CN109368804B - 一种人工湿地生态净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境治理领域,提供了一种人工湿地生态净化系统,包括:入口沉砂池,入口沉砂池设置有出水口;设置有布水口的植被处理区;植被处理区由边缘向内依次分布有:间歇干旱沼泽区、水体区,间歇干旱沼泽区的底部高于常水位第一预定距离,间歇干旱沼泽区蓄水时最高可达到溢流水位;间歇干旱沼泽区干旱时,水体区的水位不高于常水位;用于导出间歇干旱沼泽区的蓄水的排水机构,排水机构包括:湿地净化水出水管,湿地净化水出水管设置有用于控制间歇干旱沼泽区水位的出水孔,出水孔的顶部与间歇干旱沼泽区的溢流水位齐平,出水孔的底部与常水位齐平。本发明提供的人工湿地生态净化系统主要针对雨水水质及水量的特点,具有较好的去污效果。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理领域,具体涉及一种人工湿地生态净化系统。
背景技术
湿地是指每年在足够长的时间内均具有浅的表面水层,能维持大型水生植物的生长的生态系统。湿地包括自然湿地和人工湿地。自然湿地是在自然条件下形成的,因此在形成地点、形成面积、生物种类多样性等方面往往是一个不可控制的环境。人工湿地是根据自然湿地模拟的人工生态系统,其能够在人为的控制之下,使得湿地内部生态系统呈现多种多样的生物种类,目前在城市污废水处理应用较为广泛。
人工湿地净化污废水的原理是:投放到人工湿地的废水被着生在基质中的水生植物根系吸收。由于水生植物的根际和根面发生着丰富、多种多样的生物化学作用,能够将废水中的有机污染物降解、无机化,释放出二氧化碳。释放出的二氧化碳被植物吸收进行光合作用。在进行光合作用时,由水作供氢体,还原二氧化碳合成有机物,构成植物自身的细胞。光合作用放出的氧气不仅能供植物根系进行呼吸,而且还能供给好氧微生物进行有机物的分解。而有机物被好氧微生物分解、矿化成的无机物(如:氮和磷)为植物首要的营养元素,从而被植物根系吸收。
因此,人工湿地实际是利用基质-微生物-植物的复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,共同使污废水高效净化。由于雨水也是水资源循环中的一部分,将雨水经过处理后使用,是解决城市水资源短缺的一种方法。
但目前现有技术中,大多数人工湿地生态净化系统在处理雨水时的设计仍套用常规污水处理的设计理论、参数和计算方法。而大量实际经验表明,由于雨水的进水水质、水量具有随机性、不稳定性的特点,即使具有相同的水力停留时间、平均污染物负荷、水深、填料、坡度等设计参数,在相对恒定的常规污废水处理上,人工湿地在去除雨水污染物的效果具有明显差异。这是因为,与常规污废水相比,雨水在刚降落到地面时水质较好,主要是在降落到地面形成径流的过程中被污染的。雨水径流主要污染物是泥沙悬浮固体,径流中又含有相当数量的粘土矿物质和有机、无机胶体。悬浮固体能够与径流中的粘土矿物质、有机胶体、无机胶体产生吸附、络合作用,同时又能够吸附其他污染物,因此悬浮固体成为许多污染物的载体。因此,最大限度地拦截地表径流中的悬浮固体对控制雨水污染具有重要意义。另外,雨水中氮磷营养盐是造成水体富营养化的主要化合物,富营养化的直接后果是水藻类植物暴长,水体含氧量急剧下降,导致鱼类、贝类等水族动物因缺氧死亡。
由此可见,雨水的污染物特点与传统污废水差别较大,因而研究一种有效去除雨水中污染物质的人工湿地生态净化系统尤为重要。
发明内容
为实现上述目的,本申请提供了如下的技术方案:
一种人工湿地生态净化系统,包括:用于去除水中悬浮固体的入口沉砂池,所述入口沉砂池设置有出水口;设置有布水口的植被处理区,水体经所述入口沉砂池的出水口进入所述植被处理区的布水口,流入所述植被处理区;所述植被处理区由边缘向内依次分布有:间歇干旱沼泽区、水体区,所述间歇干旱沼泽区的底部高于常水位第一预定距离,所述间歇干旱沼泽区蓄水时最高可达到溢流水位;所述间歇干旱沼泽区干旱时,所述水体区的最高水位不高于所述常水位,所述水体区的最低水位低于常水位第二预定距离;
用于导出间歇干旱沼泽区的蓄水的排水机构,所述排水机构包括:
湿地净化水出水管,所述湿地净化水出水管设置有用于控制所述间歇干旱沼泽区水位的出水孔,所述出水孔的顶部与所述间歇干旱沼泽区的溢流水位齐平,所述出水孔的底部与所述常水位齐平。
作为一种优选的实施方式,所述湿地净化水出水管具有上端和下端,自上端至下端设置有若干个出水孔,其中最上端的所述出水孔与所述间歇干旱沼泽区的溢流水位齐平,最下端的所述出水孔与所述常水位齐平。
作为一种优选的实施方式,所述湿地净化水出水管的所述出水孔的开孔面积计算公式为:
式中,A0表示单个所述出水孔的开孔面积,单位为m2;
Q1表示单个所述出水孔设计水力停留时间下对应的流量,单位为m3/s;
Cd表示出流系数,取值0.6;
g表示重力加速度,单位为m/s2;
h表示所述单个所述出水孔的中心以上水的深度,单位为m。
作为一种优选的实施方式,所述湿地净化水出水管控制水力停留时间在48-72小时。
作为一种优选的实施方式,所述湿地净化水出水管的出水孔的排水流量小于所述间歇干旱沼泽区的蓄水流量,所述间歇干旱沼泽区在蓄水时,所述水体区由好氧环境向厌氧环境转变;
在所述湿地净化水出水管导出所述间歇干旱沼泽区的蓄水的过程中,水体由厌氧环境向好氧环境转变。
作为一种优选的实施方式,所述入口沉砂池还设置有:溢流堰和溢流渠;
当入口沉砂池内的水到达溢流水位后,水将从所述溢流堰流入所述溢流渠,所述溢流堰的溢流水位与所述间歇干旱沼泽区的溢流水位相同。
作为一种优选的实施方式,所述间歇干旱沼泽区具有第一预定坡度,所述水体区具有第二预定坡度,且各个区的地形变化坡度一致。
作为一种优选的实施方式,所述第一预定坡度不大于1:5,所述第二预定坡度不大于1:8。
作为一种优选的实施方式,所述排水机构还包括:出水连通管、出水井;
所述出水连通管具有导出所述植被处理区的出水端和将水体导入到所述出水井的进水端,所述出水连通管的出水端不低于所述常水位,所述进水端的高度低于所述出水端的高度,所述出水连通管上设置有用于打开或关闭的阀门。
作为一种优选的实施方式,所述排水机构还包括用于排放所述人工湿地积水的检修放空管,所述检修放空管上设置有检修阀门,所述检修放空管的位置不高于所述水体区的最低水位,所述检修放空管连通所述出水井出水管。
作为一种优选的实施方式,所述检修放空管的截面积计算公式为:
式中,A2表示为所述检修放空管的截面积,单位为m2;
Q2表示湿地常水位设定排空时间内对应的流量,单位为m3/s;
n取0.012;
R表示水力半径(放空管截面积/湿周),单位为m;
s取0.5%。
作为一种优选的实施方式,所述入口沉砂池设置有溢流渠;所述湿地净化水出水管连通出水井出水管,所述出水井出水管连通所述溢流渠。
作为一种优选的实施方式,所述人工湿地面积的计算公式为:
式中,S表示湿地面积,单位为m2;
Q表示人工湿地年流量,单位为m3/a;
q表示湿地年平均水力负荷,单位为m/a;
其中,q可根据以下三个公式求出:
Ci(总悬浮物)/Co(总悬浮物)=78q0.33Ci(总磷) -0.49或者Ci(总磷)/Co(总磷)=12q0.44或者Ci(总氮)/Co(总氮)=14q0.43;
式中Ci(总悬浮物),Ci(总磷),Ci(总氮)分别表示进入人工湿地雨水中总悬浮物、总磷、总氮的平均进水浓度,单位为g/m3;
Co(总悬浮物),Co(总磷),Co(总氮)分别表示设计人工湿地总悬浮物、总磷、总氮的平均出水浓度,单位为g/m3。
作为一种优选的实施方式,所述水体区包括第一水体区和第二水体区;
其中,所述第一水体区与所述第二水体区分别位于所述间歇干旱沼泽区的底部两侧,所述间歇干旱沼泽区的底部设置有连通渠,所述第一水体区和所述第二水体区通过所述连通渠连通。
作为一种优选的实施方式,所述人工湿地的底部可换填不小于300mm厚的粘土。
有益效果:
本申请实施方式的人工湿地生态净化系统,具有植被处理区,通过设计有入口沉砂池,能够有效去除雨水中的较大粒径的悬浮固体,从而防止雨水中携带的沙粒对植被处理区的植物造成冲刷及植被被大颗粒沉积物阻塞窒息。植被处理区设计有特殊区域:间歇干旱沼泽区、水体区。其中,所述间歇干旱沼泽区在降雨时能够蓄水。
本申请提供的排水机构设置有湿地净化水出水管,能够控制间歇干旱沼泽区的水位,使得间歇干旱沼泽区能够有充足的蓄水时间,又能在设计水力停留时间内排出蓄水,恢复到干旱状态,从而为雨水的脱氮除磷过程营造交替的好氧环境、厌氧环境。
间歇干旱沼泽区在蓄水达到一定水位后,水体区为缺氧环境,甚至其水位较深的区域可以营造厌氧环境;在厌氧条件下,除磷菌能分解体内的聚磷酸盐以便获取能量,同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外;所述间歇干旱沼泽区在排水状态下能够恢复到干旱状态,此时水体区水位较浅的区域和间歇干旱沼泽区营造了好氧环境,土壤中除磷菌能将水体中的磷元素吸入体内,绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内,并产生富磷污泥沉积在湿地底部,从而将磷元素锁在湿地的土壤中。厌氧/好氧条件的交替,创造出适合除磷菌的生长环境。间歇干旱沼泽区在无降雨流入的时间内都可以保持干旱状态,而附近大面积的水体区水位较浅的区域,有利于空气中氧气融入水体保持好氧状态,从而有效防止底部污泥中的磷二次返回到水体中。
间歇干旱沼泽区在蓄水前,空气中的氧气可溶于水体区内水位较浅的区域,浅水区中的微生物以及植物将氧气输送到根区,形成了根表面的氧化状态,为好氧自养型微生物提供了有氧环境,含氮有机物则被浅水区的硝化细菌硝化为无机盐,即亚硝酸盐和硝酸盐;而离植物根系较远的深水区或者由于间歇干旱沼泽区在蓄水时水位的增加导致氧气浓度逐渐降低,为异养型微生物提供了缺氧环境,通过反硝化细菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮,从而使氮元素最终以氮气的形式释放到大气中。因此雨水通过依次经过好氧环境、缺氧环境、厌氧环境时能够有效去除掉水体中的氮、磷元素。
参照后文的说明和附图,详细公开了本申请的特定实施方式,指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解,本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内,本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用,与其它实施方式中的特征相组合,或替代其它实施方式中的特征。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
图1为本申请实施方式中的人工湿地生态净化系统示意图;
图2为本申请实施方式中的人工湿地生态净化系统断面图;
图3为本申请实施方式中的植被处理区出口与出水井连接断面图。
附图标记说明:1、入口沉砂池;2、出水口;3、进水连通渠;4、植被处理区的布水口;5、间歇干旱沼泽区;601、第一水体区;602、第二水体区;7、出水连通管;8、出水井;9、溢流堰;10、溢流渠;11、人行观景步道;12、亲水栈道;13、阀门;14、湿地净化水出水管;15、检修放空管;16、检修阀门;17、出水井出水管;18、连通渠;H1、常水位;H2、溢流水位。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式,对本发明的技术方案作详细说明,应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。
需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1和图2,本申请实施方式提供了一种人工湿地生态净化系统,包括:用于去除水中悬浮固体的入口沉砂池1,所述入口沉砂池1设置有出水口2;设置有布水口的植被处理区,水体经所述入口沉砂池的出水口2进入所述植被处理区的布水口4,流入所述植被处理区;所述植被处理区由边缘向内依次分布有:间歇干旱沼泽区5、水体区,所述间歇干旱沼泽区5的底部高于常水位H1第一预定距离,所述间歇干旱沼泽区5蓄水时最高可达到溢流水位;所述间歇干旱沼泽区5干旱时,所述水体区的最高水位不高于所述常水位H1,所述水体区的最低水位低于常水位H1第二预定距离;用于导出间歇干旱沼泽区5的蓄水的排水机构,所述排水机构包括:湿地净化水出水管14,所述湿地净化水出水管14设置有用于控制所述间歇干旱沼泽区5水位的出水孔,所述出水孔的顶部与所述间歇干旱沼泽区5的溢流水位H2齐平,所述出水孔的底部与所述常水位H1齐平。
本申请实施方式的人工湿地生态净化系统,具有植被处理区,通过设计有入口沉砂池1,能够有效去除雨水中的较大粒径的悬浮固体,从而防止雨水中携带的沙粒对植被处理区的植物造成冲刷及植被被大颗粒沉积物阻塞窒息。植被处理区设计有特殊区域:间歇干旱沼泽区5、水体区。其中,所述间歇干旱沼泽区5在降雨时能够蓄水。
本申请提供的排水机构设置有湿地净化水出水管14,能够控制间歇干旱沼泽区5的水位,使得间歇干旱沼泽区5能够有充足的蓄水时间,又能在设计水力停留时间内排出蓄水,恢复到干旱状态,从而为雨水的脱氮除磷过程营造交替的好氧环境、厌氧环境。
间歇干旱沼泽区5在蓄水达到一定水位后,水体区为缺氧环境,甚至其水位较深的区域可以营造厌氧环境;在厌氧条件下,除磷菌能分解体内的聚磷酸盐以便获取能量,同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外;所述间歇干旱沼泽区5在排水状态下能够恢复到干旱状态,此时水体区水位较浅的区域和间歇干旱沼泽区5营造了好氧环境,土壤中除磷菌能将水体中的磷元素吸入体内,绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内,并产生富磷污泥沉积在湿地底部,从而将磷元素锁在湿地的土壤中。厌氧/好氧条件的交替,创造出适合除磷菌的生长环境。间歇干旱沼泽区5在无降雨流入的时间内都可以保持干旱状态,而附近大面积的水体区水位较浅的区域,有利于空气中氧气融入水体保持好氧状态,从而有效防止底部污泥中的磷二次返回到水体中。
间歇干旱沼泽区5在蓄水前,空气中的氧气可溶于水体区内水位较浅的区域,浅水区中的微生物以及植物将氧气输送到根区,形成了根表面的氧化状态,为好氧自养型微生物提供了有氧环境,含氮有机物则被浅水区的硝化细菌硝化为无机盐,即亚硝酸盐和硝酸盐;而离植物根系较远的深水区或者由于间歇干旱沼泽区5在蓄水时水位的增加导致氧气浓度逐渐降低,为异养型微生物提供了缺氧环境,通过反硝化细菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮,从而使氮元素最终以氮气的形式释放到大气中。因此雨水通过依次经过好氧环境、缺氧环境、厌氧环境时能够有效去除掉水体中的氮、磷元素。
具体的,入口沉砂池1用于去除水中泥沙悬浮固体,其可以包括用于盛装雨水的水池和用于分离雨水和雨水中悬浮固体的沉淀区,所述水池的形状不作具体要求,入口沉砂池1设置有出水口2,在所述出水口2后面还可以设置有进水连通渠3,所述进水连通渠3用于引流,将水体引入至植被处理区。入口沉砂池1去除雨水中泥沙、悬浮固体可以利用雨水中悬浮颗粒的可沉降性能,在重力作用下产生下沉至所述沉淀区,以达到固液分离的一种过程,当然,所述入口沉砂池分离雨水中悬浮颗粒的方法也可以为其他现有技术,如:曝气沉砂池、旋流式沉砂池等用于分离悬浮固体的方法,本申请对入口沉砂池的沉降原理以及沉降方法均不作限定。优选的,本申请实施例中的入口沉砂池1通过重力沉降法能够有效去除雨水中粒径125μm以上的悬浮颗粒。
降雨初期,雨水在地表形成径流的过程中被污染物污染,雨水中携带了大量的泥沙。雨水在经入口沉砂池1处理后,能够将其中大部分泥沙去除掉。经过处理后的雨水由所述出水口2流入至进水连通渠3。所述进水连通渠3与植被处理区的布水口4连通,用于将处理后的雨水导入至植被处理区。植被处理区的布水口4处可以设置有挡板,所述挡板用于减小进水连通渠3内水流的能量、消耗水流的动能,从而使得雨水能够以较低的速度缓慢流入至植被处理区。
如图1所示,所述植被处理区包括由边缘依次向内分布的:间歇干旱沼泽区5、水体区,所述间歇干旱沼泽区5、水体区的水位依次降低。其中,所述水体区可认为是具有土壤湿润程度不一致的多个水域组合而成,例如:浅水位沼泽区、沼泽区、深水位沼泽区、深水区,所述水体区表面的雨水沿着其第二预定坡度可以依次流经浅水位沼泽区、沼泽区、深水位沼泽区。当然根据降雨量等实际需求,雨水也可以从间歇干旱沼泽区5引入,沿着第一预定坡度和第二预定坡度依次流经间歇干旱沼泽区5和水体区的各个区域。必须说明的是,本申请对于水体区的说明仅仅是为了举例说明水体区具有土壤湿润程度不同的水位,对水体区的具体组成并不做任何限定,任何根据本申请对所述水体区作出的改进,都应该包含在本申请的范围之内。
进一步的,间歇干旱沼泽区5的底部高于常水位H1预定距离,间歇干旱沼泽区5在蓄水时具有一定的水位,间歇干旱沼泽区5蓄水时的最高水位可达到溢流水位H2。其中,所述常水位H1为该人工湿地在一年或若干年中,有50%的水位不低于该水位的高程值。所述溢流水位H2为该人工湿地所能蓄水的最高水位。
当间歇干旱沼泽区5蓄水并达到一定的水位时,间歇干旱沼泽区5水位以下的水体区为缺氧环境,甚至水体区水位较深的区域可达到厌氧环境。在间歇干旱沼泽区5蓄水过程中,为有氧环境向厌氧环境的转变过程。在该过程下,土壤中除磷菌首先能将水体中的磷元素吸入体内,一部分磷被用来合成ATP,另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。然后在厌氧条件下,除磷菌能分解体内的聚磷酸盐以便获取能量,并利用ATP将雨水中的有机物摄入到细胞内,以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内,同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。当间歇干旱沼泽区5在排水时,间歇干旱沼泽区5和水体区水位较浅的区域均可达到好氧的环境,土壤中的除磷菌在重新回到好氧环境下能够摄取磷元素,且所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多,并产生富磷污泥沉积在湿地底部,从而将磷元素锁在湿地的土壤中。除此之外,还有部分磷元素亦能够被好氧区内所种植的草本植物吸收。因此雨水中的磷元素一部分转化为富磷污泥沉积于湿地底部,另一部分被植物本身作为营养成分吸收。
优选的,间歇干旱沼泽区5的底部高于常水位H1的第一预定距离可以为0-0.2m,间歇干旱沼泽区5能够在没有雨水进入或者雨水排出后,由于第一预定距离较小能够完全处于干旱状态,当降雨时,雨水超过常水位H1后能够较快的淹没间歇干旱沼泽区5的底部,使间歇干旱沼泽区5处于湿润状态。需要说明的是,对于第一预定距离并不作任何限定,间歇干旱沼泽区5的底部必须要高出常水位H1,但高出常水位H1的距离原则上越小越好,若第一预定距离太大,当雨水排入到植被处理区时,水不能较快的淹没间歇干旱沼泽区5的底部。
在间歇干旱沼泽区5呈干旱状态时,即间歇干旱沼泽区5未蓄水或间歇干旱沼泽区5将蓄水排出,所述水体区的最高水位不高于常水位H1,水体区的最低水位低于常水位H1第二预定距离,优选的,所述水体区的最高水位低于常水位H1的距离为0-0.2m,所述水体区的最低水位低于常水位H1的第二预定距离为1m以上,使水体区具有较深的水位。由于水体区的最低水位较深,能够创造出良好的缺氧及厌氧条件。需要说明的是,所述水体区的具体水位并不作特别限定,其本质是需要营造缺氧以及厌氧环境,任何在此基础上做出的适应性调整都应涵盖在本申请的保护范围内。
厌氧/好氧条件的交替,创造出适合除磷菌的生长环境。间歇干旱沼泽区在无降雨流入的时间内都可以保持干旱状态,而附近大面积的水体区的浅水区因水位较浅,有利于空气中氧气融入水体保持好氧状态,从而有效防止底部污泥中的磷二次返回到水体中。
根据现有技术可知,氮元素能够通过微生物的氨化、硝化与反硝化作用以及植物根系吸收的途径去除。其中氨化、硝化与反硝化作用是去除氮的主要途径,可溶性氮通过好氧或缺氧条件下的氨化、好氧条件的硝化作用以及缺氧条件下的反硝化作用可以转化为氮气。因此当雨水在流经间歇干旱沼泽区5和水体区的浅水区时,其好氧环境为雨水中的氮的硝化作用营造良好的条件,流经水体区的深水区时,其缺氧环境为氮的反硝化作用营造条件。使得雨水中的氮元素最终转化为氮气,并从水体中逸出。从而实现脱氮的目的。
所述排水机构如图2和图3所示,包括:湿地净化水出水管14,所述湿地净化水出水管14设置有用于控制所述间歇干旱沼泽区5水位的出水孔,所述出水孔的顶部与所述间歇干旱沼泽区5的溢流水位H2齐平,所述出水孔的底部与所述常水位H1齐平。
具体的,所述湿地净化水出水管14的出水孔的排水流量小于所述间歇干旱沼泽区5的蓄水流量。所述间歇干旱沼泽区5在蓄水时,所述水体区由好氧环境向厌氧环境转变,在所述湿地净化水出水管14导出所述间歇干旱沼泽区5的蓄水的过程中,水体由厌氧环境向好氧环境转变
进一步的,排水机构还包括:出水连通管7、出水井8。所述出水连通管7还设置有用于打开或关闭的阀门13。经过处理后的雨水,将由出水连通管7流入至出水井8,再经由出水井8内湿地净化水出水管14上的出水孔缓慢释放至湿地净化水出水管14内,最终经出水井出水管17排出。所述出水孔的个数以及出水孔的形状可根据实际需要进行调整,本申请不作具体限定。
湿地净化水出水管14上可以设置有用于出水的长孔,所述长孔的高度可用于调节出水井8的水位,当然,湿地净化水出水管14上也可以设置有若干个出水小孔,其具体方式不作限定。优选的,所述湿地净化水出水管14具有上端和下端,自上端至下端设置有若干个出水孔,其中最上端的所述出水孔与所述间歇干旱沼泽区5的溢流水位H2齐平,最下端的所述出水孔与所述常水位H1齐平。
具体的,所述湿地净化水出水管14的出水孔的开孔面积可以通过如下计算公式计算:
式中,A0表示单个所述出水孔的开孔面积,单位为m2;
Q1表示单个所述出水孔设计水力停留时间下对应的流量,单位为m3/s;
Cd表示出流系数,取值0.6;
g表示重力加速度,单位为m/s2;
h表示所述单个所述出水孔的中心以上水的深度,单位为m。
根据流体力学中的伯努利方程,可以确定出水孔设计水深下的小孔出流速度,从而能够确定湿地净化水出水管14的出水速度。根据单个出水孔设计水力停留时间下的对应的流量,从而能够确定湿地净化水出水管14上的单个出水孔的开孔面积。也就能够控制湿地净化水出水管14上的出水流量,从而能够控制湿地净化水出水管14释放雨水的量,并能在一定程度上控制雨水流经植被处理区时的流速。通过对湿地净化水出水管14上出水孔的出水量的控制,来达到控制间歇干旱沼泽区5的水位的目的。
在一个实施方式中,湿地净化水出水管14控制人工湿地的水力停留时间在48-72小时,水体流经所述植被处理区的流速控制在合理范围内。水力在人工湿地的停留时间在48-72小时内,能够保证各个区域内的水质混合均匀,雨水有足够的时间进行水质净化。通过湿地净化水出水管14对水流速度的控制以及水位的控制,可将水体流速控制在合理范围以内,保证雨水在流经浅水位区、深水位区时以及间歇干旱沼泽区时,得到充分的处理。
在一个实施方式中,所述出水连通管7具有导出所述植被处理区的出水端和将水体导入到所述出水井8的进水端,所述出水连通管7的出水端不低于所述常水位H1,所述进水端的高度低于所述出水端的高度,
出水连通管7的位置与所述常水位H1齐平,因此出水连通管7能够将人工湿地内常水位H1以上的水体,即间歇干旱沼泽区5的蓄水排出,而低于常水位H1的水体不会排除。因此,水体区即使在雨水排出或干旱的情况下仍能保持一定的水位,且水体区的水由于具备流动状态,水质较好,可以为蚊虫天敌如鱼类、蛙、泥鳅、蜻蜓等提供栖息场所,不容易滋生蚊虫,从而形成良好的生态链系统。
在一个实施方式中,所述排水机构还包括用于排放所述人工湿地积水的检修放空管15,所述检修放空管15上设置有检修阀门16,所述检修放空管15的位置可以与所述水体区的最低水位齐平,也可以低于所述水体区的最低水位,检修放空管15可排出人工湿地内的全部积水,所述检修放空管15连通出水井出水管17。
检修时,关闭出水井8内出水连通管7的阀门13,打开检修放空管15的检修阀门16,检修放空管15能够将人工湿地内的积水全部排放出来,从而对湿地进行维护和检修。正常排水时,则打开出水井8内的出水连通管7的阀门13,关闭检修放空管15的检修阀门16。
具体的,所述检修放空管15的截面积计算公式为:
式中,A2表示为所述检修放空管15的截面积,单位为m2;
Q2表示湿地常水位设定排空时间内对应的流量,单位为m3/s;
n取0.012;
R表示水力半径(放空管截面积/湿周),单位为m;
s取0.5%。
在一个实施方式中,所述入口沉砂池1设置有溢流渠10,所述湿地净化水出水管14连通出水井出水管17,所述出水井出水管17连通所述溢流渠10。
经过出水井出水管17和湿地净化水出水管14排出后的雨水接入溢流渠10,进行排河处理或者回用。当然,溢流渠10内的水也可以通过出水井出水管17和湿地净化水出水管14排入湿地,进行回用。
在一个实施方式中,所述植被处理区具有足够长的长度,所述植被处理区的长宽比优选大于5:1,雨水在植被处理区流动时,有足够长的流动时间和流动路径,使得各区的水质能够混合均匀,从而提高水质处理效果。
在本实施方式中,所述间歇干旱沼泽区5具有第一预定坡度,所述水体区具有第二预定坡度,且各个区的地形变化坡度一致。
优选的,所述第一预定坡度不大于1:5,所述第二预定坡度不大于1:8。所述间歇干旱沼泽区5的坡度较其他区域略大,有利于雨水排出。当雨水排出时,所述间歇干旱沼泽区5因其较大的坡度能够快速恢复到干旱状态。所述水体区的坡度较小,坡度较小有利于形成良好的水流模式,水质能够有较长的时间充分混合,因此可提高雨水处理效果。
另外,所述间歇干旱沼泽区、水体区的地形变化坡度一致,水体流动性较好,雨水可沿着一致的方向流向地势低的区域,因此在雨水排出后,不会形成分散性积水区。由于蚊虫常常繁衍于缺乏流动性的死水区或缺乏流动性的水洼地带,因此本申请实施例中的人工湿地,破坏了蚊虫的繁殖环境,避免了滋生蚊虫这一生态问题。
在一个实施方式中,所述水体区包括第一水体区601和第二水体区602;其中,所述第一水体区601与所述第二水体区602分别位于所述间歇干旱沼泽区5的底部两侧,所述间歇干旱沼泽区5的底部设置有连通渠18,所述第一水体区601和所述第二水体区602通过所述连通渠18连通。
具体的,如图2所示,第一水体区601与第二水体区602形成对称结构。其中,第一水体区与第二水体区602通过连通渠18连通,因此水体能够由第一水体区601流入至第二水体区602。
由上文分析可知,雨水在依次经过水体区、间歇干旱沼泽区5后,能够有效的脱除掉水体中的磷元素和氮元素。由于第一水体区601与第二水体区602之间的水体可以流通,因此雨水在依次经过第一水体区601的浅水区、深水区、浅水区、间歇干旱沼泽区5处理后,可以经连通渠18再次进入至第二水体区602,从而沿着第二水体区602的浅水区向深水区、浅水区、间歇干旱沼泽区5这一顺序流动,从而再次经过好氧环境、厌氧及缺氧环境、好氧环境,能够对脱磷和除氮效果进行巩固。
在本实施方式中,所述入口沉砂池1还设置有:溢流堰9和溢流渠10;当入口沉砂池1内的水到达溢流水位H2后,水将从所述溢流堰9流入所述溢流渠10,所述溢流堰9的溢流水位H2与所述间歇干旱沼泽区5的溢流水位H2相同。
雨水在初始降落至地面时携带较少的污染物,大部分是在地表形成径流的过程中被污染的。由于早期雨水带走了地表大部分的污染物,因此后期雨水在降落至地面时被污染的程度较低。这种特点使雨水明显区别于其他污废水,因此在雨水处理过程中,主要针对早期雨水进行污染物处理,而由于后期雨水携带的污染物较少,可直接进行排河处理,不需要再进行人工处理,可减小雨水处理量,提高雨水处理效率。
具体的,入口沉砂池1具有溢流水位H2,能够承载一定设计量的雨水,当雨水超过其溢流水位H2后,将不再进入至入口沉砂池1。在降雨量高峰流量时,超过设计量的雨水将进入至溢流堰9,并被溢流渠10带走后进行排河处理。所述溢流堰9具有一定的容量,其溢流水位H2与间歇干旱沼泽区5的溢流水位H2相同。
在本实施方式中,所述人工湿地面积的计算公式为:
式中,S表示湿地面积,单位为m2;
Q表示人工湿地年流量,单位为m3/a;
q表示湿地年平均水力负荷,单位为m/a;
其中,q可根据以下三个公式求出:
Ci(总悬浮物)/Co(总悬浮物)=78q0.33Ci(总磷) -0.49或者Ci(总磷)/Co(总磷)=12q0.44或者Ci(总氮)/Co(总氮)=14q0.43;
式中Ci(总悬浮物),Ci(总磷),Ci(总氮)分别表示进入人工湿地雨水中总悬浮物、总磷、总氮的平均进水浓度,单位为g/m3;
Co(总悬浮物),Co(总磷),Co(总氮)分别表示设计人工湿地总悬浮物、总磷、总氮的平均出水浓度,单位为g/m3。
本申请实施例中的人工湿地生态生态系统,当原状土持水性较差时,湿地底部可以换填不小于300mm厚的粘土。
本申请实施方式中的人工湿地生态净化系统,还可以包括人行观景步道11和亲水栈道12,所述人行观景步道11环绕所述人工湿地布置,所述人行观景步道11可以提供观景平台和维修通道。
请参阅图1至图3,下面结合一个具体的实施案例,进一步阐述本申请。
本申请实施方式提供了一种人工湿地生态净化系统,包括:用于去除水中悬浮固体的入口沉砂池1,所述入口沉砂池1设置有出水口2;设置有布水口的植被处理区,水体经所述入口沉砂池1的出水口2进入所述植被处理区的布水口4,流入所述植被处理区;所述植被处理区由边缘向内依次分布有:间歇干旱沼泽区5、水体区,所述间歇干旱沼泽区5的底部高于常水位H1 0.2m,所述间歇干旱沼泽区5蓄水时可达到溢流水位H2,所述溢流水位H2与所述常水位H1之差为0.2m;所述间歇干旱沼泽区5干旱时,所述水体区的最高水位低于所述常水位H1 0-0.2m,所述水体区的最低水位低于常水位H1 1m以上;用于导出间歇干旱沼泽区5的蓄水的排水机构,所述排水机构包括:湿地净化水出水管14,所述湿地净化水出水管14设置有用于控制所述间歇干旱沼泽区5水位的出水孔,所述出水孔的顶部与所述间歇干旱沼泽区5的溢流水位H2齐平,所述出水孔的底部与所述常水位H1齐平。
所述人工湿地生态净化系统还包括人行观景步道11和亲水栈道12,所述人行观景步道11环绕人工湿地进行布置。
其中,人工湿地服务面积共10公顷,其中植被处理区面积达7000m2,植被处理区的长宽比为6:1。雨水在植被处理区的水力停留时间为72小时。
具体的,在所述出水口2后面设置有进水连通渠3,所述进水连通渠3用于引流,将水体引入至植被处理区。植被处理区的布水口4之间的连通处设置有挡板,能够降低雨水流速,减小其动能。本申请实施例中的入口沉砂池1通过重力沉降法能够有效去除雨水中粒径125μm以上的悬浮颗粒。所述入口沉砂池1还设置有:溢流堰9和溢流渠10;当入口沉砂池1内的水到达溢流水位后,水将从所述溢流堰9流入所述溢流渠10,所述溢流堰9的溢流水位H2与所述间歇干旱沼泽区5的溢流水位H2相同。
间歇干旱沼泽区5的底部高于常水位0-0.2m,间歇干旱沼泽区5能够在没有雨水进入或者雨水排出后能够完全处于干旱状态,当降雨时,雨水超过常水位后能够较快的使间歇干旱沼泽区5处于湿润状态。
如图2所示,所述水体区包括:第一水体区601和第二水体区602,其中,所述水体区601与所述第二水体区602分别位于间歇干旱沼泽区5的底部两侧,因此第一水体区601与第二水体区602形成对称结构。所述第一水体区601和所述第二水体区602通过连通渠18连通,所述连通渠18位于所述间歇干旱沼泽区5的底部。
所述水体区是具有土壤湿润程度不一致的多个水域组合而成的,所述水体区在本申请实施例中具体为浅沼泽区,沼泽、深水沼泽、永久水体区。浅沼泽区、沼泽、深水沼泽、永久水体区的水位依次增加,其中,浅沼泽的底部低于常水位0-0.2m,沼泽的底部可低于常水位0.35m,深水沼泽的底部低于常水位0.5m,深水沼泽向永久水体过渡区的底部可低于常水位1m,永久水体区的底部可以低于常水位1m以上。具体设计表如下:
区域 | 水深范围(m) | 占植被处理区面积百分比 |
永久水体区底部 | 低于常水位1m以上 | 10% |
过渡区底部 | 低于常水位0.5m-1.0m | 10% |
深水位沼泽区底部 | 低于常水位0.35m-0.5m | 20% |
沼泽区底部 | 低于常水位0.2m-0.35m | 20% |
浅水位沼泽区底部 | 低于常水位0m-0.2m | 20% |
间歇干旱沼泽区底部 | 高于常水位0m-0.2m | 20% |
其中,浅水位沼泽区以及沼泽区为具备好氧环境的水体区的浅水区,所述深水位沼泽区、过渡区、永久水体区对应为缺氧环境以及厌氧环境的水体区的深水区。由前文分析可知,雨水在缺氧环境/厌氧环境与好氧环境中切换可用于去除雨水中的氮元素和磷元素,其除氮脱磷原理在上文已进行详细分析,在此不再作过多赘述。相应的,所述间歇干旱沼泽区5在干旱和湿润状态下切换能够用于脱掉磷元素。其中,间歇干旱沼泽区5蓄水时的溢流水位H2与常水位H1之差为0.5m,因此在间歇干旱沼泽区5蓄水且水位较高时,间歇干旱沼泽区5水位以下的区域:浅水位沼泽区至永久水体区均能达到缺氧环境,甚至可以为厌氧环境。
所述各个区的地形变化坡度一致,水体流动性较好,雨水可沿着一致的方向流向地势低的永久水体区,因此在雨水排出后,不会形成分散性积水区。由于蚊虫常常繁衍于缺乏流动性的死水区或缺乏流动性的水洼地带,因此本申请实施例中的人工湿地,不会形成缺乏流动的死水区,从而破坏了蚊虫的繁殖环境,避免了滋生蚊虫这一生态问题。
所述排水机构,如图2和图3所示,包括:出水连通管7、湿地净化水出水管14、出水井8,具体的,所述出水连通管7设置有用于打开或关闭的阀门13。经过处理后的雨水,将由出水连通管7流入至出水井8,再经由出水井8内湿地净化水出水管14上的出水孔缓慢释放至湿地净化水出水管14内,最终经出水井出水管17排出。所述出水孔具有四个,最上端的出水孔的孔口中心位置与溢流水位H2齐平,最下端的出水孔的孔口中心位置与常水位H1齐平。
如图3所示,出水连通管7的位置不低于常水位H1,因此水体区中的部分水无法通过出水连通管7排出。因此水体区内在雨水排出或干旱时仍能够保持一定的水位,从而为蚊虫天敌提供栖息环境。
人工湿地生态净化系统还包括用于排放所述人工湿地积水的检修放空管15,所述检修放空管15上设置有检修阀门16,所述检修放空管15的位置与所述水体区的最低水位齐平,检修放空管15可排出人工湿地内的全部积水,所述检修放空管15连通出水井出水管17,出水井出水管17排出后的雨水接入溢流渠10。
降雨时,一定量的雨水进入入口沉砂池1,重力沉降过后,将内部携带的粗中砂去除掉。经出水口2进入进水连通渠3,经消能后进入植被处理区。雨水缓慢的依次流经浅水位沼泽区、沼泽区、深水位沼泽区、过渡区和永久水体区进行水质处理,并逐渐在间歇干旱沼泽区5区域内蓄水,直至间歇干旱沼泽区5达到溢流水位H2。
在本申请实施例中,间歇干旱沼泽区5在蓄水时其水位可超过常水位0.5m,因此浅水位沼泽区、沼泽区、深水位沼泽区、过渡区和永久水体区为缺氧及厌氧环境。当雨水在流经上述区域的过程中,是由好氧环境逐渐向缺氧环境、厌氧环境转变,可溶性氮通过好氧条件下的硝化作用以及缺氧条件下的反硝化作用可以转化为氮气,从而从水体中逸出,达到实现脱氮的目的。另外,厌氧/好氧条件的交替,创造出适合除磷菌的生长环境。雨水中的磷元素被除磷菌转化为富磷污泥沉积于湿地底部,从而将磷水分离。
在雨水处理的过程中,出水连通管7不断向外排水。由于间歇干旱沼泽区5的坡度较大,因此在排水过程中,间歇干旱沼泽区5上的雨水能够快速排出,从而形成好氧环境,此时土壤中的除磷菌大大吸收磷。除此之外,还有部分磷元素亦能够被间歇干旱沼泽区5所种植的草本植物吸收。因此雨水中的磷元素一部分转化为富磷污泥沉积于湿地底部,另一部分被植物本身作为营养成分吸收。另外,排水过程中,浅水位沼泽区和沼泽区水位较浅,当空气中的氧气融入浅水位区以及湿地植物根毛的输氧及传递特性能够使水体保持好氧状态,能够有效防止磷元素再次释放到水体中。
由于水体区包括第一水体区601和第二水体区602,且第一水体区601和第二水体区602底部通过连通渠18连通,因此水体可通过连通渠18进入第二水体区602。能够对脱磷和除氮效果进行巩固。
经过处理后的雨水,将由出水连通管7沿着一定的坡度流入至出水井8,再经由出水井8内湿地净化水出水管14上的出水孔缓慢释放至湿地净化水出水管14内。其中,所述湿地净化水出水管14上的出水孔可通过如下计算公式计算出:
式中,A0表示每个所述出水孔的开孔面积,单位为m2;
Q1表示每个所述出水孔设计水力停留时间72小时下对应的流量,单位为m3/s;
Cd表示出流系数,取值0.6;
g表示重力加速度,单位为m/s2;
h表示所述每个所述出水孔的中心以上水的深度,单位为m。
根据流体力学中的伯努利方程,可以确定出水孔设计水深下的小孔出流速度,从而能够确定湿地净化水出水管14的出水速度。根据每个出水孔设计水力停留时间72小时下的对应的流量,从而能够确定湿地净化水出水管14上的每个出水孔的开孔面积。也就能够控制湿地净化水出水管14上的出水流量,从而能够控制湿地净化水出水管14释放雨水的量。通过对湿地净化水出水管14上出水孔的出水量的控制,来达到控制间歇干旱沼泽区5的水位的目的,经湿地净化水出水管14排出的水连通至出水井出水管17,最终排出至溢流渠10。
检修时,关闭出水井8内出水连通管7的阀门13,打开检修放空管15的检修阀门16,检修放空管15能够将人工湿地内的积水全部排放出来,从而对湿地进行维护和检修。经检修放空管15排出的水连通至出水井出水管17,最终排出至溢流渠10,进行排河处理或者回用。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
披露的所有文章和参考资料,包括专利申请和出版物,出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”,旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地,单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不是为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述,在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此,本教导的范围不应该参照上述描述来确定,而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的,所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容,也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
Claims (13)
1.一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,包括:
用于去除水中悬浮固体的入口沉砂池,所述入口沉砂池设置有出水口;
设置有布水口的植被处理区,水体经所述入口沉砂池的出水口进入所述植被处理区的布水口,流入所述植被处理区;
所述植被处理区由边缘向内依次分布有:间歇干旱沼泽区、水体区,所述间歇干旱沼泽区的底部高于常水位第一预定距离,所述间歇干旱沼泽区蓄水时最高可达到溢流水位;所述间歇干旱沼泽区干旱时,所述水体区的最高水位不高于所述常水位,所述水体区的最低水位低于常水位第二预定距离;
用于导出间歇干旱沼泽区的蓄水的排水机构,所述排水机构包括:
湿地净化水出水管,所述湿地净化水出水管设置有用于控制所述间歇干旱沼泽区水位的出水孔,所述出水孔的顶部与所述间歇干旱沼泽区的溢流水位齐平,所述出水孔的底部与所述常水位齐平;
出水井;
出水连通管,所述出水连通管具有导出所述植被处理区的出水端和将水体导入到所述出水井的进水端,所述出水端与所述常水位齐平,所述进水端的高度低于所述出水端的高度,所述出水连通管上设置有用于打开或关闭的阀门;
用于排放所述人工湿地积水的检修放空管,所述检修放空管上设置有检修阀门,所述检修放空管的位置不高于所述水体区的最低水位。
2.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述湿地净化水出水管具有上端和下端,自上端至下端设置有若干个出水孔,其中最上端的所述出水孔与所述间歇干旱沼泽区的溢流水位齐平,最下端的所述出水孔与所述常水位齐平。
4.如权利要求3所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述湿地净化水出水管控制水力停留时间在48-72小时。
5.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述湿地净化水出水管的出水孔的排水流量小于所述间歇干旱沼泽区的蓄水流量,所述间歇干旱沼泽区在蓄水时,所述水体区由好氧环境向厌氧环境转变;
在所述湿地净化水出水管导出所述间歇干旱沼泽区的蓄水的过程中,水体由厌氧环境向好氧环境转变。
6.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述入口沉砂池还设置有:溢流堰和溢流渠;
当入口沉砂池内的水到达溢流水位后,水将从所述溢流堰流入所述溢流渠,所述溢流堰的溢流水位与所述间歇干旱沼泽区的溢流水位相同。
7.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述间歇干旱沼泽区具有第一预定坡度,所述水体区具有第二预定坡度,且各个区的地形变化坡度一致。
8.如权利要求7所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述第一预定坡度不大于1:5,所述第二预定坡度不大于1:8。
10.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述入口沉砂池设置有溢流渠;所述湿地净化水出水管连通出水井出水管,所述出水井出水管连通所述溢流渠。
11.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述人工湿地面积的计算公式为:
式中,S表示湿地面积,单位为m2;
Q表示人工湿地年流量,单位为m3/a;
q表示湿地年平均水力负荷,单位为m/a;
其中,q可根据以下三个公式求出:
Ci(总悬浮物)/Co(总悬浮物)=78q0.33Ci(总磷) -0.49或者Ci(总磷)/Co(总磷)=12q0.44或者Ci(总氮)/Co(总氮)=14q0.43;
式中Ci(总悬浮物),Ci(总磷),Ci(总氮)分别表示进入人工湿地雨水中总悬浮物、总磷、总氮的平均进水浓度,单位为g/m3;
Co(总悬浮物),Co(总磷),Co(总氮)分别表示设计人工湿地总悬浮物、总磷、总氮的平均出水浓度,单位为g/m3。
12.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述水体区包括第一水体区和第二水体区;
其中,所述第一水体区与所述第二水体区分别位于所述间歇干旱沼泽区的底部两侧,所述间歇干旱沼泽区的底部设置有连通渠,所述第一水体区和所述第二水体区通过所述连通渠连通。
13.如权利要求1所述的一种人工湿地生态净化系统,其特征在于,所述人工湿地的底部可换填不小于300mm厚的粘土。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006002095A2 (en) * | 2004-06-17 | 2006-01-05 | Dharma Living Systems, Inc. | Nitrogen removal system and method for wastewater treatment lagoons |
CN105129982A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-12-09 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种处理难降解有机废水的多级潮汐流湿地系统及方法 |
CN106745784A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-31 | 岭南新科生态科技研究院(北京)有限公司 | 一种干湿交替的潜流湿地净化系统及其操作方法 |
CN207017395U (zh) * | 2017-06-27 | 2018-02-16 | 深圳市工大国际工程设计有限公司 | 一种用于海绵城市的雨水湿地系统 |
CN107954578A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-04-24 | 湖南大辰环保科技有限公司 | 净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6896805B2 (en) * | 2003-10-20 | 2005-05-24 | Dharma Living Systems, Inc. | Tidal vertical flow wastewater treatment system and method |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006002095A2 (en) * | 2004-06-17 | 2006-01-05 | Dharma Living Systems, Inc. | Nitrogen removal system and method for wastewater treatment lagoons |
CN105129982A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-12-09 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种处理难降解有机废水的多级潮汐流湿地系统及方法 |
CN106745784A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-31 | 岭南新科生态科技研究院(北京)有限公司 | 一种干湿交替的潜流湿地净化系统及其操作方法 |
CN207017395U (zh) * | 2017-06-27 | 2018-02-16 | 深圳市工大国际工程设计有限公司 | 一种用于海绵城市的雨水湿地系统 |
CN107954578A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-04-24 | 湖南大辰环保科技有限公司 | 净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法 |
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