自德國于20世紀70年代構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，是獨特的土壤-植物-微生物生態系統。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。占地通常大于傳統二級活性污泥工藝的人工濕地系統最具吸引力之處在于其氮、磷去除效果好，投資低，運行費低和維護管理簡便，而且濕地系統常有產出（植物收割部分帶來的直接經濟效益和植物綠化等改善生態環境而帶來的間接經濟效益），合理設計和管理可實現濕地工程的自負盈虧甚至創利運行，為污水處理工程的長期發揮效益提供有利保證。

運行費用高一直是國內污水處理系統大規模連續運行的主要限制條件。因此在人工濕地系統中探索出運行費用低而處理效果好的工藝具有重要的現實意義。沸石不僅是良好的氨氮吸附材料而且還可吸附磷，現有以沸石為填料的濕地系統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）。這些系統的共同特點是沸石層厚度達50cm以上，沸石用量大，因此與沸石相關的采購、運輸、填充和人工再生等的費用高。目前關于填料對氮、磷的作用的研究要么局限于實驗室中的吸附解吸實驗；要么未涉及人工濕地常見植物與表鋪沸石及微生物的協同效應，而且關于沸石在農田排灌水中的處理的報道不多見。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勢植物的濕地系統對污染物的去除效果。

一、材料和方法

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

實驗系統構建于2001年3月，實驗在2002年10月17日—11月23日進行，共運行38d，水力負荷為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。在實驗結束后，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，測定質量和含水率，方法見文獻。

設置2號系統、3號系統和5號系統，以考察前置、底鋪與表鋪沸石的污染物去除效果；設置1號系統和4號系統，以考察前置沸石的污染物去除效果。設置4號（茭白）系統和6號（空白）系統，以考察污染物去除效果。進水水質見表2。

進水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、結果和討論

進水和出水中的ρ（總氮），ρ（氨氮），ρ（總磷）和ρ（CODCr）。系統的進水水質波動較大。這是因為這些系統的進水來自周邊溝渠，溝渠徑流由村民生活排水、農田排水以及灌溉余水組成，實驗期間屬于當地的旱季，降雨很少，因此不考慮雨水徑流。生活排水與人的生活習慣密切相關，飯前和飯后的洗刷、衣物洗滌、洗澡時生活排水量大；田間耕作時農田排水和灌溉余水水量較大；灌溉余水、農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差異較大，呈現一定的波動性。

鑒于穩態系統中亞硝氮的含量較低，因此有機氮為總氮扣除硝氮和氨氮，以總氮為100%計，可得到進水和出水中的氮形態如圖4所示。由圖2和圖4可見，進水氮中，以有機氮（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。這可能是因為實驗期間為植物衰亡期，在溝渠徑流的流動過程中，匯集部分生物殘體并攜帶到下游。

在各個系統的出水中，有機氮占總氮的比例為48.7%～79.3%，4號系統最低，6號系統最高；氨氮占總氮的比例為17.5%～47.1%，2號系統最低，4號系統最高；硝氮占總氮的比例為1.0%～9.0%，6號系統最低，3號系統最高。

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、3號系統和5號系統均種植蘆葦，沸石填充方式分別為前置、底鋪和表鋪。這三者之中，3號系統去除氮和磷的能力最強，這是因為3號系統的沸石用量遠大于其他系統。5號系統的CODCr去除效果最好，這可能是由于沸石和蘆葦根圍環境的有效結合促進了CODCr的降解，而且表鋪沸石的鋪設增強了保溫作用，增加了表土層的孔隙度而起到優化水流的作用；5號系統對總氮的去除效果略高于2號系統，對總磷的去除效果優于2號系統。5號系統和2號系統的蘆葦生物量相近，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號系統的處理效果也遠好于未放置沸石而種植茭白的4號系統，這更進一步證明表鋪沸石的作用。

2、表鋪和前置沸石填充方式

1號系統和4號系統的優勢植物種類相同，長勢相當，但1號系統對總氮、氨氮和CODCr的去除效果優于4號系統。這主要是因為前置沸石段的作用，可能是因為沸石表面上有生物膜形成。不過1號系統的總磷去除效果比4號系統差，這可能是該實驗階段之前的前置沸石所吸附的磷被釋放。

1號系統和4號系統相比，可知增加前置沸石段導致CODCr的去除率提高3.4%，而2號系統和5號系統相比，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提高12.3%。

3、有無植物及植物類型

4號系統和6號系統相比，總氮、總磷和CODCr的去除率均是含茭白的系統高，足見植物對濕地系統運行效果的改善作用，這主要是因為：植物光合作用為濕地充氧；植物為濕地中的微生物等提供良好的環境；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物。1號系統和2號系統均鋪設前置沸石，所種植物分別為茭白和蘆葦，兩者的生物量相當，如前所敘，1號系統的磷去除率低是前置沸石的釋放而造成的，那么1號系統和2號系統對總氮、總磷和CODCr的去除效果相近，這說明在秋季中后期，以蘆葦為優勢種的濕地和以茭草為優勢種的濕地去除總氮、總磷和CODCr的能力相當。

4、應用前景

從運行成本考慮，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濟性，更適合于大規模濕地工程的應用。

結論：1、沸石-土壤-植物系統比傳統的土壤-植物系統具有更好的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%。