人工湿地填料的种类

人工湿地填料的种类

人工湿地填料主要分为天然材料、工业副产品和人造产品三大类。传统天然材料有土壤、泥炭、粗砂、砾石，后经研究发现沸石、蛭石、石灰石作为填料用于人工湿地的处理污水能力要远远好于传统天然填料；工业副产品主要有灰渣、高炉渣、粉煤灰、钢渣、细砖屑等；造产品主要包括陶粒、陶瓷滤料、塑料等；随着研究的不断深入，各种新型填料不断应用于人工湿地，每种填料性能各有差异， 应结合其特点充分发挥填料作用，本章节对几种湿地中常用填料的性能研究进展进行介绍。下表为人工湿地相关标准中推荐的采用的填料类型及要求。

表2.1 各个标准中推荐的填料种类及要求 规范名称 环保部规范 住建部 北京规范 天津规程 建议种类 要求 初始空隙率在30-40% 石灰石、火山岩、沸石、页岩、陶较强的机械强度，较大孔隙率、比表面粒、炉渣、无烟煤等材料，宜就近积、粗糙度，良好的生物和化学稳定性 取材 初始空隙率在30-40% 石灰石、沸石、页岩、陶粒、矿较强的机械强度，较大孔隙率、比表面渣、炉渣等，亦可加工筛选废砖瓦积、粗糙度，良好的生物和化学稳定和混凝土块 上海规程 砾石、沸石、钢渣、石灰石、高炉矿渣、碎石、粗砂、石英砂 石、高炉渣、页岩等，碎砖瓦、 混凝土块经过加工、筛选后也可作为填料使用。 天然材料如碎石、砾石、粗砂、火较强的机械强度，较大孔隙率、比表面浙江规范 山岩、沸石和人工材料如矿渣、炉渣、陶粒等；加工和筛选的碎砖瓦、混凝土块等材料 砾石、碎石、石英砂、石灰石、火具有一定机械强度、比表面积较大、稳山东指南 云南规范 宁夏规范 山岩、沸石、矿渣、炉渣、陶粒、定性良好、并具有合适的孔隙率及表面塑料等天然材料和人工材料 粗糙度的填充物 石灰石、砾石、沸石、卵石、陶粒 选用多孔、表面积较大、Ca/Fe含量高 达到DB64/T700-2011中规定的一级排砾石、粗砂 1

性；初始空隙率在35-40%； 表面积大、机械强度高、稳定性 好、取材方便、价格低廉的填料。 石灰石、矿渣、蛭石、沸石、砂填料安装后湿地孔隙率不宜低于0.3 。 江苏规程 积、粗糙度，良好的生物和化学稳定性； 放标准的人工湿地基质中钙、铁、铝、镁含量均不能低于20%，保证较高

规范名称 建议种类 要求 氮、磷去除率；潜流型人工湿地基质的孔隙率宜控制在35%～40% 河沙、石英砂、砾石、卵石、石灰具有一定的机械强度、空隙率、表面粗青海规范 石、沸石、蛭石、页岩、花岗岩、糙度、尽可能大的表面积，以及良好的陶粒、矿渣、无烟煤、草炭等，宜采用沙石搭配 生物、化学及热力学稳定性 注：填料应预先清洗干净，按照设计确定的级配要求充填。

1 火山岩

火山岩为形状不规则的颗粒，颜色为红黑褐色，表面粗糙多微孔，平均孔隙率在40%左右，具有比表面积大，生物化学稳定性好的特点，适合微生物在其表面生长和繁殖，能够保持较多的微生物量。一般人工湿地填料选取的火山岩粒径范围为5-50 mm。

图2-1 火山岩填料

2 陶粒

陶粒多由黏土或页岩成型经高温处理所得，表面粗糙，内部多孔，有较大的比表面积，有利于生物的附着生长，现已被广泛用于水处理填料；丁建彤研究了四种陶粒组合复合垂直流人工湿地在不同季节处理生活污水的运行效果，结果表明陶粒组合人工湿地对COD、TP、NH3-N均有很好的去除效果；随着不断的研究和改进，于制陶粒的原材料范围不断扩大，粉煤灰、底泥、污泥、高炉渣、垃

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圾等各种固体废弃物用于烧制陶粒作为湿地填料，起到一个以废治废的作用； 由于陶粒比表面积大，且富含钙、铁、铝等元素；能与污水中的磷酸盐形成不溶性沉底，有利于氮磷的去除；曹世玮选择高钙粉煤灰陶粒作为人工湿地填料，表明高钙粉煤灰陶粒有巨大比表面积和孔隙率，有较大的磷吸附容量，磷去除率可达90%，强化除磷的机制是陶粒内部的钙元素与水中的磷发生化学反应，造成磷在陶粒表面的沉积。

图2-2 陶粒填料

3 钢渣、炉灰渣

高炉钢渣、炉灰渣等工业废弃物含有丰富的钙、镁成分， 对污水中磷有很好的吸附性，广泛用于人工湿地填料；郑好以铁尾矿和钢渣作为复合垂直流人工湿地填料，对生活污水的处理效果比较理想，TP、TN、COD的去除效率可分别达到95%、70%、95%；孙书明以钢渣为主要填料构建小型潜流湿地，结果表明，钢渣湿地运行初期对硝氮型污水的处理能力高于氨氮型污水，钢渣可作为一种强化反硝化基质应用于NO3-N的去除，但以钢渣作为湿地主要基质使湿地出水pH较高，不利于氮转化细菌群落的快速建立，且容易造成出水SS偏高，可与其他种类的基质组合后应用于湿地中；煤灰渣是去除污水中耗氧有机污染物和总磷等指标的理想基质，徐祖信模拟煤灰渣垂直潜流人工湿地研究除磷性能，表明煤灰渣对污水中磷素的吸附平衡时间较短，吸附速率较快，但需注意煤灰渣吸附磷后

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的再解析，以防二次污染。

图2-3 矿渣填料

4 碎石

碎石是由天然岩石、卵石或矿石经机械破碎、筛分制成的，多棱角，表面粗糙，粒径大于4.75 mm的岩石颗粒。碎石是传统的人工湿地填料，运行使用最为广泛，通透性较好，价格相对低廉，分布很广，便于就地取材。对TP的去除效果较好。

图2-4 碎石填料

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5 粉煤灰

粉煤灰中含有的Al2O3、CaO等活性组分，能与氟形成络合物或产生对氟有絮凝作用的胶体离子。粉煤灰具有耐磨损、生物附着力强、挂膜能力良好、水流流态好等优点。粉煤灰对生活污水中的COD，TN，NH4+-N有较好的去除效果，对NO3--N去除效果一般。

图2-5 粉煤灰填料

6 沸石

沸石结构由硅氧四面体组成，构架中有一定孔径的空腔和孔道，这也决定了其具有吸附和离子交换性能。可快速截留污水中的氨氮；沸石内部结构的松散程度是影响沸石吸附容量的主要因素，孔径大、结构松散且分布均匀的沸石吸附量较高；研究表明由于沸石的结构特点，对氨氮等阳离子有很好的去除效果，且吸附饱和后的吸附位点可以通过植物和微生物的协同作用得到再生，沸石对污水中氮有很好的去除能力，且沸石价廉、易得， 这些都决定了沸石被广泛用作湿地填料。

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图2-6 沸石填料

7 蛭石

蛭石是一种自然界天然存在的多孔性含水硅铝酸盐晶体矿物，蛭石晶体内部有很多孔穴和通道，开口的通道彼此相连，使蛭石的比表面积很大，具有良好的吸附及离子交换性能； 蛭石在高温作用下，具有很好的膨胀性，膨胀后的蛭石具有较大的比表面积和孔隙率， 研究表明其蛭石对氨氮具有选择性吸附能力；聂发辉等研究表明， 蛭石对氨氮的饱和吸附量高于沸石，蛭石的吸附效果受到温度和pH的影响；蛭石主要是通过离子交换作用去除水中氨氮，物理吸附作用相对很小，阳离子交换位点不能被认为是去除氨氮的长期汇，其作用蛭石将水相中的氨离子吸附交换下来，截留在蛭石固相中。

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图1-7 麦饭石填料

8 砾石

砾石指的是风化岩石经水流长期搬运而成的无棱角的天然粒料。按粒径大小，又可把砾石细分为巨砾、粗砾和细砾三种：粗砾又叫卵石（64-256 mm）、中砾（8-64 mm）和细砾（2-8 mm）三种。常用粒径为2-60 mm。

图2-8 砾石填料

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