人工濕地主要利用濕地中植物、微生物和填料之間的物理、化學和生物作用共同達到污水凈化的目的。構造濕地最初僅用來處理城鎮和鄉村生活污水,目前在污水處理、污染物控制和改善環境等方面均得到世界各地的普遍重視和應用。隨著對水處理要求的提高,人工濕地也從最初主要用于處理污水中的懸浮物和有機物逐漸向脫氮除磷方向發展。作為人工濕地的重要組成部分,選擇合適的基質填料能夠有效地對人工濕地中的污染物進行處理,而沸石、礫石、粉煤灰等多孔介質作為主流基質填料是當前人工濕地系統中的常見材料,但是具體在實際工程中,哪種填料效果好,是許多研究人員關注的問題。
?通過在人工濕地試驗中觀察,試驗系統由三條并列的人工濕地床組成,分別為沸石蘆葦床、礫石蘆葦床和自由表面人工濕地床,每床均配有一個供水池,供水池除貯水及定流量外同時具調節水質與預沉作用。
濕地系統中氮的去除機理是多樣的,包括揮發、氨化、硝化、反硝化、植物攝取和基質吸附等。其中微生物的硝化、反硝化作用被認為是濕地脫氮的主要途徑。不同類型的濕地其脫氮的機理有所側重,脫氮效率也相差較大。沸石對銨態氮具有極強的選擇吸附性,可快速截留污水中的氨氮。沸石濕地在去除氨氮方面明顯優于礫石潛流濕地和自由表面流濕地,但沸石對氨氮的吸附并不能作為氨氮去除的最終途徑。
另一方面,沸石具有巨大的比表面積,是一種比較理想的生物載體。系統穩定運行一段時間后,沸石表面會形成生物膜,使得沸石潛流濕地同時又是一個生物反應器。這時,離子交換和硝化反應都在起作用。沸石表面形成生物膜后仍有交換氨氮的能力,當系統面臨強的沖擊負荷時,水力停留時間短,離子交換作用將占主導地位。這正是沸石潛流濕地抗氨氮沖擊負荷能力較強的主要原因,也是其優勢之所在。從下圖可知,沸石潛流濕地在去除硝酸鹽氮方面也明顯好于礫石濕地,這說明沸石作為人工濕地的填料在脫氮方面具有優勢。
總之,使用沸石作為基質填料的人工濕地能夠有效去除氨氮與磷,并且投資費用較少,因此值得廣泛推廣與應用。