自德国于20世纪70年代构建首座人工湿地污水处理工程起，人工湿地在不同国家和不同类型污水处理中得到了广泛应用。人工湿地一般包括土壤（或人工填料，如碎石、沸石等）和生长在其上的水生植物，是独特的土壤-植物-微生物生态系统。合理选用人工湿地填料能有效改善湿地的污染物去除效果。占地通常大于传统二级活性污泥工艺的人工湿地系统最具吸引力之处在于其氮、磷去除效果好，投资低，运行费低和维护管理简便，而且湿地系统常有产出（植物收割部分带来的直接经济效益和植物绿化等改善生态环境而带来的间接经济效益），合理设计和管理可实现湿地工程的自负盈亏甚至创利运行，为污水处理工程的长期发挥效益提供有利保证。

运行费用高一直是国内污水处理系统大规模连续运行的主要限制条件。因此在人工湿地系统中探索出运行费用低而处理效果好的工艺具有重要的现实意义。沸石不仅是良好的氨氮吸附材料而且还可吸附磷，现有以沸石为填料的湿地系统的研究中主要采用潜流沸石，有的与植物（生长在沸石层中）组合，有的在沸石层上填充土壤（文中为底铺沸石）。这些系统的共同特点是沸石层厚度达50cm以上，沸石用量大，因此与沸石相关的采购、运输、填充和人工再生等的费用高。目前关于填料对氮、磷的作用的研究要么局限于实验室中的吸附解吸实验；要么未涉及人工湿地常见植物与表铺沸石及微生物的协同效应，而且关于沸石在农田排灌水中的处理的报道不多见。因此笔者针对湿地中采用沸石用量少和易再生的前置沸石（沸石段置于植物段之前）、表铺沸石（沸石层置于湿地植物段的表面）和底铺沸石（沸石表面为土壤）3种填充方式，研究不同沸石填充方式及不同优势植物的湿地系统对污染物的去除效果。

一、材料和方法

中试系统位于云南省昆明市呈贡县大渔乡新村下游滇池东岸（中试系统的西南侧为排涝泵站，二者之间仅隔一条宽4m的马路和一条宽215m的沟渠）。

实验系统构建于2001年3月，实验在2002年10月17日—11月23日进行，共运行38d，水力负荷为10cm/d。

所采水样的总氮、氨氮、总磷和CODCr分别采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，纳氏试剂光度法，钼锑抗分光光度法和重铬酸钾法测定。温度、pH和溶解氧采用HACH探头测定。在实验结束后，从有植物的湿地中采取芦苇（phragmiteaustrails）和茭白（zizaniacaduciflora）各0.1m²，仅取地上部分（割后植物残留高度为30cm），洗净，擦干植株表面的水分，测定质量和含水率，方法见文献。

设置2号系统、3号系统和5号系统，以考察前置、底铺与表铺沸石的污染物去除效果；设置1号系统和4号系统，以考察前置沸石的污染物去除效果。设置4号（茭白）系统和6号（空白）系统，以考察污染物去除效果。进水水质见表2。

进水15d后（11月1日）开始采样，该阶段气温为16.3～21.0℃，平均气温为18.1℃。

二、结果和讨论

进水和出水中的ρ（总氮），ρ（氨氮），ρ（总磷）和ρ（CODCr）。系统的进水水质波动较大。这是因为这些系统的进水来自周边沟渠，沟渠径流由村民生活排水、农田排水以及灌溉余水组成，实验期间属于当地的旱季，降雨很少，因此不考虑雨水径流。生活排水与人的生活习惯密切相关，饭前和饭后的洗刷、衣物洗涤、洗澡时生活排水量大；田间耕作时农田排水和灌溉余水水量较大；灌溉余水、农田排水和生活排水中的碳、氮和磷的含量具有一定的差异性。因此沟渠径流的水量和水质差异较大，呈现一定的波动性。

鉴于稳态系统中亚硝氮的含量较低，因此有机氮为总氮扣除硝氮和氨氮，以总氮为100%计，可得到进水和出水中的氮形态如图4所示。由图2和图4可见，进水氮中，以有机氮（平均占总氮的74.1%）为主，其次为氨氮（平均占总氮的25.2%），而硝氮的比例很低。这可能是因为实验期间为植物衰亡期，在沟渠径流的流动过程中，汇集部分生物残体并携带到下游。

在各个系统的出水中，有机氮占总氮的比例为48.7%～79.3%，4号系统最低，6号系统最高；氨氮占总氮的比例为17.5%～47.1%，2号系统最低，4号系统最高；硝氮占总氮的比例为1.0%～9.0%，6号系统最低，3号系统最高。

以下因素对污染物去除效果的影响：

1、芦苇湿地中3种沸石填充方式

2号系统、3号系统和5号系统均种植芦苇，沸石填充方式分别为前置、底铺和表铺。这三者之中，3号系统去除氮和磷的能力最强，这是因为3号系统的沸石用量远大于其他系统。5号系统的CODCr去除效果最好，这可能是由于沸石和芦苇根围环境的有效结合促进了CODCr的降解，而且表铺沸石的铺设增强了保温作用，增加了表土层的孔隙度而起到优化水流的作用；5号系统对总氮的去除效果略高于2号系统，对总磷的去除效果优于2号系统。5号系统和2号系统的芦苇生物量相近，且沸石投量相同，这表明沸石填放在湿地表面比前置于湿地进水口好，而比种植相同植物的无沸石湿地有更好的处理效果。

5号系统的处理效果也远好于未放置沸石而种植茭白的4号系统，这更进一步证明表铺沸石的作用。

2、表铺和前置沸石填充方式

1号系统和4号系统的优势植物种类相同，长势相当，但1号系统对总氮、氨氮和CODCr的去除效果优于4号系统。这主要是因为前置沸石段的作用，可能是因为沸石表面上有生物膜形成。不过1号系统的总磷去除效果比4号系统差，这可能是该实验阶段之前的前置沸石所吸附的磷被释放。

1号系统和4号系统相比，可知增加前置沸石段导致CODCr的去除率提高3.4%，而2号系统和5号系统相比，可得出表铺沸石的CODCr去除率比前置沸石的提高8.9%，因此可近似得出加表铺沸石后可比原植物系统提高12.3%。

3、有无植物及植物类型

4号系统和6号系统相比，总氮、总磷和CODCr的去除率均是含茭白的系统高，足见植物对湿地系统运行效果的改善作用，这主要是因为：植物光合作用为湿地充氧；植物为湿地中的微生物等提供良好的环境；植物水下部分具有很好的水流分布功能；植物本身因生长需要而吸收营养物。1号系统和2号系统均铺设前置沸石，所种植物分别为茭白和芦苇，两者的生物量相当，如前所叙，1号系统的磷去除率低是前置沸石的释放而造成的，那么1号系统和2号系统对总氮、总磷和CODCr的去除效果相近，这说明在秋季中后期，以芦苇为优势种的湿地和以茭草为优势种的湿地去除总氮、总磷和CODCr的能力相当。

4、应用前景

从运行成本考虑，沸石用量仅为底铺沸石的1/9的表铺沸石比底铺沸石具有更好的经济性，更适合于大规模湿地工程的应用。

结论：1、沸石-土壤-植物系统比传统的土壤-植物系统具有更好的CODCr，总氮和氨氮去除效果；2、3种不同沸石填充方式中，底铺沸石的总氮和总磷去除效果最好；表铺沸石的总氮、总磷和CODCr去除效果比前置沸石的好，而比种植相同类型植物的无沸石湿地有更好的处理效果。含植物和土壤的湿地系统在增加前置沸石段后CODCr的去除率升高3.4%，增加表铺沸石后CODCr的去除率提高12.3%。