人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種污水生態(tài)處理技術(shù),其根據(jù)自然濕地模擬的人工生態(tài)系統(tǒng),是一種由人工制造和監(jiān)督控制的、類似沼澤的地面,利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)對污水的凈化作用, 在有效處理污水的同時也美化了環(huán)境,創(chuàng)造了生態(tài)景觀,帶來了環(huán)境效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益。人工濕地自發(fā)展以來,以其獨(dú)特的優(yōu)勢廣受人們關(guān)注,并廣泛應(yīng)用于處理生活污水、工業(yè)廢水、礦山及石油開采廢水等。

在人工濕地中,基質(zhì)中的填料是人工濕地處理污水的重要部分,對處理效果有重要影響。填料在為植物和微生物提供生長介質(zhì)的同時,還能夠通過沉淀、過濾和吸附等作用直接去除污染物。填料的種類、級配等會直接影響沉淀、過濾和吸附效果。一般來說,人工濕地填料種類大致可按照天然材料,工業(yè)副產(chǎn)品、人造產(chǎn)品劃分。
(1)天然材料:沸石、土壤、泥炭、粗砂、礫石、蛭石、石灰石等;
(2)工業(yè)副產(chǎn)品:灰渣、高爐渣、粉煤灰、鋼渣等;
(3)人造產(chǎn)品:陶粒、陶瓷濾料、塑料等。

沸石作為一種天然人工濕地填料,與工業(yè)副產(chǎn)品填料相比,可以避免二次環(huán)境污染的風(fēng)險;與人造產(chǎn)品填料相比,成本相對較低;與同類天然產(chǎn)品材料相比,在比表面積、陽離子交換量及孔徑大小等性能方面具有某一方面或全面的優(yōu)勢,可有效去除流經(jīng)人工濕地污水中的氨氮、重金屬、磷、SS、有機(jī)物等污染物,是一種性能全面且品質(zhì)優(yōu)良的天然人工濕地填料。

截至2019年底,全國295個地級及以上城市共有黑臭水體2899個,消除數(shù)量2513個,消除比例86.7%,整體來看我國城市黑臭水體取得積極進(jìn)展,與此同時,仍有部分城市黑臭水體治理進(jìn)度滯后。生態(tài)環(huán)境部最新發(fā)布的《關(guān)于2020年1-9月水環(huán)境目標(biāo)任務(wù)完成情況的函》指出:山西、黑龍江、廣東等15省(區(qū))部分城市黑臭水體消除比例低于90%,治理進(jìn)度滯后,其現(xiàn)存治理突出問題主要有:消除比率不達(dá)標(biāo)、水體返黑返臭、污水直排、污水處理收集系統(tǒng)效能低等。當(dāng)前,已進(jìn)入到黑臭水體治理沖刺期。為了完成碧水保衛(wèi)戰(zhàn)的目標(biāo),我國還有多個城市需進(jìn)一步推進(jìn)黑臭水體治理工作。全國公共資源交易平臺數(shù)據(jù)顯示,僅2020年11月01日-11月24日,共有15起社會資本中標(biāo)黑臭水體治理項(xiàng)目,投資額總計8939.69萬元,其中,包含6個黑臭水體整治項(xiàng)目。

另一方面,作為城市污水處理廠的副產(chǎn)物,城市污泥產(chǎn)量巨大且成分復(fù)雜,如何合理處置城市污泥亦越來越受人們關(guān)注。2016年全國城市污水排放量達(dá)7.1×1010t,預(yù)計未來20年仍會有較大增長。可以預(yù)見,城市污水處理廠污泥量也將日益增加:2016年我國污泥產(chǎn)量達(dá)4000 萬噸(以含水率80%計),2020 年已達(dá)到6000萬噸。城市污泥未得到及時、合理地處置,目前也已成為制約我國污水處理行業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。

當(dāng)前黑臭水體治理過程中,通過絮凝沉淀來實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化的措施之一;污泥無害化處置中,對污泥脫水環(huán)節(jié)亦需要添加絮凝劑以提高脫水效率。 目前中國是全球最大的水處理劑生產(chǎn)和消費(fèi)地區(qū)之一,絮凝劑由于成本較低、操作簡單、適用范圍較大等優(yōu)點(diǎn),能有效滿足水處理和固液分離的要求,提高固體物的降沉和過濾效果,因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、礦業(yè)、化工等其他領(lǐng)域。但從整體來看,目前國內(nèi)一些廣泛使用的絮凝劑產(chǎn)品,如聚丙烯酰胺有機(jī)高分子絮凝劑、鋁鹽系和鐵鹽系無機(jī)絮凝劑等,存在不易被生物降解,易造成二次污染等問題,因此在實(shí)際使用中受到一定限制。

隨著國家對環(huán)保領(lǐng)域的要求日趨嚴(yán)格,開發(fā)高效、成本合理、無毒且不產(chǎn)生二次污染的新型天然替代產(chǎn)品必將成為一種趨勢。作為天然環(huán)保材料的沸石,其具有的強(qiáng)吸附、交換性能,能夠顯著水處理工藝的生產(chǎn)效率及水凈化工藝效果。

天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院的解玉紅等研究人員通過試驗(yàn)證明,應(yīng)用沸石聯(lián)合部分絮凝劑,可以提高對污水處理的效果,最佳絮凝率能達(dá)到98.82%。另外,國內(nèi)外已經(jīng)有部分利用沸石替代絮凝劑的技術(shù)工藝在實(shí)踐中應(yīng)用,開發(fā)推廣前景廣闊。