CN102149441B

CN102149441B - 生物截留系统和方法

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Publication number: CN102149441B
Application number: CN200980123416.XA
Authority: CN
Inventors: 威廉·卢卡斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: KR101443953B1; US20090261036A1; RU2506229C2; AU2009236126B2; CA2721520C; US8048303B2; IL208496A0; US7776217B2; CA2721520A1; CN102149441A; WO2009129406A1; JP5743216B2; US20110011797A1; EP2268377A4; KR20110007175A; RU2010146463A; BRPI0911401A2; IL208496A; JP2011518037A; EP2268377A1

Abstract

本发明提供用于从污水如废水和暴雨水去除磷、氮和其他物质的生物截留系统和方法。所述系统和方法可包括包含水处理残余物和其他填料如土壤的过滤介质。植物可在土壤中生长。所述系统还可包括排水系统以调节流出，以在水流通量低和高的时候都发挥作用。

Description

生物截留系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年4月16日提交的题为“生物截留系统和方法”的美国临时专利申请系列号61/045,506以及2009年2月2日提交的系列号61/149,175的权利。这些专利申请的全部内容通过引用并入本文。

发明背景

本发明主要涉及用于处理含有颗粒物和溶解的污染物的污水(effluent)的系统。更具体而言，本发明涉及用于从暴雨水和其他受污染废水污水除去过量的磷(P)和氮(N)的系统和方法，所述磷和氮例如为P或N化合物和离子形式的溶解P和N。本发明还涉及用于在生物截留系统中进行长期磷截留的改进的介质和用于促进氮截留的改进的出口。

生物截留系统常常包括水池以容纳待处理的污水。水池的底部通常由种植着植物的多孔介质构成。随着污水流过生物截留系统，颗粒状污染物被过滤除去。溶解的磷可通过该系统的生物过程(如植物和微生物生物质吸收)以及由该介质的特性所实现的化学吸附/沉淀过程(本文将之归类为吸着过程)而从污水中除去。溶解的氮也可通过植物和微生物生物质吸收以及能最终将氮转化成氮气的生物转化(包括脱氮作用)而从污水中除去。

在除去沉淀物和沉淀物结合的磷和氮方面，生物截留系统已被证明对于暴雨水径流而言是性价比高的污水管理设施。这在受城市和/或农业径流的如此程度的影响的流域中特别相关，该影响程度使得这些流域成为了所谓的营养物最大日负荷总量(TMDL)标准的监视对象。但是，具有沙质介质和自由排放出口的典型生物截留系统对于溶解氮和长期溶解磷去除而言不够有效。能增加营养污染物的保留以符合TMDL标准的方法，在污水管理设施的设计中会是重要的，它们能使设施以更可接受和有效率的方式更有效地处理污水。

因此，需要改进的生物截留系统和方法以及用于生物截留系统的改进的介质。

发明概述

本发明提供了用于从诸如废水和暴雨水的污水除去磷和氮的生物截留系统和方法。该系统和方法可包括这样的过滤介质，其具有由均一性系数低的、优选经过良好分级的沙组成的质地粗糙的基质，该基质与抗分解的有机材料(如泥煤苔)掺合，然后它们一起与具有高磷吸着能力的粘土样材料调理物(amendment)的微细部分掺合。粗基质部分可占体积的约50至80％之间。有机材料可占体积的约10至20％，而微细部分的调理物可占体积的约10％至40％。粗料部分的成分可包括粉碎至沙颗粒等级的材料，优选为美国高尔夫协会(USGA)的根区等级，其中至少60％的材料直径在1/25英寸至1/100英寸之间，大于1/25英寸的材料应不超过10％，小于1/500英寸的材料应不超过5％。优选的材料的例子包括碎石灰石、覆铁沙、矾土加工中产生的经中和的残沙，碎砖等。有机成分可包括椰纤维(椰子壳)、泥煤或泥煤苔。微细材料调理物可包括铝基或铁基水处理残余物(WTR)、矾土加工成铝过程中产生的经海水中和的红泥副产物、金红石加工成钛过程中产生的红石膏副产物，或者富含铁和铝的原土壤，其中WTR对于许多应用来说是优选的。

该系统还可包括出口系统，其具有下出口、从下出口近端向上延伸的管子和连接该管子的上远端的上出口。出口优选延长停留时间以便在小的水处理事件中改善除氮作用，这些事件构成年径流量的大部分。这些出口优选还能在较大的水处理事件中允许高水流(highflows)通过介质，从而使系统能够处理更大的事件，使未被处理的旁通流减至最低。

该系统还可包括草、树木、矮树丛和/或灌木，所提供的这些植物的数量足以改善生物吸收和转化以及介质渗透性质。

该系统还可将介质、石头和出口系统在单一结构当中提供。该系统还可包括树木、矮树丛或灌木和/或草。这些植物的数量应足以改善渗透性质和/或防止表面侵蚀。优选地，在介质的上方提供格栅，以保护介质免受在其上方经过的人、动物和物体的重量。格栅优选地包括一个或多个孔口以让水进入和让气体放出。

由下文的具体实施方式并结合附图，本发明的其他目标和特征将变得显而易见。但是应理解，附图仅仅是为了说明本发明而绘制，而不是为了限定本发明的范围，有关本发明的范围应参考所附权利要求书。

附图简述

由下文的描述并结合附图，本发明的具体特征和优点以及其他目标将变得显而易见。

图1是根据本发明的一个实施方案的生物截留系统的前视图；

图2是根据本发明的一个实施方案的出口系统的前视图；

图3是根据本发明的一个实施方案的生物截留系统的前视图；

图4是根据本发明的一个实施方案的出口系统的前视图；

图5在5(a)和5(b)中显示由于根据本发明实施方案的系统的植被所致的氮浓度下降。

图6在5(a)和5(b)中显示由于根据本发明实施方案的系统的限制出口所致的氮浓度下降。

图7在7(a)和7(b)中显示由于根据本发明实施方案的红壤(krasnozem)系统所致的磷浓度下降。

图8在8(a)和8(b)中显示由于根据本发明实施方案的红泥和WTR系统所致的磷浓度下降。

具体实施方式

本发明涉及用于从流体污水如废水流和暴雨水流除去磷、氮和其他污染物的生物截留系统和方法。该系统和方法可包括多层过滤介质。一些介质可具有由均一性系数低的、优选经过良好分级的沙组成的质地粗糙的基质。这可以与抗分解的有机材料层叠或掺合，所述有机材料例如泥煤苔和/或粘土样材料调理物(如具有高磷吸着能力的调理物)的微细部分。粗基质部分的体积可在约50至80％之间变动。有机材料的体积可在约10至20％之间变动。微细部分的调理物的体积可在约10至40％之间变动。

粗料部分的成分可包括粉碎至沙颗粒等级的材料，优选美国高尔夫协会(USGA)根区等级，其中至少60％具有1/25英寸至1/100英寸的直径，大于1/25英寸的不应超过10％。对于大多数预期的应用，小于1/500英寸的不应超过5％。优选的材料的例子包括碎石灰石、覆铁沙、矾土加工中产生的经中和的残沙，碎砖等。有机成分可包括椰纤维(椰子壳)、泥煤或泥煤苔。

优选的被包含(例如)作为微细材料调理物的过滤介质包括例如铝基或铁基水处理残余物(WTR)、矾土加工成铝过程中产生的经海水中和的红泥副产物、金红石加工成钛过程中产生的红石膏副产物，或者富含铁和铝的原土壤。所有这些材料的特征都是具有极低的磷饱和指数(PSI)，其中较低的值代表高的磷吸着能力。

水处理残余物(WTR)常用于饮用水处理厂，这种材料既包括其新鲜形式也包括其老化形式。老化形式对于许多应用来说是优选的。它们可包括用硫酸铝或硫酸铁凝聚溶解的有机酸和矿物质胶体而产生的残余物。这些材料包含黏土、有机物质和原始金属，通常质构极其细微，当新鲜时对空气干化具有极强的抗性。它们一旦干燥，就形成脆性、粘结的疏水集料(aggregate)。在暴露于风化一段时间后，WTR的脆性和疏水性变低，更容易掺合。

硫酸铁会产生水铁矿-WTR(Fe₅O₇(OH).4H₂O)，其中吸附过程需要酸性条件，因此铁WTR的磷吸着能力在酸性土壤中要明显得多。水铁矿在pH6.0以下时的作用可为pH8.0以上的碱性土壤的50倍。可将方解石石灰加到土壤，其中铁WTR的加入可导致pH低于6.0。水铁矿的应用可增加典型场地土壤中的磷吸附和截留。

明矾基WTR主要含大量的氢氧化铝，往往超过25％，其中大部分为最有效的无定形形式。还可能存在相当数量的铁化合物以及少量的钙、镁和其他元素。明矾基WTR的PSI可在0.37至6.34之间变动，平均为2.10。明矾基WTR在中性pH下有效起作用，能有效地减少高度富磷的土壤中的隙间溶解磷浓度。6％用量能显著地使溶解磷浓度降低到磷解吸附的阈值之下。将高比例的WTR应用于富含磷的土壤，通过将明矾基WTR掺入到土壤中，可显著减少在径流中流失的溶解磷，改善溶解磷的截留。基材中无定形铝含量的增加可与溶解磷浓度降低相关。

WTR在平衡17小时后，可具有约6.6至约16.5g/kg的最大磷吸附能力。当集料粉碎成约2mm至约150μm时，平均值可增加到约9.68g/kg。平衡六天的话，平均值可增加到约22.9g/kg，比初始值高一个数量级。这个平衡大部分可在前两天内发生，证明了表面积和时间的作用。在最大吸收后，被吸附的磷不到约10％可被解吸，表明吸附过程是不可逆的。

已报道颗粒中存在孔隙内扩散作用，这种作用是WTR吸着作用的不可逆性的一个固有方面。孔隙内比表面积是平均颗粒大小的24倍。通过多次湿-干循环进行加速老化，可加速向磷被不可逆结合的位置的内部扩散。

已确定，WTR能非常有效地截留溶解磷，即使在大量的磷已被吸着后也是如此。即使在WTR吸着了这样的磷量后，穿过WTR的水的溶解磷浓度也保持非常低，该磷量会导致来自其他通常用于生物截留介质的材料的高溶解磷浓度。

红泥是矾土精炼成铝过程中的副产物。在拜尔(精炼矾土)法中，在高温和高压下加入苛性钠以从结晶矿物基质溶解氧化铝。然后将所得的溶液分离并澄清，接着将其煅烧以使氧化铝从溶液中分离出来。红泥通常包含在这个工艺后留下的原始矾土的更细小部分。

红泥的特征是含有大量的次生矿物。高度碱性的氢氧化钠和碳酸钠导致pH值在约9.75至约12.56的范围内。铁矿物包含赤铁矿(FeO₂，为结晶氧化铁)，通常还包含针铁矿(FeO(OH))，后者更加无定形，能更好地吸着磷。水铝矿(Al(OH)₃)和勃姆石(γ-AlOOH)两种铝矿物在大多数红泥中也非常丰富。无定形铁和铝的比例分别在约0.05％至约022％之间和约0.93％至约5.02％之间。也可能有相当数量的方解石(CaO)，但数量可能变动很大。抗工艺处理的原生矿物包括石英、锆石和钛铁矿(TiO)，所占比例较小，在约6％至约24％之间。还可能存在少量的重金属和放射性核素，它们大多数处于十分稳定的形式。取决于来源和工艺，红泥在矿物学组成方面差异可能相当大，且往往在同一矿床内也差异相当大。因此，红泥的矿物组成总是会变动。

即使在大量的磷已被吸着后，红泥也能十分有效地截留溶解磷。即使在红泥吸着了这样的磷量后，穿过红泥的水的溶解磷浓度也保持非常低，该磷量会导致来自其他通常用于生物截留介质的材料的高溶解磷浓度。

富含铁和铝的矿物土壤，如衍自玄武岩的红壤土壤，也能十分有效地截留磷。与大多数土壤相比，这些土壤含有很高比例的无定形铝和铁。红壤土壤已知用于截留磷。

即使在大量的磷已被吸着后，红壤土壤也能十分有效地截留溶解磷。即使在红泥吸着了这样的磷量后，穿过红泥的水的溶解磷浓度也保持非常低，该磷量会导致来自其他通常用于生物截留介质的材料的高溶解磷浓度。

与磷截留(其被理解为吸着于介质的化学过程)不同的是，氮截留是一个生物学过程，可最终由来自植物的光合作用输出来驱动。植物不仅能直接吸收氮，而且它们还能将碳化合物释放到土壤中，微生物活动会消耗这些碳化合物，同时还可吸收氮并将一些氮转化成氮气，氮气再从系统中逸出。停留时间的增加和饱和条件可促进这些氮去除过程。

根据本发明的系统和方法还可包括排水系统，其优选具有出口控制系统，该出口控制系统能进行适应性管理，以响应介质和土壤性质随时间推移的变化而控制保留时间、饱和度和过滤介质层上的表面积水量。排水系统可包括具有下出口、从下出口向上延伸的管子和连接该管子的上端的上出口的出口系统。出口优选延长停留时间以便在小的水处理事件中改善除氮作用，这些事件构成年径流量的大部分。这些出口优选还能在较大的水处理事件中允许高水流通过介质，从而使系统能够处理更大的事件，使未被处理的旁通流减至最低。控制流动通过排水系统还可影响磷的去除。

该系统还可将介质、石头和出口系统在单一结构当中提供。该系统还可包括树木、矮树丛或灌木以及草。优选地，在介质的上方提供格栅，以保护介质免受在其上方经过的人、动物和物体的重量。格栅优选地包括一个或多个孔口以让水进入和让气体放出。

现将参考附图描述本发明的有些优选实施方案。参考图1-4，生物截留水处理系统100可设置在现有的一块土壤1内并优选与该土壤接触。系统100优选包括介质层5，该介质层优选设置在阻塞层4上方，该阻塞层优选在石头层3上方，该石头层优选包含暗渠石头。暗渠9优选设置在暗渠石头层3内。可包括土壤截留材料如一层排水土工织物2，以防止该系统周围的土壤1迁移进入介质5和暗渠石头层3。

根据本发明的一个实施方案，介质5可包含粗介质，也称粗料部分。它还可包含有机成分，也称有机部分。介质5还可包括优选具有高的磷吸着能力的微细材料调理物。优选地，介质5包括约50％至约80％(体积)的粗料部分成分、约10％至约20％(体积)的有机成分和约10％至约40％(体积)的微细材料调理物成分。可提供有机成分和微细材料调理物以改善土壤条件。例如，它们可改善土壤持水力和增加痕量元素微量营养物。粗料部分、有机部分和微细调理物材料可用筛选设备或其他机械装置进行掺合。

粗料部分可包括均一性系数低的草皮级沙，其优选促进渗透作用。粗料部分的其他优选例子包括来自碎石灰石的沙、来自高铁含量区域的覆铁沙、矾土加工中产生的经中和的残沙和/或碎砖中的任何一种或全部，但不限于它们。

有机成分优选包括椰纤维(椰子壳)泥煤，其优选除了包括微细粉碎的壳之外还包括粗纤维。有机成分的其他优选例子包括但不限于泥煤苔。也可存在堆肥、熟化木片和护根物。优选地，有机部分促进持水和改善渗透速度。

微细材料调理物优选包括磷吸着能力高且比表面积(表面与体积的比例)大的材料。微细材料的一个优选例子是明矾基水处理残余物(WTR)，其可为水处理行业的废产物。已确定，明矾基WTR优选继续截留在暴雨水浓度下施加的磷的95％以上，即使在当典型的沙质肥土系统已变得无效时经过几乎十年的暴雨水负荷后也是如此。微细材料的其他优选例子包括但不限于铁基WTR和/或石灰石基WTR。

优选的微细材料的另一个例子包括红泥，这是在从矾土矿石提取铝后剩下的微细黏土大小的材料。由于它可能是高度碱性的，优选将它中和以降低其碱性。矾土加工成铝过程中产生的、经海水中和的红泥副产物可以是有效的。已确定，含红泥的介质能截留在暴雨水浓度下施加的磷的85％以上，即使在十年以上的暴雨水负荷后也是如此。

优选的微细材料的另一个例子包括红石膏，这是在从金红石矿石提取钛后剩下的微细黏土大小的材料。已证明红石膏具有非常高的亲和力以截留在暴雨水浓度下施加的磷。

微细材料的另一个例子包括天然土壤，特别是铁和/或铝含量高的土壤。已确定，含高铁含量的红壤土壤的介质能截留在暴雨水浓度下施加的磷的70％以上，即使在十年以上的暴雨水负荷后也是如此。

微细材料可在微细材料和微细材料的更粗集料之间成相等比例。随着微细介质老化，粗碎片可能变得分散，从而随着系统的成熟可提供更多的磷截留能力。

根据本发明的一个实施方案，通过挖掘和/或填埋至这样的深度来准备土地，该深度足以放置介质层5和暗渠石头3，同时当流入速度超过介质的渗透速度时能将污水保存在表面积水中。优选地，土工织物2保持着介质5和暗渠石头3，将介质5和暗渠石头3与土工织物2一侧的土壤1和土工织物2另一侧的土壤1隔开。土工织物材料优选是多孔的，以让介质5和石头层3排水到土壤中。在总氮(TN)负荷和天然土壤渗透速度都高的情形中，可将土工织物制成基本上不能渗透，以防止氮泄漏到地下水。

石头层优选至少为5英寸深，更优选超过约6英寸深。它优选包含集料，优选为开级4号碎集料，其中中值直径为约1.0(或约0.8至约1.2)英寸。优选对集料进行洗涤，更优选用水洗涤，以冲洗掉可能在粉碎过程中积累的细粒。阻塞层4可以为约2英寸至约4英寸深，优选3英寸深，且优选还包括集料，更优选中值直径为约0.25(或约0.2至约0.3)英寸的89号混合集料。这种集料优选有助于限制介质5向下迁移到暗渠石头层3中。

优选地，介质5至少为约15英寸至约36英寸深，优选约18英寸深。在磷负荷集中的区域，可增加介质深度和调理物比例以提供更多的吸着能力。为利用更多的介质5以获得更好的处理性能，可沿着侧面增加介质的深度，优选增加到典型积水6的深度。

这里将描述根据本发明一个实施方案的系统的安装方法的一个例子。通过挖掘和填埋准备好场地后，可将土工织物2放在挖空的地基内，以覆盖备好的区域的基本上所有的暴露表面。因此，土工织物2可提供基底和从基底向上延伸的壁。石头层3的一部分可设置在这个基底上。暗渠9可安装在石头层3内。阻塞层4可放在暗渠石头层3上，其中暗渠9在石头层3内。随后，介质5可放在阻塞层4上，优选不使用会使介质压缩的有轮或有履带的设备。介质5优选允许沉降约15％至约25％，优选约20％，直到介质5具有所需的深度。介质5优选通过足够的降雨或灌溉进行湿润，以引起沉降至少约10％至约15％，优选约15％，然后再种植一颗或多颗植物材料7。

在初始沉降后，可将植物材料7加到系统，以增强磷和氮的去除过程以及随着沉淀物的积累维持渗透速度。优选地，植物7包括适于该场地的水文管理方案的冷季节C3草类和暖季节C4草类的混合物。具体地讲，C4草类Pennesetumalopecuroides(狼尾草)和Panicumvirgatum(柳枝稷)已被确定能有效促进生物截留环境中的营养物截留。或者，适于该水文管理方案的木质灌木、矮树丛和小树也可用作植物材料。这类植物优选浅层扎根以防止被风拔起。此外，在不偏离本发明范围的情况下，根据环境而定，可提供草类、非禾本草本植物、灌木和树木的任何组合。

在种植植物材料7之后，可放置护根物8的表面层。护根物8能防止雨滴冲击造成的表面压紧、表面流入物造成的冲刷和过度的干燥和开裂。为此目的，本发明的一个实施方案使用几英寸的良好分级的细小砂砾，其中中值直径为约0.20英寸至约0.30英寸，优选约0.25英寸。护根物层8的另一个例子——其优选能更好地减少表面堵塞和更多地吸着金属阳离子——是熟化的硬木护根物，它能拦截污水中的大部分悬浮沉淀物。这可有利于去除积累的沉淀物，作为定期进行的护根物更换过程的一部分。

护根物的选择可取决于植物材料8。在其中植物材料包括草类的安装中，优选的护根物可包括砂砾。由于草能蔓延，它的枯落物可提供其自身的有机护根物，而草的高茎密度可改进当沉淀物积累时的渗透速度。对于灌木和树木，较低的茎密度在防止堵塞方面可能不太有效，但可使护根物容易更换。在这个种植实施方案中，可优选硬木护根物。

通过穿过介质5而得到处理的水流可进入暗渠石头层3。因此，可提供出口系统，其包括一个或多个暗渠9，如穿孔的或开槽的管子，优选直径为约2至约8英寸，以规则的间距隔开，优选相隔约30英尺或以下。当暗渠9较长时，可优选较大的管子和较深的石头深度。在较大的系统中，暗渠可通过歧管连接。可将暗渠(或歧管)连接到出口系统，使得流体可从暗渠9内流到出口系统中。

在氮的截留是重要的且土壤渗透性极高的区域中，很可能水会过快地流过可渗透的土工织物2进入土壤1而不能有效截留氮。由于水绕过出口而直接流入土壤1中，因此较低的出口可能不能控制向土壤1中的流动。因此，可将土工织物2制成基本上不能渗透，以确保所有的水流都通过出口导流，从而它们可通过出口的特性进行控制。可将出口管11的高度提高到孔203之上，从而使处理过的水可优先通过孔203离开出口组件，并进入位于不渗透膜2下方的石头层204中。这样，只有完全经过处理的水能渗透到土壤中。

根据具有图1所示构造的本发明示例性实施方案，污水可通过护根物8进入介质5。随着污水穿过介质5，磷可从污水中被吸附出来。优选地，经过滤的污水可进入暗渠9并流入出口系统200和流入槽10，然后流入排水管11。出口系统200优选控制污水穿过介质5的速度，以增强过滤、吸附和转化。例如，如果污水在介质5中被截留更长的时间，可从污水除去更多的氮。通过在槽10中提供两个或更多个出口，出口系统200可使污水从暗渠9向槽10中的流动增加。虽然图中示出了两个出口，但应理解，出口的数目可根据具体应用场合的设计选择而变。

根据本发明的一个实施方案的出口系统200在图2中显示。介质可具有高渗透速度。在某些情况下，无受控的出口系统的系统所能提供的在介质内的停留时间为一个小时或更短。这个停留时间可能过短而不能让依赖于时间的氮转化(如脱氮作用)有效发生。出口系统优选提供对向外流动的控制，使其达到成为介质渗透速度的分数的速度，从而延长在介质当中的停留时间长度。有效流出速度可优选加以调整，以提供所需的保留时间来促进所选择的氮转化。提供低流动控制结构能将保留时间提高到例如6小时以上，同时对表面积水深度的影响极低。出口系统优选还延长饱和条件的持续时间至约6小时以上、约12小时以上或者最长达一天或更长时间，从而促进脱氮作用的增强。

参考图2，系统200的布置能在盛行降雨更为强烈的情况中或者在发源区与设施大小的比例较高的情况中让流出速度得到提高。或者，在天然土壤中的渗透速度高的情况中，可对低流动出口进行限制。出口优选还可进行调节以响应各种条件随时间推移的变化。

出口系统200可包括预形成的槽，如混凝土槽10，优选其尺寸设置成对应于标准的街道进口。槽10可通过出口管11排水，该管可按照本领域普通技术人员熟悉的标准路线选择方法确定大小。出口系统200可包括一个或多个在侧面上的中间水流出口12，靠近槽10的顶部有格栅13以输送大水流事件，所有的都优选按照本领域普通技术人员熟悉的标准路线选择方法确定大小。出口12优选在护根物层8的表面上方约6英寸至约24英寸，更优选约9英寸至约12英寸。

暗渠9(或歧管)可穿过槽10并在三通管14终止。具有缩径衬套和水龙头组件16的回转弯管15可提供在三通管14的另一端，且可由优选具有孔口17的端盖终止。优选通过以特定钻孔大小对其中央衬套钻孔来使孔口17可调节到中间结果(issue)。

考虑到向天然土壤中的渗透和提供饱和区的需求，孔口17的大小和高度可优选由本领域技术人员精确设计，以提供饱和区和一旦系统已排水到下面讨论的上出口以下时延长在介质当中的保留时间。通过将滤网18固定在水龙头16上方，可防止孔口17被表面水流堵塞。来自暗渠9并从出口排出的水流可优选被介质过滤。

下升管18可从三通管14向上延伸，在柔性缩径接头21终止，并用管箍固定。上升管24尺寸可设置成使得它至少部分地配合在下升管18内部。上升管24可优选用管箍22连接到缩径接头20，这优选有利于调节上升管24和下面讨论的其出口组件的暴露长度。可提供松的接头支架23以将上升管24保持连接到槽10的壁，同时允许按需或按要求调整其高度。

上出口组件优选包含于上升管24连接的弯管25，在弯管25上设置有端盖26。端盖26可钻孔或切割以使大小适合为特定安装设计的出口。滤网26可优选固定在水龙头25的末端上，以防止水龙头25堵塞。

可优选由本领域技术人员设置端盖26的大小并确定其高度，以优化积水时间和深度，以便在处理大事件的同时留住尽可能多的径流。在典型降雨强度的暴雨事件中，表面可积水在出口的高度上方达24英寸之高。这可造成积水深度增加，从而造成有效水头相应增加。结果，由下出口201控制的原来低的渗滤速度可例如根据Darcy定律由通过上出口202的水流补充，使得水流速度可为正常低水流排放速度的许多倍。上出口202高度可调节的好处可以是，可操纵其高度以响应介质中渗透速度随时间推移的变化。随着沉淀物积累和饱和水力传导率下降，可降低上出口202的高度以增加有效水头，从而维持有效渗透响应。这可使得能够根据介质的稳定化特性进行适应性管理以获得最佳性能。

在氮的截留是重要的且土壤渗透性极高的区域中，可将土工织物2制成基本上不能渗透，以确保所有的水流都通过出口导流，从而它们可通过出口的特性进行控制。经处理的水然后可通过孔203离开出口组件，并进入位于不渗透膜2下方的石头层204中。这样，只有完全经过处理的水能渗透到土壤中。

出口系统200优选提供了一种方式，以不仅能调节小的频繁水流以增强氮去除，而且还能利用介质的快速渗透速度的能力来处理含有仍需要进行过滤的颗粒状物质的短暂高水流。由于能够调整出口系统200的孔口的高度和直径，可以让根据本发明的系统能响应介质渗透速度或设计排放标准的变化。与介质吸着和渗透响应的改进相结合，出口系统200的各实施方案的出口构造与具有非本发明的介质的自由排放系统相比能改进营养物截留。

根据本发明另一个实施方案的水处理生物截留系统300在图3中显示。水处理系统300可包括至少一颗树木或灌木27。系统300在下文中将称为种植装置300。这种实施方案在空间有限或者狭窄的场所如城市环境中会是有利的。参见图3，种植装置300的植物材料可包括适于水文管理方案的树木或灌木27。对于相同的介质面积，树木和灌木提供的蒸散会比草更多，因此可改善总体保湿性。适合于种植装置300的树木的例子包括Acerrubrum(红槭)、Platanusacerifolia(伦敦悬铃木)和Quercuspalustris(沼生栎)。但是应理解，在不偏离本发明范围的情况下，也可使用其他的树木和灌木。

围绕着树木，可提供冷季节C3草和暖季节C4草的混合物。根据本发明的一个优选实施方案，暖季节草C4可包括Pennesetumalopecuroides(狼尾草)和/或Panicumvirgatum(柳枝稷)，本发明人确定它们能有效促进营养物截留。根据本发明的一个实施方案，可将4号石头或其他疏松地被放置在树木27周围以填充该结构。这优选允许空气和水进入，同时防止水处理介质被来往的脚步压实。采用4号石头的布置方案可能比较便宜，但它也可能在营养物去除上不太有效，而且可能提供较少的表面积水体积。

参见图3，天然土壤1可优选通过高渗透性多孔混凝土结构28与介质隔开，该结构优选防止周围土壤迁移到介质和石头中，同时允许介质和石头慢慢排水到土壤中。该结构可被格栅29覆盖，该格栅的开口小得足以便于人行人往，但又大得足以让空气和水不受阻碍地进入。格栅29可优选还具有供树木从中延伸出来的开口30。优选地，格栅29可设置成与人行道31齐平。如图所示，格栅29对于不包括围绕着树木27的石头的系统来说会是特别有利的。

石头层32可优选至少约3英寸深，更优选约4英寸深，且可优选包括中值直径为约0.8英寸至约1.2英寸、优选约1.0英寸的开级4号碎集料。集料可优选用足够的水洗涤以冲洗掉在粉碎过程中积累的细粒。集料可被优选约1.5英寸至约2.5英寸深、优选约2英寸深的阻塞层33覆盖。阻塞层33可优选包括中值直径为约0.2英寸至约0.3英寸、优选约0.25英寸的89号混合集料，这可限制介质向下迁移到石头层32。石头层32可优选通过直径至少约1英寸、更优选约2英寸的穿孔暗渠34进行排水，该暗渠可连接到溢流竖管35中的出口系统350，这在下面更详细讨论且在图4中更详细描绘。

介质层36可放在阻塞层32上，优选不使用会使介质压缩的有轮或有履带的设备。在允许介质沉降约20％后，介质的深度可优选至少为约18英寸，优选约24英寸。在磷负荷集中的区域，可根据场地的具体要求操纵介质36的深度和调理物的组成和比例以提供更多的吸着能力。

来自街道37的流入物可通过高度渗透性的多孔混凝土路缘区38收集，该路缘允许受污染的径流直接进入，而又能防止粗碎片如树叶和垃圾堵塞介质36。或者，径流通过位于系统300上游的标准路缘进口系统收集。可将最受污染的“初次奔流”和低水流从上游进口选择性转到歧管系统中，该上游进口由具有穿过其中的孔或槽40的管子39分布。孔40可优选由本领域技术人员确定尺寸，以将水流在几个不同高度的种植单元之间基本上相等地分布。在管子39下方和/或在多孔混凝土流入区38近旁可放置非生物可降解的草皮加强垫41，以防止浓集的流入物的腐蚀和冲刷。

图4中大体显示了根据本发明一个实施方案的具有上出口352和下出口351的出口系统350。出口系统350可包括升管42，其优选包含塑料。管42可优选包括约10英寸至约18英寸、优选12英寸的直径。该出口还可包括被密封以防止不受控制地失水的端盖43。为输送溢水，积聚在表面的径流可通过格栅44进入管42的顶端35，该格栅可决定该竖管的溢水高度。这些水流优选通过出口管45从系统300输送出去。

来自暗渠34的流入物可在防水壁配件46中穿过端盖43。暗渠34可优选在弯管47中终止，在该弯管上可固定有三通管48。具有缩径衬套和水龙头组件50的回转弯管组件49可提供在三通管48的另一端，且可由孔口51终止。可优选通过以特定钻孔大小(如对下孔口51所施加)对其中央衬套钻孔来使孔口51可调节到中间大小。

缩径衬套和水龙头组件50可优选设置在弯管组件49的末端并由优选包括孔口51的衬套组件50终止。考虑到向天然土壤中的渗透和提供饱和区的机会，孔口51的大小和高度可优选由本领域技术人员设计，以提供饱和区和一旦系统已排水到下面讨论的上出口352以下时延长在介质当中的保留时间。可优选通过在该水龙头上提供滤网52来防止孔口51被堵塞，其中该滤网可优选固定到该水龙头上。从出口352出来的水流优选已经被介质过滤。

下出口可进行调节以响应场地渗透速度。在渗透性土壤中，该出口可以是狭窄的和/或升高的，从而增加所渗透的被处理水的体积。在排水不良的土壤中，该出口可以是扩大的和/或放低的，从而增加水流速度而减少储存体积。这样，可使该系统的响应适合于场地中碰到的条件，以提供一致的响应。

下升管53可从三通管48向上延伸并在柔性缩径配件55终止，并可优选用管箍54固定。上升管58可优选构造和布置成至少部分地配合在下升管52内部。上升管55可优选用管箍54连接到缩径配件53。管箍54可优选利于调整上升管55的暴露长度。可设置松的接头支架56以将上升管55固定到结构壁42。

上出口组件352可优选包括靠近上升管55的顶部的弯管57，在其当中优选可固定缩径衬套58。水龙头59可优选插入穿过缩径衬套58。可通过在水龙头59末端上方提供滤网60来防止水龙头59被堵塞。优选地，滤网60可固定到水龙头59上。可优选通过添加具有由特定钻孔大小(如对下孔口51所施加)形成的孔口的端盖来使水龙头59可调节到中间大小。

可优选由本领域普通技术人员设置端盖60的大小并确定其高度，以优化积水时间和深度，以便在处理大事件的同时留住尽可能多的径流。在典型降雨强度的暴雨事件中，表面可积水在上出口352的高度上方。这可造成积水深度增加，从而造成有效水头相应增加。结果，根据Darcy定律，由下出口351控制的原来低的渗滤速度增加，使得上出口352的水流速度可为低水流排放速度的许多倍。上出口高度灵活调节的潜在好处可以是，可调节其高度以响应渗透速度随时间推移可能出现的变化。随着沉淀物积累和饱和水力传导率下降，可降低出口以增加有效水头，从而维持有效渗透响应。这可使得能够根据介质的稳定化特性进行适应性管理以提高性能。

出口系统优选提供了一种方式，以不仅能调节小的频繁水流以增强氮去除和响应场地渗透速度，而且还能利用介质的快速渗透速度的能力来处理含有仍需要进行过滤的颗粒状物质的短暂高水流。由于能够调整孔口的高度和直径，可以让系统能响应介质渗透速度或设计排放标准的变化。与介质吸着和渗透响应的改进相结合，出口系统的各实施方案的出口构造与具有非本发明的介质的自由排放系统相比能改进营养物循环(repetition)。

根据本发明的优选实施方案，生物截留系统可适合进行废水和/或暴雨水处理。本文描述的水处理介质的各种例子可增强磷从这些废水流中的除去。优选地，介质能使磷截留，同时提供快速排水。经过介质的水流优选由根据本发明示例性实施方案的出口系统进行控制，以延长停留时间以便在小的事件中改善除氮作用，这些事件构成年径流量的大部分。出口系统可优选被设计和构造成在较大的事件中允许高水流通过，从而使系统能够处理更大的事件，使未被处理的旁通流减至最低。

减少城市径流可溶性磷(P)负荷对于使下游淡水水体的损害减至最低是重要的。虽然新建的生物截留系统实现的磷截留高，但通常在生物截留系统中使用在壤质沙介质中的磷截留可持续高达并有时超过五年的城市径流负荷。根据本发明的系统能用水处理残余物、红泥和/或红壤土壤、高铁含量的黏土进行调理。

还确定，在没有植物帮助截留暴雨水浓度下的磷的情况下，典型的生物截留介质的能力在几年后可能会耗尽。但是，植物的存在可相当多地增大磷的截留，远超出吸收所实现的截留。

应理解，下文提供的实施例仅仅出于说明目的，是根据具体应用场合进行的设计选择，不应理解为以任何方式限制本发明的范围。

用27个240L大小的生物截留围隔研究根据本发明的生物截留系统的水力学响应和溶解氮和磷截留。介质包含红壤土壤、红泥和水处理残余物(WTR)，它们与沙和椰纤维泥煤组合。除了一个处理方案没有植被(光秃)之外，其他所有处理方案都种植上灌木和草。表1给出各个处理方案的介质组成。

表1：各个处理方案的介质组成。矿物质比例以重量计，由草酸可提取的铁和铝测定。椰纤维泥煤比例以体积计。

即使在介质中有高比例的微细材料，但饱和水力传导率仍很高，平均值在15.1至55.7cm-h^-1的范围内。为延长停留时间，除了一个系统(WTR-Knr处理)之外，其余所有系统都由双出口构造控制。这涉及到不受限制的高位出口，其按照Darcy定律根据通过介质的水流情况输送流出。这个出口通常接近介质表面，并在处理方案饱和及出现积水时控制流出。

通过调整这个布置方案的高度以响应重复试验渗透性提供或多或少的有效水头，这个布置方案导致了在含有各自大不相同的渗透性的介质的重复试验中都有类似的积水和排水响应。这个布置方案减少了在营养物截留时停留时间不相同的潜在倾向。为在每个事件后使各个处理方案排水，设置在沙砾层底部的4mm软管以较低的水流速度(平均8.4cm-h^-1)排水。与上出口不一样的是，这个出口是根据水力学特性来控制水流速度，而水力学特性比介质特性更具限制性，因此在所有的重复试验中它的响应是相似的。在春季负荷方案中，将这个出口调小至极低的排水速度(±1cm-h^-1)。将其高度提升到排水层之上，以在介质的底部提供饱和条件。

在一个研究中，每周向红壤和红泥围隔负荷49cm的三次污水，为期81周，该污水包含2.2mg-l^-1氧化氮(NO_x)和4.4mg-l^-1总氮(TN)。每周向WTR围隔负荷49cm的三次污水，为期80周，该污水包含2.2mg-L^-1NO_x和4.1mg-L^-1TN。在六个月间隔中，给各个处理方案投入包含0.7mg-L^-1NO_x和1.1至1.6mg-L^-1TN的合成暴雨水，如表2所示：

表2：污水和暴雨水负荷特性，水流加权浓度

(mg-l^-1)和质量负荷(kg-ha^-1)，总实验和80-81周时间。

对于每种介质类型，围隔都种植上局部植被，每个处理方案提供3个重复试验。种植植被的红壤和红泥围隔含有两丛对角种植的湿地狼尾草(Pennisetumalopecuroides)和在剩下的对角种植的木质灌木瓶刷木(Callistemonpachyphyllus)和百里香叶白千层(Melaleucathymifolia)。KnobbyClubrush(Ficinianiodosa)种植在中央。K20处理方案没有植被，重复试验两次，以将其响应与具有植被的相同处理方案进行比较。较新的WTR处理方案不种P.alopecuroides，而是在对角种两丛C.apressa，在一角种C.pachyphyllus，在剩下一角种TM.thymifolia，在中间种F.nodosa。所有围隔都用2.5cm深的沙砾护根物覆盖。

已确定，具有种植好的植物和长保留时间的生物截留系统能从暴雨水截留超过约70％、甚至超过约90％总氮(TN)。密集种植能很好截留营养物的植物能加强这个总氮截留。

可实现氮截留的再现，超过约70％、甚至超过约90％溶解氮(NO_x)从暴雨水得到截留。

图5a和5b示出了试验过程中K20nv和K20处理方案的NO_x和TN的流入和流出浓度的频率分布。其他K10/40、K40RM06和RM10处理方案的数据与所示的数据重叠，因此为简明起见将它们省略。由于K20nv处理方案最终变得无效，在最初81周后不收集它们的数据。

在受限的WTR-K处理方案中，当植物大部分建立时，从废水截留的总氮高达63％，而WTR30处理方案的截留最低，为43％。与种植植物的处理方案形成对比的是，光秃介质的总氮去除率低于7％。在种植植物的处理方案中，NOx截留率在72％至45％之间，而光秃处理方案则输出72％。在最后一次暴雨水运行中，总氮截留率在-34％至60％之间，而NO_x截留率在3％至84％之间。不受限的处理方案中的NO_x和TN截留率最低，且显著低于相应的对照处理方案(其最高)。这证明了停留时间对改善氮截留的重要性。与种植植物的处理方案形成对比的是，在各次暴雨水运行中，TN和NO_x被从光秃处理方案输出。种植植物的处理方案的累积总氮截留大大超过植物预期对氮的吸收率，这提示在生物截留处理方案中脱氮作用也对总氮去除有贡献。

进一步证实之前的观察结果的是，图5a显示了光秃处理方案如何总是流失比流入物更高浓度的NO_x，而种植植物的处理方案中的NO_x截留显著。在各次暴雨水运行中在流入浓度低于1.5mg-l^-1时，种植植物的处理方案的NO_x截留特别明显，其中流出浓度几乎低一个对数级。这些倾向提示，不管流入浓度如何，质量去除率通常是恒量。在这个过程中，小的流入负荷将成比例地比更大的负荷被降低更多。这些观察结果显示，各个处理方案偶尔能够排放甚至低于0.1mg-l^-1的NO_x浓度。

与NO_x结果形成对比的是，图5b显示即使光秃处理方案也能截留总氮，尽管与种植植物的处理方案相比远不够有效。如在NO_x的情况中注意到，种植植物的处理方案在流入浓度低于2.5mg-l^-1时表现较好，但是降低量不如对NO_x所观察到的高。但是，在较高污水负荷浓度下的相对总氮截留性能比NO_x所观察到的性能好。这些数据提示了相对一致的质量去除过程，其中较小的流入负荷将成比例地比更大的流入负荷被降低更多。这些系统能够排放低于0.5mg-l^-1的总氮浓度。

表3给出成熟的处理方案的氮截留响应。

表3：氧化氮和总氮的截留，污水负荷，2008年8月至2009年1月

(kg-ha^-1和被保留的流入负荷的百分数)。

在最初的81周，即使在平均流入浓度为4.4mg-l^-1，红壤和红泥处理方案中的累积NO_x截留率也高达49％。在最后的80周，即使在平均流入浓度为4.1mg-l^-1，期限相同的WTR处理方案中的累积NO_x截留也接近47％。

还确定，在渗透性中变异系数低得多的新WTR处理方案中，氮截留率的可变性极小。虽然不受限的WTR-Knr处理方案由于总是超过40cm-h^-1的最大流入速度而没有测量其渗透性，但是这些处理方案在截留率方面非常一致。这些自由排放处理方案比相应的WTR-K处理方案排放多出49％的NO_x和多出47％的总氮。

进一步证实之前的观察结果的是，图6a显示不受限的WTR-Knr处理方案如何几乎总是比相应的WTR-K处理方案流失更高浓度的NO_x。图6b显示不受限的WTR-Knr处理方案如何几乎总是比相应的WTR-K处理方案流失更高浓度的总氮。

一般来讲，使用最高达25％和40％(体积)的微细材料，在种植植物的处理方案中介质5的平均饱和水力传导率可超过20英寸/小时。这些速度对于含有这样高百分比的微细材料的材料来说是快速的。已确定，这个高速度可持续一年以上，甚至超过两年或更多年，并在种植植物的处理方案中随着它们的成熟显示出改善的趋势。相比之下，不种植植物的处理方案通常具有这个速度的一半不到，且在渗透速度上显示下降的趋势。

这支持了这个结论，即本发明的系统可处理给定一段时间里相当大的径流，包括来自甚至高强度降雨事件的径流。

本发明的系统具有双阶段出口，以减少水流速度和延长停留时间。根据本发明的出口能够使有效水流速度均衡，同时仍能通过大量的水流而不发生溢流。这些系统还能够在低水流过程中延长停留时间。

一个没有出口控制的处理方案中的氮截留显著低于相应的有控制的处理方案，这显示了出口所提供的停留时间增加如何改善氮截留。

这些发现证明，在甚至快速排水的生物截留系统中也可出现相当大的NO_x和总氮截留，并且植被的存在可显著增加截留。由于植物吸收和脱氮作用这两方面，在生物截留系统中也可获得很大的总氮截留。在暴雨水浓度下，NO_x截留高达95％，在接近实验检测限的浓度下排放。在较旧的红壤处理方案中暴雨水的总氮截留在66％至80％之间。在低至0.29mg-l^-1的平均浓度下排放，这提示了来自生物截留系统的总氮浓度的下限。我们还证明，保留时间的增加会极大地改进NO_x和总氮截留两方面，增加截留和暴雨水分别最高达80％和48％。

图7示出红壤磷截留响应的累积频率分布；其中图7(a)显示不种植植被的K20nv处理方案，图6(b)显示种植植被的红壤处理方案。暴雨水运行和污水负荷运行之间的界限以0.80mg-l^-1线条显示，而所需的环境标准以0.05mg-l^-1线条显示。K20nv处理方案在任何运行中都不能够满足这个标准，而种植植被的K20处理方案在一半的暴雨水运行中满足这个标准，K10-40处理方案在几乎所有的暴雨水运行中都能够满足。在所有的污水负荷运行中都有至少90％的下降。

图8示出红泥和WTR处理方案的磷截留响应的累积频率分布；其中图8(a)显示红泥处理方案，图8(b)显示WTR处理方案。红泥处理方案能够在一半以上的暴雨水运行中满足0.05mg-l-1标准。在所有的污水负荷运行中都有90％以上的下降。WTR处理方案能够在所有的暴雨水运行中满足0.05mg-l-1标准。WTR30处理方案能够在一半以上的污水负荷运行中满足这个标准。在所有的污水负荷运行中都有98％以上的下降。表4总结了实验的结果。

表4：正磷酸盐的截留，80-81周期间

(kg-ha^-1和被保留的流入负荷的百分数)。

根据本发明实施方案的介质即使在低的排放浓度下也继续保留大量的磷。在这些系统中在十年的暴雨水负荷后、甚至在三十年的暴雨水负荷后，也能实现从暴雨水去除总溶解磷(DP)最高达92％乃至99％。

举例说，根据本发明一个实施方案的介质在用废水负荷80周后，也能表现出从废水截留溶解磷达88％以上乃至99％。

结果还显示，光秃的红壤介质在长期负荷下其磷截留能力最终耗尽。改进的介质会延迟这个不可避免的磷饱和现象，但植被对于吸收和对于它对延长磷吸着能力的作用两方面都是合乎需要的。在所有试验的介质中，即使在低于0.40mg-l^-1的流入浓度下，经过二十年的暴雨水负荷也还维持对暴雨水中磷的大量截留。在K40和WTR处理方案中介质没有显示饱和现象，非可削减的浓度低至0.003mg-l^-1，低于甚至最严格的暴雨水排放标准。这显示根据本发明的介质能从暴雨水和废水降低磷负荷。

存在着随着磷积累和介质变得更饱和从而磷截留下降的趋势。另一方面，在具有水处理残余物的系统中最高达99％的总磷负荷得到截留，且不存在截留性能随时间推移的变化趋势。

这些结果显示，这些调理物不仅能极大改进生物截留系统中的磷截留，而且它们还能延长系统的可用寿命。此外，这些调理物可以既价格便宜又来源广泛。

水力学实验显示，即使用含有非常高比例的粘土矿物的介质也能获得非常高的饱和水力传导率。在几个实验中，各个重复试验之间的传导率范围广。为响应这些变化，开发了创新的出口构造来保留水流以提供几乎相同的响应。这个构造不仅与自由排放系统相比使水流得到均衡，而且还表明可以使系统响应适应于设计的需要。在需要由长时间截留来提供广泛处理的场所，出口可相应地进行构造。另一方面，在系统被设计来过滤高水流速度的极端城市情形中，可将出口构造成能保留小水流，同时仍能通过介质处理更大的事件，从而避免旁通流。这能大大改进沉淀物、金属以及油脂的截留。此外，随着沉积物在表面上积累和降低有效速度，可调整出口以改进速度。这个适应性管理的能力是暴雨水控制的设计中的新兴趋势。

如上所述，用于将物质从流入根据本发明的系统的水中除去的水处理系统，可包括具有侧壁、底部和进口的水处理室。它可具有至少一个包含被配制用来截留磷的介质的截留层，所述介质包含在水处理室当中的水处理残余物、红泥、红石膏和富铁或富铝土壤中的至少一种，所述截留层位置设定成能从进口接受水。该系统可具有至少36平方英尺的面积，按1英尺的深度乘以过滤层的面积，每小时废水体积在至少约36立方英尺以上。

根据本发明的系统可在截留层下方具有排水层，且可被构造和布置成使得通过截留层处理的水能由排水系统收集。排水系统可在进口和截留层下方和在排水层当中，被构造和布置成使得待处理的水能从进口经过截留层流到排水系统。排水系统可构造成能将穿过截留层的水引导到水处理室之外。

可使截留层能在24小时内有效处理厚度至少约12英寸以上、优选约24英寸以上、更优选约36英寸以上的穿过该层的水，这种水的氮含量至少约0.50mg-l^-1和/或磷含量至少约0.30mg-l^-1，且降低该氮含量至少约40％、优选约80％和/或降低该磷含量至少约90％、优选约95％。截留层能降低该氮含量至少约40％和/或降低该磷含量至少约90％。

水处理室的壁可基本上不能渗透水流，而底部可使水流渗透出水处理室。排水系统可包括排水管道的网络，其中至少一个管道延伸通过水处理室并穿出水处理室，且用流动控制机构终止。该机构可构造和布置成能自动调节水以不同的流动速度流出水处理室，这些速度与流过过滤层的水压头成比例。这使得可以进行适应性管理，以响应介质和/或土壤渗透速度的变化和/或所需的排放标准的变化来控制水流动力学。水流控制机构可具有一根从与至少第一和第二出口开口成流体连通的水处理室接受水的管子，该第二出口开口设置在高于第一出口开口高度的高度处，使得在第一压力下，水将仅从下出口开口流出，但在足够高的第二压力下，水将从两个出口开口同时流出。

因此，虽然已经显示、描述和指出了本发明实施方案的新特征，但应理解，本领域技术人员可在不背离本发明精神的情况下，可在所公开的本发明的形式和细节方面作出各种省略、替代和变化。

还应理解，以下权利要求书意在涵盖本文描述的本发明的所有一般和具体特征以及所有关于本发明范围的陈述，这些陈述按语言可据说落入其间。

Claims

1.一种水处理系统，用于将物质从流入所述系统的水中除去，所述系统包括：

至少一个被构造成能接收流入所述系统中的水的截留层，所述截留层包含被配制用来截留磷的介质，所述介质包含水处理残余物；

排水层，其包括位于所述截留层下方的排水系统，所述截留层和排水层被构造和布置成使得至少一部分通过所述截留层的水将被排水系统接收；和

所述截留层在24小时内有效处理水的体积等于深度至少24英寸的穿过所述截留层的水，这种水的氮含量至少为0.50mg-l^-1或磷含量至少为0.30mg-l^-1，且所述截留层有效降低该氮含量至少40％或降低该磷含量至少90％。

2.权利要求1的系统，其中所述截留层至少12英寸厚。

3.权利要求1的系统，包括具有基底、从基底向上延伸的侧壁和进口的水处理室，其中所述截留层和排水层在所述室内。

4.权利要求3的系统，其中所述水处理室的壁基本上不能渗透水流，而所述基底能使水流渗透出所述室。

5.权利要求3的系统，其中所述基底不能使水流渗透通过所述基底。

6.权利要求3的系统，其中所述排水系统包括排水管道的网络，其中至少一个排水管道延伸通过所述水处理室并穿出所述水处理室，且用流动控制机构终止，所述流动控制机构被构造和布置成自动调节水以不同的流动速度流出所述水处理室，所述流动速度与流过所述截留层的水压头成比例。

7.权利要求6的系统，其中所述流动控制机构包括从与至少第一和第二出口开口成流体连通的所述水处理室接收水的管子，所述第二出口开口设置在高于所述第一出口开口高度的高度处，使得在第一压力下，水将仅从下出口开口流出，但在足够高的第二压力下，水将从两个出口开口流出。

8.权利要求3的系统，其中所述基底能使水流渗透通过所述基底。

9.权利要求3的系统，其包括有效量和类型的在所述系统中生长以帮助从流入所述室中的水中除去氮和/或磷污染物的植物。

10.一种水处理系统，用于将物质从流入所述系统的水中除去，所述系统包括：

至少一个被构造成能接收流入所述系统中的水的截留层，所述截留层包含被配制用来截留磷的介质，所述介质包含水处理残余物、红泥、红石膏、富铁土壤或富铝土壤中的一种或多种；

排水层，其包括位于所述截留层下方的排水系统，所述截留层和排水层被构造和布置成使得至少一部分通过所述截留层的水将被排水系统接收；

所述截留层在24小时内有效处理水的体积等于深度至少24英寸的穿过所述截留层的水，这种水的氮含量至少为0.50mg-l^-1或磷含量至少为0.30mg-l^-1，且所述截留层有效降低该氮含量至少40％或降低该磷含量至少90％；

所述系统进一步包括排水系统，所述排水系统包括至少一个位于所述截留层下方的排水管，所述排水管被构造和布置成将水从所述截留层的底部排出；

所述排水管延伸到出口系统，所述出口系统包括与所述排水管成流体连通的至少第一和第二开口，所述第二开口的高度在所述第一开口之上。

11.一种处理水的方法，所述方法包括：形成包含被配制用来截留磷的介质的截留层，所述介质包含水处理残余物；引导雨水径流或废水的进口，这种水的氮含量为至少0.50mg-l^-1或者磷含量为至少0.30mg-l^-1，将所述水导向所述截留层；和使所述水向下流动通过所述过滤层以减少该氮含量至少50％和减少该磷含量至少90％。

12.权利要求11的方法，其中所述雨水被从铺砌街道导向所述截留层。

13.权利要求11的方法，其中所述水被导向到所述截留层上，所述截留层的面积至少为36平方英尺，且其中废水体积每小时为至少36立方英尺，按1英尺的深度乘以所述截留层的面积计，所述水含有磷和氮，所述截留层包含被配制用于截留磷的介质，所述介质包含水处理残余物、红泥、红石膏和/或富铁或富铝土壤中的至少一种；使所述水通过所述介质以减少该氮含量至少60％或者减少该磷含量至少90％。

14.一种处理水的系统，所述系统包括：

包含被配制用来截留磷的介质的截留层，所述介质包含水处理残余物；包括至少一个位于所述截留层下方的排水管的排水系统，所述排水管被构造和布置成将水从所述截留层的底部排出；

15.权利要求14的系统，还包括位于所述排水管下方的基本上不能渗透水的基底。

16.权利要求14的系统，还包括位于所述排水管下方的基本上能渗透水的基底。

17.权利要求14的系统，其中所述截留层包含水处理残余物。

18.权利要求14的系统，其中所述第一开口与导管成流体连通并在该导管的远端，所述第一开口的高度可通过选择性旋转该导管而进行选择性调节。

19.权利要求14的系统，其中所述第二开口与导管成流体连通并在该导管的远端，所述第二开口的高度可通过选择性移动该导管而相对于所述第一开口的高度进行选择性调节。

20.权利要求14的系统，其中所述系统包含有效量和类型的在所述系统中生长以帮助从水中除去氮和/或磷污染物的植物。

21.权利要求14的系统，其中雨水被从铺砌街道导向所述截留层。

22.权利要求1的系统，其中所述系统具有至少36平方英尺的面积。

23.权利要求4的系统，包括有效量和类型的在所述系统中生长以帮助从流入所述系统的水中除去氮和/或磷污染物的植物。

24.权利要求6的系统，其中所述截留层至少12英寸厚。

25.权利要求1的系统，其中所述系统包括能渗透水的基底。

26.权利要求1的系统，包括位于所述截留层上方的一层护根物。

27.权利要求1的系统，包括排水系统，所述排水系统包括至少一个位于所述截留层下方的排水管，所述排水管被构造和布置成将水从所述截留层的底部排出；