人工濕地是基于自然濕地系統,人為構建、監管和控制的類似沼澤的地面,利用物理、化學和生物三者協同作用凈化污水。從1903年在英國的約克郡Earby建立的已知最早的人工濕地系統至今,人工濕地不僅應用于生活污水的處理,在處理含重金屬離子的工業污水、礦山污水、垃圾滲濾液和暴雨徑流等方面也得到了廣泛應用。隨著對人工濕地污水處理技術研究的深入,研究者將其主要分為填料、植物、微生物、動物、濕地中的水體五部分。其中填料是濕地中植物和微生物的生長載體,將發生在濕地內部的所有過程連接為統一的整體,在污水處理過程中起重要作用,直接影響人工濕地的污水處理效果。
在人工濕地處理系統中,沸石填料是人工濕地的基質與載體,填料的所有理化性狀都將影響到它對污水的處理效果。填料通過對污染物的物理過濾、離子交換、專性與非專性吸附、螯合作用、沉降反應等對污染物進行截留,為后續微生物和植物對污染物的進一步分解和吸收創造了良好的條件,同時填料為微生物的生長提供了穩定的依附表面,而粘附在填料上的微生物種群就是凈化過程的關鍵因素,其組成以及數量直接影響著系統的凈化效果。
通過在人工濕地內部填充多孔、有較大比表面積且空隙率較大的填料,可以為微生物提供更大的附著面積、提高氣、液通過的能力,進而增強系統對污染物(尤其是氮、磷)的去除能力。因此,濕地基質填料的選擇是濕地建造和能否改善濕地凈化污水能力的關鍵。在填料的設計和選擇上,為滿足其作為生物膜載體等功能,一般需考慮材料的物理及化學組成、孔隙率及比表面積、機械強度、空間體積及形態、生物、化學及熱力學穩定性和價格等因素。由于人工濕地往往應用于農村生活污水的處理及城市及景觀等地表水體的生態修復中,因此還應考慮填料是否易得。
人工濕地在城鎮污水處理系統和地表水體生態修復中已經得到廣泛的應用,但目前在基質填料的選擇上仍依賴于天然物質,篩選簡單易得、來源于工農業生產中的廢棄物又性能良好的填料,并進行模塊化加工配置、生產出根據市場需要的形狀和強度,既能保留原有介質優良的凈水作用,又能實現快速更換的模塊化、達到有效地快速恢復人工濕地功能的生態填料是一個亟待解決的問題。
在人工濕地污水處理工藝中,填料的選擇是一個十分重要的環節:一方面填料可為水生植物生長提供載體和營養物質;同時也為微生物的生長提供穩定的依附表面;此外,填料還可通過物理和化學的途徑去除污水中的污染物質,如人工濕地中高達87%的磷可以通過沉淀或吸附作用而被去除,因此,選擇通透性好、比表面積大、來源豐富、價格低廉的沸石顆粒作為人工濕地系統的填料,其粒徑可根據不同要求生產,如:1-2mm、2-4mm、3-5mm、4-8mm、5-10mm、8-16mm、16-32mm、50-80mm,50-100mm。