如何选择人工湿地中的矿物填料

　　人工湿地是一个综合的生态系统，是基于自然湿地系统，通过人为构建、管理和调控的，类似于沼泽的系统，通过物理、化学和生物等过程协同净化污水。在人工湿地中，水处理系统在填料和植物的共同作用下，有效地去除了水体中含有的营养物质、悬浮物、重金属、油脂以及微生物等。

　　1、矿物填料的种类及净化效果

　　人工湿地填料按种类来划分可以分成3种，包括天然矿物、工业副产物、人工合成填料。

　　与传统砾石填料相比较，选用组合填料：煤矸石-沸石-砾石，改善了人工湿地的堵塞周期，使得长久运行的人工湿地渗透率不会因为运行时间而下降。同样，这种方式的组合填料也使化学需氧量COD、氨氮NH3-N和总磷TP的平均去除率分别提高了26.4%、9.4%和18.7%。

　　以沸石、圆陶粒、粗砂、页岩和砾石作为湿地填料，模拟垂直流人工湿地，研究其净水效果，该组合填料的净化效果对于COD、总氮TN、NH3-N、TP的去除都有所提升，其对COD的去除率达到40%以上、NH3-N的去除率达到了60%以上、TN的去除率达到40%以上。

　　选用石英砂、无烟煤和粉煤灰作为人工湿地填料，对各种组合类型的基质去除NH3-N、TP的效果进行了研究，结果表明，石英砂-粉煤灰-无烟煤以质量比为25%-25%-50%的混合方式，为其最优配比，并测试得出最佳运行周期为20d，且在停止进水后，仅需8d就可以快速地恢复填料基质原有的孔隙率、湿地渗透率。

　　2、矿物填料的改性

　　基于矿物填料作为人工湿地基质的研究上，大量研究对其吸附能力加以改良，使得填料作为湿地基质，具有更好的吸附能力，更适合作为微生物的载体。目前填料的改良主要从3个方面进行。

　　(1)添加适量的具有强吸附力、通透性好以及比表面积大的改性材料于填料中;

　　(2)优化不同填料之间的配比及组合，在传统填料的基础上，添加吸附能力强、渗透性好的基质，组成混合型填料;

　　(3)设计多层填料，多层填料的设置既可以增加基质的渗透率，降低发生堵塞的风险，同时也大大地提升了系统的净化能力。

　　3、国内外矿物填料应用情况

　　目前，湿地矿物填料的相关研究在中国并不少见，但是由于中国各地区的土壤类型、地质条件不同，污水的水质特点也截然不同，即使已经使用了完全相同的填料及组合配比，最终取得的净化效果也并不一定会完全相同;因此，应根据实地情况，选择适合的人工湿地填料类型及组合配比，使之更高效地去除污染物。

　　国外人工湿地对于矿物填料的应用相对较多。有研究含矿渣水体中CaO的溶出、酸碱度及钙离子浓度等因素对湿地填料去除NH3-N效率的影响，结果表明：

　　(1)将水体的pH值从7提升至12，使得沸石填料对NH3-N的去除能力急剧下降;

　　(2)Ca2+抑制了沸石对NH3-N的吸附。原因是矿渣释放的氢氧化物可以与NH4+反应生成氨(NH3·H2O)，从而引起NH4+与沸石的解离，同时，Ca2+可以取代NH4+离子，吸附在沸石表面。

　　Burchell MichaelR在北卡罗来纳州东部进行的湿地试验，研究在河流湿地土壤中添加有机物(OM)是否会提高NO3-N的处理效率。结果表明，添加矿物填料可以为湿地提供碳源和营养源，以增强反硝化作用，促进微生物的生长。在春、夏季，将黑角壤土的矿物填料含量从5%干重提高到11%干重，提高了NO3-N湿地的处理效率，且河道疏浚物中有机物含量丰富，可将其回用于人工湿地以减少二次污染。

　　4、矿物填料的选用原则

　　不同的矿物填料组合应用于人工湿地，对水体不同类型污染物的去除效果不同。在矿物填料的选择、配比应用过程中，应该根据区域特点，考虑现场条件、出水水质要求、目标污染物种类以及基质材料获取的难易程度及材料成本等进行综合比选。

　　湿地所选用的填料，可利用普通填料与矿物填料进行组合，通过材料间的互补效应提升湿地整体的处理能力，在保障污染物去除效果的前提下延长填料的使用寿命。

　　同时，在人工湿地填料选用过程中，可考虑就地取材，尝试将固废资源化利用，以减少二次污染，降低建设成本，构建绿色湿地。