自德國于20世紀(jì)70年代構(gòu)建首座人工濕地污水處理工程起，人工濕地在不同國家和不同類型污水處理中得到了廣泛應(yīng)用。人工濕地一般包括土壤（或人工填料，如碎石、沸石等）和生長在其上的水生植物，是獨(dú)特的土壤-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)。合理選用人工濕地填料能有效改善濕地的污染物去除效果。占地通常大于傳統(tǒng)二級活性污泥工藝的人工濕地系統(tǒng)最具吸引力之處在于其氮、磷去除效果好，投資低，運(yùn)行費(fèi)低和維護(hù)管理簡便，而且濕地系統(tǒng)常有產(chǎn)出（植物收割部分帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益和植物綠化等改善生態(tài)環(huán)境而帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益），合理設(shè)計(jì)和管理可實(shí)現(xiàn)濕地工程的自負(fù)盈虧甚至創(chuàng)利運(yùn)行，為污水處理工程的長期發(fā)揮效益提供有利保證。

運(yùn)行費(fèi)用高一直是國內(nèi)污水處理系統(tǒng)大規(guī)模連續(xù)運(yùn)行的主要限制條件。因此在人工濕地系統(tǒng)中探索出運(yùn)行費(fèi)用低而處理效果好的工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。沸石不僅是良好的氨氮吸附材料而且還可吸附磷，現(xiàn)有以沸石為填料的濕地系統(tǒng)的研究中主要采用潛流沸石，有的與植物（生長在沸石層中）組合，有的在沸石層上填充土壤（文中為底鋪沸石）。這些系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是沸石層厚度達(dá)50cm以上，沸石用量大，因此與沸石相關(guān)的采購、運(yùn)輸、填充和人工再生等的費(fèi)用高。目前關(guān)于填料對氮、磷的作用的研究要么局限于實(shí)驗(yàn)室中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)；要么未涉及人工濕地常見植物與表鋪沸石及微生物的協(xié)同效應(yīng)，而且關(guān)于沸石在農(nóng)田排灌水中的處理的報(bào)道不多見。因此筆者針對濕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）、表鋪沸石（沸石層置于濕地植物段的表面）和底鋪沸石（沸石表面為土壤）3種填充方式，研究不同沸石填充方式及不同優(yōu)勢植物的濕地系統(tǒng)對污染物的去除效果。

一、材料和方法

中試系統(tǒng)位于云南省昆明市呈貢縣大漁鄉(xiāng)新村下游滇池東岸（中試系統(tǒng)的西南側(cè)為排澇泵站，二者之間僅隔一條寬4m的馬路和一條寬215m的溝渠）。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建于2001年3月，實(shí)驗(yàn)在2002年10月17日—11月23日進(jìn)行，共運(yùn)行38d，水力負(fù)荷為10cm/d。

所采水樣的總氮、氨氮、總磷和CODCr分別采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，納氏試劑光度法，鉬銻抗分光光度法和重鉻酸鉀法測定。溫度、pH和溶解氧采用HACH探頭測定。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，從有植物的濕地中采取蘆葦（phragmiteaustrails）和茭白（zizaniacaduciflora）各0.1m2，僅取地上部分（割后植物殘留高度為30cm），洗凈，擦干植株表面的水分，測定質(zhì)量和含水率，方法見文獻(xiàn)。

設(shè)置2號系統(tǒng)、3號系統(tǒng)和5號系統(tǒng)，以考察前置、底鋪與表鋪沸石的污染物去除效果；設(shè)置1號系統(tǒng)和4號系統(tǒng)，以考察前置沸石的污染物去除效果。設(shè)置4號（茭白）系統(tǒng)和6號（空白）系統(tǒng)，以考察污染物去除效果。進(jìn)水水質(zhì)見表2。

進(jìn)水15d后（11月1日）開始采樣，該階段氣溫為16.3～21.0℃，平均氣溫為18.1℃。

二、結(jié)果和討論

進(jìn)水和出水中的ρ（總氮），ρ（氨氮），ρ（總磷）和ρ（CODCr）。系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)波動較大。這是因?yàn)檫@些系統(tǒng)的進(jìn)水來自周邊溝渠，溝渠徑流由村民生活排水、農(nóng)田排水以及灌溉余水組成，實(shí)驗(yàn)期間屬于當(dāng)?shù)氐暮导荆涤旰苌伲虼瞬豢紤]雨水徑流。生活排水與人的生活習(xí)慣密切相關(guān)，飯前和飯后的洗刷、衣物洗滌、洗澡時(shí)生活排水量大；田間耕作時(shí)農(nóng)田排水和灌溉余水水量較大；灌溉余水、農(nóng)田排水和生活排水中的碳、氮和磷的含量具有一定的差異性。因此溝渠徑流的水量和水質(zhì)差異較大，呈現(xiàn)一定的波動性。

鑒于穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中亞硝氮的含量較低，因此有機(jī)氮為總氮扣除硝氮和氨氮，以總氮為100%計(jì)，可得到進(jìn)水和出水中的氮形態(tài)如圖4所示。由圖2和圖4可見，進(jìn)水氮中，以有機(jī)氮（平均占總氮的74.1%）為主，其次為氨氮（平均占總氮的25.2%），而硝氮的比例很低。這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)期間為植物衰亡期，在溝渠徑流的流動過程中，匯集部分生物殘?bào)w并攜帶到下游。

在各個(gè)系統(tǒng)的出水中，有機(jī)氮占總氮的比例為48.7%～79.3%，4號系統(tǒng)最低，6號系統(tǒng)最高；氨氮占總氮的比例為17.5%～47.1%，2號系統(tǒng)最低，4號系統(tǒng)最高；硝氮占總氮的比例為1.0%～9.0%，6號系統(tǒng)最低，3號系統(tǒng)最高。

以下因素對污染物去除效果的影響：

1、蘆葦濕地中3種沸石填充方式

2號系統(tǒng)、3號系統(tǒng)和5號系統(tǒng)均種植蘆葦，沸石填充方式分別為前置、底鋪和表鋪。這三者之中，3號系統(tǒng)去除氮和磷的能力最強(qiáng)，這是因?yàn)?號系統(tǒng)的沸石用量遠(yuǎn)大于其他系統(tǒng)。5號系統(tǒng)的CODCr去除效果最好，這可能是由于沸石和蘆葦根圍環(huán)境的有效結(jié)合促進(jìn)了CODCr的降解，而且表鋪沸石的鋪設(shè)增強(qiáng)了保溫作用，增加了表土層的孔隙度而起到優(yōu)化水流的作用；5號系統(tǒng)對總氮的去除效果略高于2號系統(tǒng)，對總磷的去除效果優(yōu)于2號系統(tǒng)。5號系統(tǒng)和2號系統(tǒng)的蘆葦生物量相近，且沸石投量相同，這表明沸石填放在濕地表面比前置于濕地進(jìn)水口好，而比種植相同植物的無沸石濕地有更好的處理效果。

5號系統(tǒng)的處理效果也遠(yuǎn)好于未放置沸石而種植茭白的4號系統(tǒng)，這更進(jìn)一步證明表鋪沸石的作用。

2、表鋪和前置沸石填充方式

1號系統(tǒng)和4號系統(tǒng)的優(yōu)勢植物種類相同，長勢相當(dāng)，但1號系統(tǒng)對總氮、氨氮和CODCr的去除效果優(yōu)于4號系統(tǒng)。這主要是因?yàn)榍爸梅惺蔚淖饔茫赡苁且驗(yàn)榉惺砻嫔嫌猩锬ば纬伞２贿^1號系統(tǒng)的總磷去除效果比4號系統(tǒng)差，這可能是該實(shí)驗(yàn)階段之前的前置沸石所吸附的磷被釋放。

1號系統(tǒng)和4號系統(tǒng)相比，可知增加前置沸石段導(dǎo)致CODCr的去除率提高3.4%，而2號系統(tǒng)和5號系統(tǒng)相比，可得出表鋪沸石的CODCr去除率比前置沸石的提高8.9%，因此可近似得出加表鋪沸石后可比原植物系統(tǒng)提高12.3%。

3、有無植物及植物類型

4號系統(tǒng)和6號系統(tǒng)相比，總氮、總磷和CODCr的去除率均是含茭白的系統(tǒng)高，足見植物對濕地系統(tǒng)運(yùn)行效果的改善作用，這主要是因?yàn)椋褐参锕夂献饔脼闈竦爻溲酰恢参餅闈竦刂械奈⑸锏忍峁┝己玫沫h(huán)境；植物水下部分具有很好的水流分布功能；植物本身因生長需要而吸收營養(yǎng)物。1號系統(tǒng)和2號系統(tǒng)均鋪設(shè)前置沸石，所種植物分別為茭白和蘆葦，兩者的生物量相當(dāng)，如前所敘，1號系統(tǒng)的磷去除率低是前置沸石的釋放而造成的，那么1號系統(tǒng)和2號系統(tǒng)對總氮、總磷和CODCr的去除效果相近，這說明在秋季中后期，以蘆葦為優(yōu)勢種的濕地和以茭草為優(yōu)勢種的濕地去除總氮、總磷和CODCr的能力相當(dāng)。

4、應(yīng)用前景

從運(yùn)行成本考慮，沸石用量僅為底鋪沸石的1/9的表鋪沸石比底鋪沸石具有更好的經(jīng)濟(jì)性，更適合于大規(guī)模濕地工程的應(yīng)用。

結(jié)論：1、沸石-土壤-植物系統(tǒng)比傳統(tǒng)的土壤-植物系統(tǒng)具有更好的CODCr，總氮和氨氮去除效果；2、3種不同沸石填充方式中，底鋪沸石的總氮和總磷去除效果最好；表鋪沸石的總氮、總磷和CODCr去除效果比前置沸石的好，而比種植相同類型植物的無沸石濕地有更好的處理效果。含植物和土壤的濕地系統(tǒng)在增加前置沸石段后CODCr的去除率升高3.4%，增加表鋪沸石后CODCr的去除率提高12.3%。