CN111943359A - 一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用 - Google Patents

一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用，包括基质区和出水区，出水区位于基质区的一侧，基质区的底部出水口连接倒U型的虹吸管，虹吸管位于出水区内，虹吸管与基质区的高度相同；基质区内包括砂石层，砂石层的内部填充铁矿石和微生物基质。在基质区处于厌氧或缺氧状态时，铁矿石协同有机碳源、微生物进行反硝化作用。排空阶段，进入的氧气氧化铁矿石。实现铁矿石的重复利用。具有能耗低，可反复使用的优点。

Description

一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
人工湿地是近年来新兴的一种生态处理技术。相比于传统的活性污泥法，它具有建设、运行费用低廉，运行管理方便、生态效益显著等优点，十分适合于处理分散式村镇生活污水。
人工湿地脱氮机理复杂，通常包括硝化反硝化、植物吸收、基质吸附和挥发等。硝化-反硝化被认为是人工湿地脱氮的主要方式，占脱氮的50％以上。然而，由于人工湿地特殊的淹水结构，大气复氧(5.77-18.45gO2 m-2d-1)和根系泌氧(0.005-12g O2 m-2d-1)提供的氧气远远少于消耗的氧气(450g O2 m-2d-1)。氧的供应和消耗之间的巨大差距导致人工湿地中经常为厌氧或缺氧条件。此外，由于污水中有机碳源较少，缺乏电子受体，人工湿地的反硝化作用也被抑制。因此，由于人工湿地中溶解氧(DO)、电子受体的缺乏，硝化、反硝化作用总是被抑制，这导致传统人工湿地的脱氮效果不理想(40-55％)，需要相应的技术、工艺来解决。
为实现高效复氧、提高湿地硝化作用，研究人员相继提出了人工曝气、潮汐流人工湿地等多种技术改良。人工曝气是补充溶解氧最直接有效的方法，其脱氮效果明显优于不曝气的常规湿地。但不论是连续曝气还是间歇曝气，都需要气泵等动力设备的运行，操作复杂、运行费用昂贵，能耗高。潮汐流人工湿地分为淹没和排水阶段。随着废水的淹没和排放，基质将间歇性饱和，空气将进入土壤孔隙，废水中的氨氮将被氧化，硝化作用产生的硝酸盐将被生物膜和基质吸附。排空期，人工湿地处于缺氧环境，吸附的硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成N2。虽然潮汐流人工湿地去除效率高，但其运行过程中仍需要水泵等耗能设备来创造潮汐，运行费用高。此外，也有研究者指出，潮汐流人工湿地排空阶段的充氧并不充足。在潮汐流人工湿地淹没阶段，可以在很短时间内把排空复氧所吸入的氧气消耗殆尽，造成基质在进水淹没阶段的大部分时间仍为厌氧或缺氧环境。因此，潮汐流人工湿地仍存在有运行费用昂贵、复氧能力差的缺陷。
为了提供电子受体，促进湿地反硝化作用。添加有机碳源、农业废弃物等方法被广泛采用。添加有机碳源是指向湿地内添加甲醇、蔗糖等，为反硝化作用提供电子受体。但由于污水处理量大且一般为连续运行，其需要的有机碳源量多，这导致使用这一方法的经济成本高，而且运输管理不方便。为了解决这一问题，有研究人员采用添加麦秸、杏核、核桃壳等便宜且容易获得的农业废弃物，但其仍存在有容易堵塞的问题，而且其释放的溶解性有机碳有限，存在有效寿命短的缺点。
发明人发现，现有的改良技术存在有能耗高、建设、运行费用昂贵、复氧能力弱、有效寿命短、易堵塞等缺陷。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地和运行方法、应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，包括基质区和出水区，出水区位于基质区的一侧，基质区的底部出水口连接倒U型的虹吸管，虹吸管位于出水区内，虹吸管与基质区的高度相同；
基质区内包括砂石层，砂石层的内部填充铁矿石和微生物基质、砂石。
在本发明的人工湿地中，分布有铁矿石。基质区与虹吸管连接，虹吸管实现基质区内被水浸没和排空两个阶段不断反复进行。这样铁矿石在基质中，在两个不同的阶段发挥不同的作用。在被水浸没阶段，铁矿石中的Fe(Ⅲ)在铁还原菌的作用下还原为Fe(Ⅱ)，与此同时，反硝化细菌可以利用Fe(Ⅱ)为电子供体，将硝酸盐转化为氮气的。水位排空后，大气进入到基质层中，增加了湿地的溶解氧浓度，厌氧状态产生的Fe(Ⅱ)再次被氧化成Fe(Ⅲ)。在基质层中，Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)与虹吸管耦合促进硝化和反硝化过程。与此同时，Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)可在交替的缺氧、好氧环境下相互转化，相比于只处于单一的厌氧或好氧状态的铁矿石，其有效寿命更长，效果也更好，可长期提高湿地脱氮效果。
在本发明的潮汐流人工湿地中，避免了添加有机碳源而促进反硝化的过程。避免了加入甲醇、蔗糖，避免了加入农业废弃物容易造成人工湿地堵塞的问题。
延长了人工湿地的使用寿命。
第二方面，上述人工湿地的运行过程为：
进水淹没阶段：通过进水区的进水孔向基质区内充入污水，污水与基质区内的基质进行微生物反应；
出水排空阶段：当虹吸管内水位升高到虹吸管的顶部高度时，虹吸管开始进行排水，基质区内的水位不断下降，基质区内进行微生物反应；
重复进行进水淹没阶段和出水排空阶段。
第三方面，上述耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地在废水处理中的应用。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明专利结构简单、管理方便，利用虹吸管进行自动排水，运行期间不需要水泵、气泵等耗能设备，可实现无动力运行，没有能源消耗，建设、运行费用低。
(2)该出水弯管利用虹吸作用的负压抽吸作用使管道通风充氧，增加湿地内溶解氧浓度，促进了微生物的硝化作用，克服了传统人工湿地TN去除率不高的限制因素的同时，也省却了传统耗能的鼓风曝气设备，节省了建设、运行费用。
(3)湿地在床体末端设置有虹吸管，利用虹吸原理，实现虹吸管自动排水，实现水位的自动升降。可在湿地内部形成交替的缺氧、好氧环境，实现时间上的序批式脱氮A/O工艺，增加了湿地内微生物的多样性，脱氮效率大幅升高。
(4)湿地内填充有铁矿石，自养反硝化菌可以在缺氧环境下，利用Fe(Ⅲ)为电子受体，完成反硝化作用，提高湿地脱氮效果，克服了因溶解氧充足造成的出水有机碳缺乏从而抑制反硝化作用的问题，特别适合于低C/N比污水，此外，在出水弯管创造的交替的缺氧、好氧环境下，实现了Fe(Ⅲ)与Fe(Ⅱ)之间的相互转化与循环，提高了铁矿石的有效寿命，可长期提高湿地脱氮效果。
(5)该湿地营造出交替的缺氧、好氧环境，而不是传统潜流人工湿地厌氧、缺氧环境，避免了悬浮物、胞外聚合物的积累，有效防止土壤堵塞，延长了湿地的使用寿命。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的人工湿地的整体结构图；
图2为本发明的基质区部分的结构图；
其中，1、可移动盖板，2、湿地植物，3、进水区，4、基质区，5、出水区，6、进水孔，7、虹吸管，8、铁矿石，9、放空管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，一种人工湿地，包括基质区和出水区，出水区位于基质区的一侧，基质区的底部出水口连接倒U型的虹吸管，虹吸管位于出水区内，虹吸管与基质区的高度相同；
基质区内包括砂石层，砂石层的内部填充铁矿石和微生物基质、砂石。
由于连通管的原理，虹吸管和基质区中的污水高度相同。随着污水的不断流入，水位也不断地升高，当污水升高到到达虹吸管的顶部时，触发虹吸作用，基质区内的污水通过虹吸管排出到出水区内。与此同时，随着虹吸的负压抽吸作用，在基质内部产生了孔隙吸力，将大气中的氧气吸入，增加湿地内的溶解氧浓度，好氧的环境也使厌氧状态产生的Fe(Ⅱ)被氧化为Fe(Ⅲ)。当水位下降到虹吸管的底部时，虹吸作用被破坏，虹吸管不再排水。基质区的水位再次随着进水的不断进入而开始上升，当基质区被淹没时，氧气被基质内微生物快速消耗，湿地内部又呈现出缺氧或厌氧环境，Fe(Ⅲ)再次被还原为Fe(Ⅱ)，反硝化菌在此环境下可以利用Fe(Ⅱ)作为电子供体，完成自养反硝化作用。避免了污水中有机碳源不足，缺乏电子供体而抑制了反硝化作用。
本发明的人工湿地在虹吸管的作用下能够形成交替的缺氧、好氧环境，在此环境下Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)可不断地转换。然而，仅在厌氧或缺氧状态下利用单质铁却不能完成上述Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的相互转换。因此，相比于仅在厌氧或缺氧状态下利用单质铁的基质，虹吸管耦合磁铁矿的有效寿命更长，效果也更好，可长期提高湿地脱氮效果。
在本发明的一些实施方式中，砂石层的砂石为卵石、砾石、碎石、沸石、砂砾、沙子等中的一种。铁矿石可以为磁铁矿、赤铁矿、针铁矿中的一种或几种混合。
在本发明的一些实施方式中，砂石层由上至下粒径为1-3cm、3-5cm，或从上而下粒径为0.4-0.8cm、1-3cm、3-5cm；0.4-0.8cm的砂石层对应的厚度为20-25cm，1-3cm的砂石层对应的厚度为60-65cm，3-5cm的砂石层对应的厚度为20-25cm。
在本发明的一些实施方式中，基质区的顶部设置湿地植物，湿地植物的根系底部伸入砂石层中，湿地植物为芦苇、菖蒲、鸢尾、美人蕉等水生植物。铁矿石按体积比分布在砂石层中。湿地中相应的多种微生物如：聚磷菌、硝化菌、反硝化菌等，也附着分布在砂石层中。
在本发明的一些实施方式中，基质区还包括水层，水层部分位于砂石层的内部，部分位于砂石层的上方，水层的高度为0.6-1.2m。
在本发明的一些实施方式中，铁矿石与砂石的体积比为1:1-8；优选为1:1，1:2，1:3，1:4，1:5。铁矿石与砂石层的体积比，分布适当量的铁矿石，可以较好的提高促进硝化和反硝化作用。如果铁矿石的分布体积比较大，会导致湿地的出水铁离子浓度过大，导致出水铁离子浓度不达标，污染排放水体。
在本发明的一些实施方式中，铁矿石的粒径为0.4-0.8cm。本发明选择上述粒径范围的铁矿石，可以充分的使铁矿石与水进行接触，同时有助于污水的流动，避免堵塞。
在本发明的一些实施方式中，人工湿地还包括进水区，进水区位于基质区远离出水区的一侧，进水区的底部设置进水孔，进水孔与基质区相通。底部设置进水孔的作用是，污水进入到进水区后，直接通过进水孔进入到基质区，在基质区内由下至上污水的高度逐渐升高。当通过出水区的虹吸管进行放水时，基质区内的污水高度逐渐降低。当基质区内的污水基本排放没之后，再通过进水孔引入新的污水。排水速度是大于进水速度。优选的，进水孔的孔径大小为5-25cm进水孔的间距设置为湿地宽度的10％-20％；优选为5cm、10cm、25cm。
在本发明的一些实施方式中，基质区的底部与放空管连接，放空管位于人工湿地的外侧。基质区与放空管连接，放空管实现人工湿地内污水的进行排空，避免污水在基质区内积存。放空管上设置球阀。
在本发明的一些实施方式中，潮汐周期性运行的周期为20-30h。即基质区内被水浸没和出水排空两个阶段的运行时间。
在本发明的一些实施方式中，微生物基质包括硝化细菌和反硝化细菌、聚磷菌、枯草杆菌、链霉菌、光合细菌等。
第二方面，上述人工湿地的运行过程为：
进水淹没阶段：通过进水区的进水孔向基质区内充入污水，污水与基质区内的微生物基质、铁矿石、有机碳源进行微生物反应；
出水排空阶段：当虹吸管内水位升高到虹吸管的顶部高度时，虹吸管开始进行排水，基质区内的水位不断下降，铁矿石被氧化；
重复进行进水淹没阶段和出水排空阶段。
第三方面，上述耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地在废水处理中的应用。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
如图1和图2所示，该耦合铁矿石的虹吸人工湿地根据水流方向设计为水平潜流式，采用砖砌结构，底部设有防渗层，防止污水泄露。进水流量设计为8m3/d，尺寸设计为6.00m×2.00m×1.10m，有效水深设计为1.00m。湿地主要由进水区3、基质区4、出水区5这三部分构成，进水区下部设计有7根均匀分布的DN25进水孔6均匀流入湿地床体内部，进水孔间距25cm。基质层设计为20cm厚粒径为0.6cm左右的细卵石层、60cm厚的粒径为2cm左右的粗卵石层、20cm厚的粒径为3cm的卵石底层等填料。与此同时，以卵石：铁矿石的体积比2:1在湿地内均匀填充0.6cm左右的铁矿石8。基质区右下底部设置有一个0.2m×0.2m集水坑并连接有一根DN50的放空管9，可定期完成湿地排干，防止湿地堵塞，延长湿地使用寿命。床体末端设置有一根DN50的虹吸管7，将处理后的水排至出水区。设计湿地上方种植湿地植物2为菖蒲，在吸收污染物的同时，还可具有一定的经济、景观价值。
污水从湿地DN25进水孔均匀进入床体，在床体内部水平流动并由下而上地经过床体粒径3cm、粒径2cm、粒径0.6cm的卵石层。水位随着进水而不断升高，基质被淹没，呈现出缺氧环境。反硝化菌利用有机碳源、Fe(Ⅲ)作为电子受体，完成反硝化作用，同时生成Fe(Ⅱ)。当水位升高到出水弯管7的顶端时，会触发虹吸作用，水位迅速下降，产生的孔隙吸力会吸入大气中的氧，增加湿地内的溶解氧浓度，强化湿地的硝化作用。与此同时，缺氧环境下还原的Fe(Ⅱ)会被氧化为Fe(Ⅲ)，实现铁的循环。当水位下降到出水弯管7的底部时，空气进入，虹吸作用被破坏，出水弯管不再出水，水位随之再次上升，循环往复。
在进水区的顶部可以设置可移动盖板1。
在实际运行中，设置空白对照组。空白对照组为相比于实施例1中在出水区没有设置有虹吸管，采用普通出水管出水；在基质区中没有加入铁矿石。
湿地进水为一级B标准，进水平均COD为60mg/L、平均氨氮为15mg/L，平均总氮为20mg/L。具体数据如下表1所示。
表1处理效果
COD处理率 NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N处理率 TN处理率 电费(元)
实验组 89.2％ 93.2％ 96.7％ 0
对照组 69.7％ 83.8％ 87.3％ 4642
实验组 87.6％ 93.5％ 96.5％ 0
对照组 66.4％ 82.1％ 89.4％ 4640
实验组 88.6％ 92.1％ 95.9％ 0
对照组 65.4％ 80.3％ 87.6％ 4645
注：对照组湿地运行过程中需要一台1kw的气泵，每天24h运行，电费按0.53KWh算。
实施例2
如图1和图2所示，该耦合铁矿石的虹吸人工湿地根据水流方向设计为水平潜流式，采用砖砌结构，底部设有防渗层，防止污水泄露。进水流量设计为8m3/d，尺寸设计为6.00m×2.00m×1.10m，有效水深设计为0.8m。湿地主要由进水区3、基质区4、出水区5这三部分构成，进水区下部设计有7根均匀分布的DN25进水孔6均匀流入湿地床体内部，进水孔间距30cm。基质层设计为25cm厚粒径为0.5cm左右的细卵石层、65cm厚的粒径为1.5cm左右的粗卵石层、25cm厚的粒径为5cm的卵石底层等填料。与此同时，以卵石：铁矿石的体积比3:1在湿地内均匀填充0.5cm左右的铁矿石。基质区右下底部设置有一个0.2m×0.2m集水坑并连接有一根DN50的放空管9，可定期完成湿地排干，防止湿地堵塞，延长湿地使用寿命。床体末端设置有一根DN50的虹吸管7，将处理后的水排至出水区。设计湿地上方种植湿地植物1为菖蒲，在吸收污染物的同时，还可具有一定的经济、景观价值。
污水从湿地DN25进水孔均匀进入床体，在床体内部水平流动并由下而上地经过床体粒径5cm、粒径3cm、粒径0.7cm的卵石层。水位随着进水而不断升高，基质被淹没，呈现出缺氧环境。反硝化菌利用有机碳源、Fe(Ⅲ)作为电子受体，完成反硝化作用，同时生成Fe(Ⅱ)。当水位升高到虹吸管7的顶端时，会触发虹吸作用，水位迅速下降，产生的孔隙吸力会吸入大气中的氧，增加湿地内的溶解氧浓度，强化湿地的硝化作用。与此同时，缺氧环境下还原的Fe(Ⅱ)会被氧化为Fe(Ⅲ)，实现铁的循环。当水位下降到出水弯虹吸管7的底部时，空气进入，虹吸作用被破坏，出水弯管不再出水，水位随之再次上升，循环往复。
在实际运行中，设置空白对照组。空白对照组为相比于实施例1中在出水区没有设置有虹吸管，采用普通出水管出水；在基质区中没有加入铁矿石。
湿地进水为一级B标准，进水平均COD为60mg/L、平均氨氮为15mg/L。具体数据如下表2所示。
表2处理效果
COD处理率 NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N处理率 TN处理率 电费(元)
实验组 88.5％ 93.1％ 97.2％ 0
对照组 69.7％ 83.8％ 85.3％ 4642
实验组 87.4％ 92.7％ 96.3％ 0
对照组 66.4％ 82.1％ 86.4％ 4640
实验组 87.6％ 91.8％ 95.6％ 0
对照组 65.4％ 80.3％ 87.6％ 4645
注：对照组湿地运行过程中需要一台1kw的气泵，每天24h运行，电费按0.53KWh算。
通过实施例1和实施例2，可以看到本发明的人工湿地，虹吸管的使用，在湿地内营造出了交替的缺氧、好氧环境。铁矿石的加入，添加了Fe(Ⅲ)作为反硝化作用的电子受体，强化湿地的反硝化作用。虹吸管创造的交替缺氧、好氧环境下又实现了Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)之间的相互转化，完成了湿地内铁的循环，有效寿命更长。虹吸管和铁矿石二者相互耦合，促进了硝化、反硝化作用，大幅提高了湿地的脱氮效果。整体工艺具有建设、运行费用低廉，操作管理简便、脱氮效果好、不易堵塞等优点，十分适合于我国村镇生活污水的处理。
通过实施例1和实施例2可以看到本发明的人工湿地，可以实现多次重复的使用，具有较好的污水处理效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：包括基质区和出水区，出水区位于基质区的一侧，基质区的底部出水口连接倒U型的虹吸管，虹吸管位于出水区内，虹吸管与基质区的高度相同；
基质区内包括砂石层，砂石层的内部填充铁矿石和微生物基质、砂石。
2.如权利要求1所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：砂石层的砂石为卵石、砾石、碎石、沸石、砂砾、沙子中的一种；
或，砂石层由上至下粒径为1-3cm、3-5cm，或从上而下粒径为0.4-0.8cm、1-3cm、3-5cm；0.4-0.8cm的砂石层对应的厚度为20-25cm，1-3cm的砂石层对应的厚度为60-65cm，3-5cm的砂石层对应的厚度为20-25cm；
或，铁矿石可以为磁铁矿、赤铁矿、针铁矿中的一种或几种混合。
3.如权利要求1所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：基质区的顶部设置湿地植物，湿地植物的根系底部伸入砂石层中，湿地植物为芦苇、菖蒲、鸢尾、美人蕉；
优选的，基质区还包括水层，水层部分位于砂石层的内部，部分位于砂石层的上方，水层的高度为0.6-1.2m。
4.如权利要求1所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：铁矿石与砂石的体积比为1:1-4；优选为1:1，1:2，1:3，1:4。
5.如权利要求1所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：铁矿石的粒径为0.4-0.8cm。
6.如权利要求1所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：人工湿地还包括进水区，进水区位于基质区远离出水区的一侧，进水区的底部设置进水孔，进水孔与基质区相通。
7.如权利要求1所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：基质区的底部与放空管连接，放空管位于人工湿地的外侧。
8.如权利要求1所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地，其特征在于：潮汐周期性运行的周期为20-30h；
或，微生物基质包括硝化细菌和反硝化细菌、聚磷菌、枯草杆菌、链霉菌、光合细菌。
9.权利要求1-8任一所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地的运行方法为：
进水淹没阶段：通过进水区的进水孔向基质区内充入污水，污水与基质区内的微生物基质、铁矿石、有机碳源进行微生物反应；
出水排空阶段：当虹吸管内水位升高到虹吸管的顶部高度时，虹吸管开始进行排水，基质区内的水位不断下降，铁矿石被氧化；
重复进行进水淹没阶段和出水排空阶段。
10.权利要求1-8任一所述的耦合铁矿石强化脱氮的人工湿地在废水处理中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113979546A (zh) * 2021-11-25 2022-01-28 重庆大学 一种潮汐流调控的磁铁矿人工湿地
CN115974321A (zh) * 2022-12-30 2023-04-18 陕西延长中煤榆林能源化工有限公司 一种重油催化热裂解dcc装置的污水处理系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100845521B1 (ko) * 2007-12-05 2008-07-10 주식회사 성일엔텍 인공습지용 담체 및 그 제조방법
CN104787884A (zh) * 2014-01-21 2015-07-22 北京师范大学 利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷的方法与系统
CN106927571A (zh) * 2016-12-30 2017-07-07 山东大学 一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法
CN108101222A (zh) * 2017-12-29 2018-06-01 华南农业大学 一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地及其对尾水处理方法
CN110451651A (zh) * 2019-09-03 2019-11-15 上海交通大学 一种潜流人工湿地及其应用
CN110745958A (zh) * 2019-10-31 2020-02-04 山东大学 一种强化脱氮无动力复氧的潜流人工湿地系统及其应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100845521B1 (ko) * 2007-12-05 2008-07-10 주식회사 성일엔텍 인공습지용 담체 및 그 제조방법
CN104787884A (zh) * 2014-01-21 2015-07-22 北京师范大学 利用净水厂废弃泥强化潮汐流反应器脱氮除磷的方法与系统
CN106927571A (zh) * 2016-12-30 2017-07-07 山东大学 一种利用强泌碳型改性生物炭强化人工湿地脱氮的方法
CN108101222A (zh) * 2017-12-29 2018-06-01 华南农业大学 一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地及其对尾水处理方法
CN110451651A (zh) * 2019-09-03 2019-11-15 上海交通大学 一种潜流人工湿地及其应用
CN110745958A (zh) * 2019-10-31 2020-02-04 山东大学 一种强化脱氮无动力复氧的潜流人工湿地系统及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈志良等: "《土壤砷的地球化学行为及稳定化修复》", 30 November 2018, 中国环境出版集团 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113979546A (zh) * 2021-11-25 2022-01-28 重庆大学 一种潮汐流调控的磁铁矿人工湿地
CN115974321A (zh) * 2022-12-30 2023-04-18 陕西延长中煤榆林能源化工有限公司 一种重油催化热裂解dcc装置的污水处理系统及方法
CN115974321B (zh) * 2022-12-30 2024-04-30 陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司 一种重油催化热裂解dcc装置的污水处理系统及方法

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