湿地是由水陆相互作用而形成的具有特殊功能的自然综合体,是重要的国土资源和自然资源,是生物重要的生存环境,与人类的生存和发展息息相关,也是自然界最富有生物多样性的生态景观。人工湿地是人工设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体。
在20世纪70年代,人工湿地处理系统大多利用原有的天然湿地,将天然湿地系统与人工建造的氧化塘处理系统结合起来,既保持了天然湿地的原有结构,又提高了氧化塘系统的处理效果;80年代以后,人工湿地发展为由人工建造的、以不同粒径的砾石等为填料基质,并种植有一定去污能力植物的处理系统,这样的构建模式使得人工湿地进入了规模性的应用阶段。国外对人工湿地污水处理技术研究开展较早,最早可以追溯到1903年建在英国约克郡Earby的湿地系统,它持续运行到 1992 年;1953 年,德国Seidel在研究中发现,芦苇通过其根区产生微生物活性的区域作为生化反应器来转化、降解有机物,可以去除污染物。1990年7月, 在中国深圳成功建立了第一个人工湿地污水处理工程——白泥坑人工湿地污水处理系统。
人工湿地的填料
目前,用于人工湿地的填料沸石、石英砂、砾石、活性炭等,这些填料能够为微生物的生长提供稳定的依附表面,除此之外,填料还可以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质,当这些营养物质通过污水流经人工湿地时,填料通过一些物理、化学途径(如吸附、吸收、过滤、络合反应和离子交换等)净化污水中的氮、磷等营养物质及其他污染物,基质对有机污染物的去除主要体现在对磷的吸附上。
当前,研究人员对填料的研究目前已经广泛开展,各种工业副产物、矿石等都引起了人们的关注,如沸石、粉煤灰、砾石、陶粒等被填充到人工湿地系统中,大大提高了氮的去除效果。沸石以其储量丰富、价格低廉、吸附容量大、对环境无毒无害且容易再生等优点,在污水处理方面有着广阔的应用前景。
4种人工湿地填料对氨氮的吸附量由大到小依次为沸石>红泥>炉渣>水洗砂。因此在当前人工湿地中使用沸石填料,可以达到较好的脱氨氮效果,并延长使用寿命。而其他材质作为人工湿地的填料时易造成湿地堵塞,可以将其与吸附能力强且通透性较好的基质混合使用,实现工业副产物的资源化利用。