人工濕地是通過(guò)模擬自然生態(tài)系統(tǒng)中天然濕地的結(jié)構(gòu)和功能，形成的基質(zhì)-微生物-植物復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。它利用物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過(guò)過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。人工濕地具備投資少、運(yùn)行成本低、管理操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于我國(guó)農(nóng)村生活污水的治理。

一、研究背景

填料是人工濕地中的重要組成部分，不僅為人工濕地里的植物、微生物提供生長(zhǎng)環(huán)境，其本身也發(fā)揮著凈化污水的作用。人工濕地中磷素的去除，70%~87%是緣于填料的吸附和沉淀作用；填料釋放在水中的Ca2+、Mg2+、Al3+和Fe3+等離子及其水合物、氧化物與磷素反應(yīng)形成難溶性化合物。此外，填料也能通過(guò)吸附作用去除部分氨氮。然而，人工濕地在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)常發(fā)生填料堵塞，填料滲透系數(shù)減小，水流滲透速度減緩，實(shí)際水力停留時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致其利用率下降、壽命縮短、黑臭水體難以治理問(wèn)題。

二、試驗(yàn)方法與結(jié)論

模塊化填料(MS)選取花崗巖碎石為粗骨料，在制作的過(guò)程中用水泥和粉煤灰作為膠結(jié)材料。其中最優(yōu)配合比骨料級(jí)配為10~16mm、設(shè)計(jì)孔隙率30%、水灰比0.30、粉煤灰摻量30%、減水劑用量1.5%，制成10cm×10cm×10cm大小，預(yù)留2個(gè)貫通孔的內(nèi)置孔隙(貫通孔規(guī)格φ2cm×10cm)。

在6d內(nèi)，模擬生活污水中氨氮、總磷和COD進(jìn)出水濃度，以及MS和GS填料對(duì)各種污染物的去除效果見表1。從圖3(a)中可以看出，MS對(duì)氨氮的去除效果優(yōu)于GS，其中，MS對(duì)氨氮去除率為64.86%，GS對(duì)氨氮去除率僅有46.72%。這是由于MS具有比GS更高的孔隙率，為硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌提供更多的附著空間；同時(shí)由于模塊化填料沒有像碎石填料一樣緊密堆積，方便系統(tǒng)內(nèi)水體與外界氣體的傳遞，加大水體中溶解氧的濃度，從而有利于提高微生物的活性。硝化細(xì)菌的最佳pH范圍在8.0~8.5之間，經(jīng)測(cè)試，MS和GS的pH分別為8.3和7.8，所以MS為硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌提供了更適宜的條件。

通過(guò)MS-C-S和不同的MS-U-S、MS-C-L及GS-C-S系統(tǒng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含氮化合物的去除主要依靠系統(tǒng)中微生物的硝化作用和反硝化作用，正值生長(zhǎng)期的植物也能吸收污水中部分含氮化合物；植物和微生物對(duì)含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化主要通過(guò)氨化作用，將可溶性的含氮有機(jī)物(DON)轉(zhuǎn)化成NH+4，再經(jīng)過(guò)耦合硝化和反硝化作用去除氨氮；當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)沒有種植植物，氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及填料的吸附作用是去除含氮化合物的主要途徑。

總之，模塊化填料對(duì)氨氮和總磷的去除率明顯高于碎石填料，模塊化填料及以其為基質(zhì)的人工濕地系統(tǒng)可以很好的去除氨氮、總磷和COD。MS具有貫通孔的特殊結(jié)構(gòu)增大了填料孔隙率，為微生物提供了更多附著表面，截留更多污染物，且不易堵塞。