人工濕地是基于自然濕地系統(tǒng),人為構(gòu)建、監(jiān)管和控制的類似沼澤的地面,利用物理、化學(xué)和生物三者協(xié)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(tǒng)至今,人工濕地不僅應(yīng)用于生活污水的處理,在處理含重金屬離子的工業(yè)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(yīng)用。隨著對人工濕地污水處理技術(shù)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(fā)生在濕地內(nèi)部的所有過程連接為統(tǒng)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(tǒng)中,沸石填料是人工濕地的基質(zhì)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(yīng)等對污染物進行截留,為后續(xù)微生物和植物對污染物的進一步分解和吸收創(chuàng)造了良好的條件,同時填料為微生物的生長提供了穩(wěn)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(guān)鍵因素,其組成以及數(shù)量直接影響著系統(tǒng)的凈化效果。
通過在人工濕地內(nèi)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(tǒng)對污染物(尤其是氮、磷)的去除能力。因此,濕地基質(zhì)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(guān)鍵。在填料的設(shè)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(xué)組成、孔隙率及比表面積、機械強度、空間體積及形態(tài)、生物、化學(xué)及熱力學(xué)穩(wěn)定性和價格等因素。由于人工濕地往往應(yīng)用于農(nóng)村生活污水的處理及城市及景觀等地表水體的生態(tài)修復(fù)中,因此還應(yīng)考慮填料是否易得。
人工濕地在城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)和地表水體生態(tài)修復(fù)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,但目前在基質(zhì)填料的選擇上仍依賴于天然物質(zhì),篩選簡單易得、來源于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)出根據(jù)市場需要的形狀和強度,既能保留原有介質(zhì)優(yōu)良的凈水作用,又能實現(xiàn)快速更換的模塊化、達(dá)到有效地快速恢復(fù)人工濕地功能的生態(tài)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(huán)節(jié):一方面填料可為水生植物生長提供載體和營養(yǎng)物質(zhì);同時也為微生物的生長提供穩(wěn)定的依附表面;此外,填料還可通過物理和化學(xué)的途徑去除污水中的污染物質(zhì),如人工濕地中高達(dá)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(tǒng)的填料,其粒徑可根據(jù)不同要求生產(chǎn),如:1-2mm、2-4mm、3-5mm、4-8mm、5-10mm、8-16mm、16-32mm、50-80mm,50-100mm。