì)5和暗渠石頭3，將介質(zhì)5和暗渠石頭3 與土工織物2 —側(cè)的土壤1和土工織物2另一側(cè)的土壤1隔開。土工織物材料優(yōu)選是多孔 的，以讓介質(zhì)5和石頭層3排水到土壤中。在總氮(TN)負(fù)荷和天然土壤滲透速度都高的情 形中，可將土工織物制成基本上不能滲透，以防止氮泄漏到地下水。石頭層優(yōu)選至少為5英寸深，更優(yōu)選超過約6英寸深。它優(yōu)選包含集料，優(yōu)選為開 級(jí)4號(hào)碎集料，其中中值直徑為約1. 0(或約0. 8至約1. 2)英寸。優(yōu)選對(duì)集料進(jìn)行洗滌，更 優(yōu)選用水洗滌，以沖洗掉可能在粉碎過程中積累的細(xì)粒。阻塞層4可以為約2英寸至約4 英寸深，優(yōu)選3英寸深，且優(yōu)選還包括集料，更優(yōu)選中值直徑為約0. 25(或約0. 2至約0. 3) 英寸的89號(hào)混合集料。這種集料優(yōu)選有助于限制介質(zhì)5向下遷移到暗渠石頭層3中。優(yōu)選地，介質(zhì)5至少為約15英寸至約36英寸深，優(yōu)選約18英寸深。在磷負(fù)荷集 中的區(qū)域，可增加介質(zhì)深度和調(diào)理物比例以提供更多的吸著能力。為利用更多的介質(zhì)5以 獲得更好的處理性能，可沿著側(cè)面增加介質(zhì)的深度，優(yōu)選增加到典型積水6的深度。這里將描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)的安裝方法的一個(gè)例子。通過挖掘和 填埋準(zhǔn)備好場地后，可將土工織物2放在挖空的地基內(nèi)，以覆蓋備好的區(qū)域的基本上所有 的暴露表面。因此，土工織物2可提供基底和從基底向上延伸的壁。石頭層3的一部分可設(shè)置在這個(gè)基底上。暗渠9可安裝在石頭層3內(nèi)。阻塞層4可放在暗渠石頭層3上，其中 暗渠9在石頭層3內(nèi)。隨后，介質(zhì)5可放在阻塞層4上，優(yōu)選不使用會(huì)使介質(zhì)壓縮的有輪或 有履帶的設(shè)備。介質(zhì)5優(yōu)選允許沉降約15%至約25%，優(yōu)選約20%，直到介質(zhì)5具有所需 的深度。介質(zhì)5優(yōu)選通過足夠的降雨或灌溉進(jìn)行濕潤，以引起沉降至少約10%至約15%， 優(yōu)選約15%，然后再種植一顆或多顆植物材料7。在初始沉降后，可將植物材料7加到系統(tǒng)，以增強(qiáng)磷和氮的去除過程以及隨著沉 淀物的積累維持滲透速度。優(yōu)選地，植物7包括適于該場地的水文管理方案的冷季節(jié)C3草 類和暖季節(jié)C4草類的混合物。具體地講，C4草類Pennesetum alopecuroides (狼尾草)和 Panicumvirgatum(柳枝稷)已被確定能有效促進(jìn)生物截留環(huán)境中的營養(yǎng)物截留?；蛘?，適 于該水文管理方案的木質(zhì)灌木、矮樹叢和小樹也可用作植物材料。這類植物優(yōu)選淺層扎根 以防止被風(fēng)拔起。此外，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，根據(jù)環(huán)境而定，可提供草類、非禾本 草本植物、灌木和樹木的任何組合。在種植植物材料7之后，可放置護(hù)根物8的表面層。護(hù)根物8能防止雨滴沖擊造 成的表面壓緊、表面流入物造成的沖刷和過度的干燥和開裂。為此目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 方案使用幾英寸的良好分級(jí)的細(xì)小砂礫，其中中值直徑為約0. 20英寸至約0. 30英寸，優(yōu)選 約0. 25英寸。護(hù)根物層8的另一個(gè)例子——其優(yōu)選能更好地減少表面堵塞和更多地吸著 金屬陽離子——是熟化的硬木護(hù)根物，它能攔截污水中的大部分懸浮沉淀物。這可有利于 去除積累的沉淀物，作為定期進(jìn)行的護(hù)根物更換過程的一部分。護(hù)根物的選擇可取決于植物材料8。在其中植物材料包括草類的安裝中，優(yōu)選的護(hù) 根物可包括砂礫。由于草能蔓延，它的枯落物可提供其自身的有機(jī)護(hù)根物，而草的高莖密度 可改進(jìn)當(dāng)沉淀物積累時(shí)的滲透速度。對(duì)于灌木和樹木，較低的莖密度在防止堵塞方面可能 不太有效，但可使護(hù)根物容易更換。在這個(gè)種植實(shí)施方案中，可優(yōu)選硬木護(hù)根物。通過穿過介質(zhì)5而得到處理的水流可進(jìn)入暗渠石頭層3。因此，可提供出口系統(tǒng)， 其包括一個(gè)或多個(gè)暗渠9，如穿孔的或開槽的管子，優(yōu)選直徑為約2至約8英寸，以規(guī)則的間 距隔開，優(yōu)選相隔約30英尺或以下。當(dāng)暗渠9較長時(shí)，可優(yōu)選較大的管子和較深的石頭深 度。在較大的系統(tǒng)中，暗渠可通過歧管連接?？蓪登?或歧管)連接到出口系統(tǒng)，使得流 體可從暗渠9內(nèi)流到出口系統(tǒng)中。在氮的截留是重要的且土壤滲透性極高的區(qū)域中，很可能水會(huì)過快地流過可滲透 的土工織物2進(jìn)入土壤1而不能有效截留氮。由于水繞過出口而直接流入土壤1中，因此 較低的出口可能不能控制向土壤1中的流動(dòng)。因此，可將土工織物2制成基本上不能滲透， 以確保所有的水流都通過出口導(dǎo)流，從而它們可通過出口的特性進(jìn)行控制?？蓪⒊隹诠?1 的高度提高到孔203之上，從而使處理過的水可優(yōu)先通過孔203離開出口組件，并進(jìn)入位于 不滲透膜2下方的石頭層204中。這樣，只有完全經(jīng)過處理的水能滲透到土壤中。根據(jù)具有圖1所示構(gòu)造的本發(fā)明示例性實(shí)施方案，污水可通過護(hù)根物8進(jìn)入介質(zhì) 5。隨著污水穿過介質(zhì)5，磷可從污水中被吸附出來。優(yōu)選地，經(jīng)過濾的污水可進(jìn)入暗渠9并 流入出口系統(tǒng)200和流入槽10，然后流入排水管11。出口系統(tǒng)200優(yōu)選控制污水穿過介質(zhì) 5的速度，以增強(qiáng)過濾、吸附和轉(zhuǎn)化。例如，如果污水在介質(zhì)5中被截留更長的時(shí)間，可從污 水除去更多的氮。通過在槽10中提供兩個(gè)或更多個(gè)出口，出口系統(tǒng)200可使污水從暗渠9 向槽10中的流動(dòng)增加。雖然圖中示出了兩個(gè)出口，但應(yīng)理解，出口的數(shù)目可根據(jù)具體應(yīng)用場合的設(shè)計(jì)選擇而變。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的出口系統(tǒng)200在圖2中顯示。介質(zhì)可具有高滲透速 度。在某些情況下，無受控的出口系統(tǒng)的系統(tǒng)所能提供的在介質(zhì)內(nèi)的停留時(shí)間為一個(gè)小時(shí) 或更短。這個(gè)停留時(shí)間可能過短而不能讓依賴于時(shí)間的氮轉(zhuǎn)化(如脫氮作用)有效發(fā)生。 出口系統(tǒng)優(yōu)選提供對(duì)向外流動(dòng)的控制，使其達(dá)到成為介質(zhì)滲透速度的分?jǐn)?shù)的速度，從而延 長在介質(zhì)當(dāng)中的停留時(shí)間長度。有效流出速度可優(yōu)選加以調(diào)整，以提供所需的保留時(shí)間來 促進(jìn)所選擇的氮轉(zhuǎn)化。提供低流動(dòng)控制結(jié)構(gòu)能將保留時(shí)間提高到例如6小時(shí)以上，同時(shí)對(duì) 表面積水深度的影響極低。出口系統(tǒng)優(yōu)選還延長飽和條件的持續(xù)時(shí)間至約6小時(shí)以上、約 12小時(shí)以上或者最長達(dá)一天或更長時(shí)間，從而促進(jìn)脫氮作用的增強(qiáng)。參考圖2，系統(tǒng)200的布置能在盛行降雨更為強(qiáng)烈的情況中或者在發(fā)源區(qū)與設(shè)施 大小的比例較高的情況中讓流出速度得到提高。或者，在天然土壤中的滲透速度高的情況 中，可對(duì)低流動(dòng)出口進(jìn)行限制。出口優(yōu)選還可進(jìn)行調(diào)節(jié)以響應(yīng)各種條件隨時(shí)間推移的變化。出口系統(tǒng)200可包括預(yù)形成的槽，如混凝土槽10，優(yōu)選其尺寸設(shè)置成對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn) 的街道進(jìn)口。槽10可通過出口管11排水，該管可按照本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟悉的標(biāo)準(zhǔn)路 線選擇方法確定大小。出口系統(tǒng)200可包括一個(gè)或多個(gè)在側(cè)面上的中間水流出口 12，靠近 槽10的頂部有格柵13以輸送大水流事件，所有的都優(yōu)選按照本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟悉的 標(biāo)準(zhǔn)路線選擇方法確定大小。出口 12優(yōu)選在護(hù)根物層8的表面上方約6英寸至約M英寸， 更優(yōu)選約9英寸至約12英寸。暗渠9 (或歧管)可穿過槽10并在三通管14終止。具有縮徑襯套和水龍頭組件 16的回轉(zhuǎn)彎管15可提供在三通管14的另一端，且可由優(yōu)選具有孔口 17的端蓋終止。優(yōu)選 通過以特定鉆孔大小對(duì)其中央襯套鉆孔來使孔口 17可調(diào)節(jié)到中間結(jié)果(issue)?？紤]到向天然土壤中的滲透和提供飽和區(qū)的需求，孔口 17的大小和高度可優(yōu)選 由本領(lǐng)域技術(shù)人員精確設(shè)計(jì)，以提供飽和區(qū)和一旦系統(tǒng)已排水到下面討論的上出口以下時(shí) 延長在介質(zhì)當(dāng)中的保留時(shí)間。通過將濾網(wǎng)18固定在水龍頭16上方，可防止孔口 17被表面 水流堵塞。來自暗渠9并從出口排出的水流可優(yōu)選被介質(zhì)過濾。下升管18可從三通管14向上延伸，在柔性縮徑接頭21終止，并用管箍固定。上 升管M尺寸可設(shè)置成使得它至少部分地配合在下升管18內(nèi)部。上升管M可優(yōu)選用管箍 22連接到縮徑接頭20，這優(yōu)選有利于調(diào)節(jié)上升管M和下面討論的其出口組件的暴露長度。 可提供松的接頭支架23以將上升管M保持連接到槽10的壁，同時(shí)允許按需或按要求調(diào)整 其高度。上出口組件優(yōu)選包含于上升管M連接的彎管25，在彎管25上設(shè)置有端蓋26。端 蓋沈可鉆孔或切割以使大小適合為特定安裝設(shè)計(jì)的出口。濾網(wǎng)沈可優(yōu)選固定在水龍頭25 的末端上，以防止水龍頭25堵塞?？蓛?yōu)選由本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)置端蓋沈的大小并確定其高度，以優(yōu)化積水時(shí)間和 深度，以便在處理大事件的同時(shí)留住盡可能多的徑流。在典型降雨強(qiáng)度的暴雨事件中，表面 可積水在出口的高度上方達(dá)M英寸之高。這可造成積水深度增加，從而造成有效水頭相應(yīng) 增加。結(jié)果，由下出口 201控制的原來低的滲濾速度可例如根據(jù)Darcy定律由通過上出口 202的水流補(bǔ)充，使得水流速度可為正常低水流排放速度的許多倍。上出口 202高度可調(diào)節(jié) 的好處可以是，可操縱其高度以響應(yīng)介質(zhì)中滲透速度隨時(shí)間推移的變化。隨著沉淀物積累和飽和水力傳導(dǎo)率下降，可降低上出口 202的高度以增加有效水頭，從而維持有效滲透響 應(yīng)。這可使得能夠根據(jù)介質(zhì)的穩(wěn)定化特性進(jìn)行適應(yīng)性管理以獲得最佳性能。在氮的截留是重要的且土壤滲透性極高的區(qū)域中，可將土工織物2制成基本上不 能滲透，以確保所有的水流都通過出口導(dǎo)流，從而它們可通過出口的特性進(jìn)行控制。經(jīng)處理 的水然后可通過孔203離開出口組件，并進(jìn)入位于不滲透膜2下方的石頭層204中。這樣， 只有完全經(jīng)過處理的水能滲透到土壤中。出口系統(tǒng)200優(yōu)選提供了一種方式，以不僅能調(diào)節(jié)小的頻繁水流以增強(qiáng)氮去除， 而且還能利用介質(zhì)的快速滲透速度的能力來處理含有仍需要進(jìn)行過濾的顆粒狀物質(zhì)的短 暫高水流。由于能夠調(diào)整出口系統(tǒng)200的孔口的高度和直徑，可以讓根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能 響應(yīng)介質(zhì)滲透速度或設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)的變化。與介質(zhì)吸著和滲透響應(yīng)的改進(jìn)相結(jié)合，出口系 統(tǒng)200的各實(shí)施方案的出口構(gòu)造與具有非本發(fā)明的介質(zhì)的自由排放系統(tǒng)相比能改進(jìn)營養(yǎng) 物截留。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的水處理生物截留系統(tǒng)300在圖3中顯示。水處理系 統(tǒng)300可包括至少一顆樹木或灌木27。系統(tǒng)300在下文中將稱為種植裝置300。這種實(shí)施 方案在空間有限或者狹窄的場所如城市環(huán)境中會(huì)是有利的。參見圖3，種植裝置300的植 物材料可包括適于水文管理方案的樹木或灌木27。對(duì)于相同的介質(zhì)面積，樹木和灌木提供 的蒸散會(huì)比草更多，因此可改善總體保濕性。適合于種植裝置300的樹木的例子包括Acer rubrum(紅槭)、Platanus acerifolia (倫敦懸鈴木)禾口 Quercus palustris (沼生櫟)。 但是應(yīng)理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，也可使用其他的樹木和灌木。圍繞著樹木，可提供冷季節(jié)C3草和暖季節(jié)C4草的混合物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施方案，暖季節(jié)草C4可包括Pennesetumalopecuroides (狼尾草)和/或Panicum virgatunK柳枝稷)，本發(fā)明人確定它們能有效促進(jìn)營養(yǎng)物截留。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方 案，可將4號(hào)石頭或其他疏松地被放置在樹木27周圍以填充該結(jié)構(gòu)。這優(yōu)選允許空氣和水 進(jìn)入，同時(shí)防止水處理介質(zhì)被來往的腳步壓實(shí)。采用4號(hào)石頭的布置方案可能比較便宜，但 它也可能在營養(yǎng)物去除上不太有效，而且可能提供較少的表面積水體積。參見圖3，天然土壤1可優(yōu)選通過高滲透性多孔混凝土結(jié)構(gòu)觀與介質(zhì)隔開，該結(jié)構(gòu) 優(yōu)選防止周圍土壤遷移到介質(zhì)和石頭中，同時(shí)允許介質(zhì)和石頭慢慢排水到土壤中。該結(jié)構(gòu) 可被格柵四覆蓋，該格柵的開口小得足以便于人行人往，但又大得足以讓空氣和水不受阻 礙地進(jìn)入。格柵四可優(yōu)選還具有供樹木從中延伸出來的開口 30。優(yōu)選地，格柵四可設(shè)置 成與人行道31齊平。如圖所示，格柵四對(duì)于不包括圍繞著樹木27的石頭的系統(tǒng)來說會(huì)是 特別有利的。石頭層32可優(yōu)選至少約3英寸深，更優(yōu)選約4英寸深，且可優(yōu)選包括中值直徑為 約0. 8英寸至約1. 2英寸、優(yōu)選約1. 0英寸的開級(jí)4號(hào)碎集料。集料可優(yōu)選用足夠的水洗 滌以沖洗掉在粉碎過程中積累的細(xì)粒。集料可被優(yōu)選約1. 5英寸至約2. 5英寸深、優(yōu)選約2 英寸深的阻塞層33覆蓋。阻塞層33可優(yōu)選包括中值直徑為約0. 2英寸至約0. 3英寸、優(yōu) 選約0. 25英寸的89號(hào)混合集料，這可限制介質(zhì)向下遷移到石頭層32。石頭層32可優(yōu)選通 過直徑至少約1英寸、更優(yōu)選約2英寸的穿孔暗渠34進(jìn)行排水，該暗渠可連接到溢流豎管 35中的出口系統(tǒng)350，這在下面更詳細(xì)討論且在圖4中更詳細(xì)描繪。介質(zhì)層36可放在阻塞層32上，優(yōu)選不使用會(huì)使介質(zhì)壓縮的有輪或有履帶的設(shè)備。在允許介質(zhì)沉降約20%后，介質(zhì)的深度可優(yōu)選至少為約18英寸，優(yōu)選約M英寸。在磷負(fù)荷 集中的區(qū)域，可根據(jù)場地的具體要求操縱介質(zhì)36的深度和調(diào)理物的組成和比例以提供更 多的吸著能力。來自街道37的流入物可通過高度滲透性的多孔混凝土路緣區(qū)38收集，該路緣允 許受污染的徑流直接進(jìn)入，而又能防止粗碎片如樹葉和垃圾堵塞介質(zhì)36?；蛘?，徑流通過位 于系統(tǒng)300上游的標(biāo)準(zhǔn)路緣進(jìn)口系統(tǒng)收集。可將最受污染的“初次奔流”和低水流從上游 進(jìn)口選擇性轉(zhuǎn)到歧管系統(tǒng)中，該上游進(jìn)口由具有穿過其中的孔或槽40的管子39分布。孔 40可優(yōu)選由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定尺寸，以將水流在幾個(gè)不同高度的種植單元之間基本上相 等地分布。在管子39下方和/或在多孔混凝土流入?yún)^(qū)38近旁可放置非生物可降解的草皮 加強(qiáng)墊41，以防止?jié)饧牧魅胛锏母g和沖刷。圖4中大體顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的具有上出口 352和下出口 351的出 口系統(tǒng)350。出口系統(tǒng)350可包括升管42，其優(yōu)選包含塑料。管42可優(yōu)選包括約10英寸 至約18英寸、優(yōu)選12英寸的直徑。該出口還可包括被密封以防止不受控制地失水的端蓋 43。為輸送溢水，積聚在表面的徑流可通過格柵44進(jìn)入管42的頂端35，該格柵可決定該豎 管的溢水高度。這些水流優(yōu)選通過出口管45從系統(tǒng)300輸送出去。來自暗渠34的流入物可在防水壁配件46中穿過端蓋43。暗渠34可優(yōu)選在彎管 47中終止，在該彎管上可固定有三通管48。具有縮徑襯套和水龍頭組件50的回轉(zhuǎn)彎管組 件49可提供在三通管48的另一端，且可由孔口 51終止?？蓛?yōu)選通過以特定鉆孔大小(如 對(duì)下孔口 51所施加)對(duì)其中央襯套鉆孔來使孔口 51可調(diào)節(jié)到中間大小?？s徑襯套和水龍頭組件50可優(yōu)選設(shè)置在彎管組件49的末端并由優(yōu)選包括孔口 51 的襯套組件50終止?？紤]到向天然土壤中的滲透和提供飽和區(qū)的機(jī)會(huì)，孔口 51的大小和 高度可優(yōu)選由本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計(jì)，以提供飽和區(qū)和一旦系統(tǒng)已排水到下面討論的上出口 352以下時(shí)延長在介質(zhì)當(dāng)中的保留時(shí)間。可優(yōu)選通過在該水龍頭上提供濾網(wǎng)52來防止孔口 51被堵塞，其中該濾網(wǎng)可優(yōu)選固定到該水龍頭上。從出口 352出來的水流優(yōu)選已經(jīng)被介質(zhì) 過濾ο下出口可進(jìn)行調(diào)節(jié)以響應(yīng)場地滲透速度。在滲透性土壤中，該出口可以是狹窄的 和/或升高的，從而增加所滲透的被處理水的體積。在排水不良的土壤中，該出口可以是擴(kuò) 大的和/或放低的，從而增加水流速度而減少儲(chǔ)存體積。這樣，可使該系統(tǒng)的響應(yīng)適合于場 地中碰到的條件，以提供一致的響應(yīng)。下升管53可從三通管48向上延伸并在柔性縮徑配件55終止，并可優(yōu)選用管箍M 固定。上升管58可優(yōu)選構(gòu)造和布置成至少部分地配合在下升管52內(nèi)部。上升管55可優(yōu) 選用管箍M連接到縮徑配件53。管箍M可優(yōu)選利于調(diào)整上升管55的暴露長度?？稍O(shè)置 松的接頭支架56以將上升管55固定到結(jié)構(gòu)壁42。上出口組件352可優(yōu)選包括靠近上升管55的頂部的彎管57，在其當(dāng)中優(yōu)選可固定 縮徑襯套58。水龍頭59可優(yōu)選插入穿過縮徑襯套58?？赏ㄟ^在水龍頭59末端上方提供 濾網(wǎng)60來防止水龍頭59被堵塞。優(yōu)選地，濾網(wǎng)60可固定到水龍頭59上?？蓛?yōu)選通過添 加具有由特定鉆孔大小(如對(duì)下孔口 51所施加)形成的孔口的端蓋來使水龍頭59可調(diào)節(jié) 到中間大小。可優(yōu)選由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員設(shè)置端蓋60的大小并確定其高度，以優(yōu)化積水時(shí)間和深度，以便在處理大事件的同時(shí)留住盡可能多的徑流。在典型降雨強(qiáng)度的暴雨事件中， 表面可積水在上出口 352的高度上方。這可造成積水深度增加，從而造成有效水頭相應(yīng)增 加。結(jié)果，根據(jù)Darcy定律，由下出口 351控制的原來低的滲濾速度增加，使得上出口 352 的水流速度可為低水流排放速度的許多倍。上出口高度靈活調(diào)節(jié)的潛在好處可以是，可調(diào) 節(jié)其高度以響應(yīng)滲透速度隨時(shí)間推移可能出現(xiàn)的變化。隨著沉淀物積累和飽和水力傳導(dǎo)率 下降，可降低出口以增加有效水頭，從而維持有效滲透響應(yīng)。這可使得能夠根據(jù)介質(zhì)的穩(wěn)定 化特性進(jìn)行適應(yīng)性管理以提高性能。出口系統(tǒng)優(yōu)選提供了一種方式，以不僅能調(diào)節(jié)小的頻繁水流以增強(qiáng)氮去除和響應(yīng) 場地滲透速度，而且還能利用介質(zhì)的快速滲透速度的能力來處理含有仍需要進(jìn)行過濾的顆 粒狀物質(zhì)的短暫高水流。由于能夠調(diào)整孔口的高度和直徑，可以讓系統(tǒng)能響應(yīng)介質(zhì)滲透速 度或設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)的變化。與介質(zhì)吸著和滲透響應(yīng)的改進(jìn)相結(jié)合，出口系統(tǒng)的各實(shí)施方案 的出口構(gòu)造與具有非本發(fā)明的介質(zhì)的自由排放系統(tǒng)相比能改進(jìn)營養(yǎng)物循環(huán)(repetition)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，生物截留系統(tǒng)可適合進(jìn)行廢水和/或暴雨水處理。 本文描述的水處理介質(zhì)的各種例子可增強(qiáng)磷從這些廢水流中的除去。優(yōu)選地，介質(zhì)能使磷 截留，同時(shí)提供快速排水。經(jīng)過介質(zhì)的水流優(yōu)選由根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的出口系統(tǒng) 進(jìn)行控制，以延長停留時(shí)間以便在小的事件中改善除氮作用，這些事件構(gòu)成年徑流量的大 部分。出口系統(tǒng)可優(yōu)選被設(shè)計(jì)和構(gòu)造成在較大的事件中允許高水流通過，從而使系統(tǒng)能夠 處理更大的事件，使未被處理的旁通流減至最低。減少城市徑流可溶性磷(P)負(fù)荷對(duì)于使下游淡水水體的損害減至最低是重要的。 雖然新建的生物截留系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的磷截留高，但通常在生物截留系統(tǒng)中使用在壤質(zhì)沙介質(zhì)中 的磷截留可持續(xù)高達(dá)并有時(shí)超過五年的城市徑流負(fù)荷。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能用水處理殘余 物、紅泥和/或紅壤土壤、高鐵含量的黏土進(jìn)行調(diào)理。還確定，在沒有植物幫助截留暴雨水濃度下的磷的情況下，典型的生物截留介質(zhì) 的能力在幾年后可能會(huì)耗盡。但是，植物的存在可相當(dāng)多地增大磷的截留，遠(yuǎn)超出吸收所實(shí) 現(xiàn)的截留。應(yīng)理解，下文提供的實(shí)施例僅僅出于說明目的，是根據(jù)具體應(yīng)用場合進(jìn)行的設(shè)計(jì) 選擇，不應(yīng)理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。用27個(gè)MOL大小的生物截留圍隔研究根據(jù)本發(fā)明的生物截留系統(tǒng)的水力學(xué)響應(yīng) 和溶解氮和磷截留。介質(zhì)包含紅壤土壤、紅泥和水處理殘余物(WTR)，它們與沙和椰纖維泥 煤組合。除了一個(gè)處理方案沒有植被(光禿)之外，其他所有處理方案都種植上灌木和草。 表1給出各個(gè)處理方案的介質(zhì)組成。表1 各個(gè)處理方案的介質(zhì)組成。礦物質(zhì)比例以重量計(jì)，由草酸可提取的鐵和鋁測
定。椰纖維泥煤比例以體積計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種水處理系統(tǒng)，用于將物質(zhì)從流入所述系統(tǒng)的水中除去，所述系統(tǒng)包括包括側(cè)壁、底部和進(jìn)口的水處理室；至少一個(gè)包含被配制用來截留磷的介質(zhì)的截留層，所述介質(zhì)包含在所述水處理室當(dāng)中 的水處理殘余物、紅泥、紅石膏和富鐵或富鋁土壤中的至少一種，所述截留層位置設(shè)定成能 從所述進(jìn)口接受水；位于所述截留層下方的排水層，其被構(gòu)造和布置成使得通過所述截留層處理的水可被 排水系統(tǒng)收集；位于所述進(jìn)口和截留層下方和在排水層內(nèi)的排水系統(tǒng)，該排水層被構(gòu)造和布置成使得 待處理的水可從所述進(jìn)口通過所述截留層流到所述排水系統(tǒng)；所述排水系統(tǒng)被構(gòu)造成能將穿過所述截留層的水引導(dǎo)到所述水處理室之外；和所述截留層能在M小時(shí)內(nèi)有效處理厚度至少M(fèi)英寸以上的穿過該層的水，這種水的 氮含量至少為0. SOmg-F1和/或磷含量至少為0. SOmg-r1，且降低該氮含量至少40%或降 低該磷含量至少90%。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述截留層至少12英寸厚。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述水處理室的壁基本上不能滲透水流，而底部可使水流 滲透出所述室。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述排水系統(tǒng)包括排水管道的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一個(gè)管道延 伸通過所述水處理室并穿出所述水處理室，且用流動(dòng)控制機(jī)構(gòu)終止，所述機(jī)構(gòu)被構(gòu)造和布 置成能自動(dòng)調(diào)節(jié)水以不同的流動(dòng)速度流出所述水處理室，這些速度與流過所述過濾層的水 壓頭成比例。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述流動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括從與至少第一和第二出口開口成流 體連通的所述水處理室接受水的管子，該第二出口開口設(shè)置在高于第一出口開口高度的高 度處，使得在第一壓力下，水將僅從下出口開口流出，但在足夠高的第二壓力下，水將從兩 個(gè)出口開口流出。
6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其包括在從所述進(jìn)口接收水的所述水處理室中的介質(zhì)和有效量 和類型的在所述介質(zhì)中生長以幫助去除氮和/或磷污染物的植物。
7.—種處理水的方法，所述方法包括形成包含被配制用來截留磷的介質(zhì)的截留層， 所述介質(zhì)包含水處理殘余物、紅泥、紅石膏和富鐵或富鋁土壤中的至少一種；引導(dǎo)雨水徑流 或廢水的進(jìn)口，這種水的氮含量為至少0. SOmg-r1或以上或者磷含量為至少0. SOmg-F1Jf 所述水導(dǎo)向所述截留層；和讓所述水向下流動(dòng)通過所述過濾層以減少該氮含量至少50% 和減少該磷含量至少90%。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述雨水徑流或廢水的氮含量為至少0. SOmg-F1或者磷含 量為至少0. SOmg-r1，將所述水導(dǎo)向所述截留層；和讓所述水向下流動(dòng)通過所述截留層以 減少該氮含量至少60%和減少該磷含量至少90%。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述雨水被從鋪砌街道導(dǎo)向所述截留層。
10.權(quán)利要求7的方法，其中一顆或多顆植物被種植在所述截留層之上并幫助從水中 去除氮和/或磷的過程。
11.一種處理廢水的方法，所述方法包括向面積至少為36平方英尺的過濾層上每小 時(shí)導(dǎo)入至少36立方英尺的廢水體積，按1英尺的深度乘以所述過濾層的面積計(jì)，所述水含有磷和氮，所述過濾層包含被配制用于截留磷的介質(zhì)，所述介質(zhì)包含水處理殘余物、紅泥、 紅石膏和/或富鐵或富鋁土壤中的至少一種；讓所述水通過所述介質(zhì)以減少該氮含量至少 60%或者減少該磷含量至少90%。
12.一種處理水的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括包含被配制用來截留磷的介質(zhì)的截留層，所述介質(zhì)包含水處理殘余物、紅泥、紅石膏或 者富鐵或富鋁土壤中的至少一種；至少一個(gè)位于所述過濾層下方的排水管，所述排水管被 構(gòu)造和布置成能將水從所述過濾層的底部排出；所述排水管延伸到出口系統(tǒng)，所述出口系統(tǒng)包括與所述排水管成流體連通的至少第一 和第二開口，所述第二開口的高度在所述第一開口之上。
13.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述第一開口與導(dǎo)管成流體連通并在該導(dǎo)管的遠(yuǎn)端，所 述第一開口的高度可通過選擇性旋轉(zhuǎn)該導(dǎo)管而進(jìn)行選擇性調(diào)節(jié)。
14.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述第二開口與導(dǎo)管成流體連通并在該導(dǎo)管的遠(yuǎn)端，所 述第二開口的高度可通過選擇性移動(dòng)該導(dǎo)管而相對(duì)于所述第一開口的高度進(jìn)行選擇性調(diào) 節(jié)。
15.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述第二開口的高度基本上在所述截留層的高度內(nèi)或者 甚至在所述截留層的高度之上。
16.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述截留層包含一層土壤，該層土壤在包含被配制用來 進(jìn)行磷截留的基質(zhì)的層上方，所述介質(zhì)包含水處理殘余物、紅泥、紅石膏或者富鐵或富鋁土 壤中的至少一種，和有效量和類型的在所述介質(zhì)中生長以幫助從水中去除氮和/或磷污染 物的植物，且所述第二開口的高度在所述介質(zhì)層內(nèi)或者之上。
全文摘要
本發(fā)明提供用于從污水如廢水和暴雨水去除磷、氮和其他物質(zhì)的生物截留系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可包括包含水處理殘余物和其他填料如土壤的過濾介質(zhì)。植物可在土壤中生長。所述系統(tǒng)還可包括排水系統(tǒng)以調(diào)節(jié)流出，以在水流通量低和高的時(shí)候都發(fā)揮作用。
文檔編號(hào)B01D33/70GK102149441SQ200980123416
公開日2011年8月10日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者威廉·盧卡斯 申請人:威廉·盧卡斯