在人工濕地處理污水的過程中，濕地中的填料對污染物質(zhì)的去除起重要作用。本研究選取800級頁巖陶粒、800級粘土陶粒、400級粘土陶粒、200級粘土陶粒及石灰石碎石五種填料，進行試驗研究，主要內(nèi)容包括單一填料、不同填料組合人工濕地對污染物的去除效果及機理試驗研究，填料上生物膜及硝化/反硝化細菌特性的研究，試驗結(jié)果表明： (1)單一填料對污染物質(zhì)的去除效果試驗：800級粘土陶粒對COD、TN、NH<,3>-N等污染物質(zhì)的平均去除率均為好，分別達到79％、56.8％、71.5％；對TP平均去除率好的是200級粘土陶粒，去除率為62.4％；各陶粒對污染物質(zhì)的去除效果均優(yōu)于石灰石碎石。 (2)組合填料人工濕地對污染物的去除效果試驗：800級粘土陶粒與400級粘土陶粒組合人工濕地對COD、TP、NH<,3>-N等污染物質(zhì)的去除效果均為好，不同陶粒組合人工濕地的處理效果均優(yōu)于石灰石碎石人工濕地。人工濕地對COD、NH<,3<-N的去除效果受季節(jié)變化影響，冬季去除率均有不同程度降低。對COD表現(xiàn)出較好的去除效果，冬季去除率仍然保持在50％以上。季節(jié)變化對TP的去除效果影響不明顯，但隨著運行時間的延長，各人工濕地對TP的去除率均呈緩慢的降低趨勢，至試驗結(jié)束，石灰石碎石人工濕地的去除率為31.9％，陶粒組合人工濕地為35.6％以上。 (3)填料的生物膜特性試驗：填料上微生物的生長過程約需2個月，微生物生長穩(wěn)定階段形成的生物膜量為800級粘土陶粒>200級粘土陶粒>400級粘土陶粒>800級頁巖陶粒>石灰石碎石；生物膜活性高的為800級粘土陶粒的。 (4)復(fù)合垂直流人工濕地硝化/反硝化細菌空間分布試驗：陶粒內(nèi)表面硝化/反硝化細菌數(shù)量均高于外表面；復(fù)合垂直流人工濕地上、下行池的亞硝酸菌、硝酸菌空間分布狀況均為上層數(shù)量大于中、下層數(shù)量，且下行池上層數(shù)量多；反硝化細菌空間分布為上、下行池下層數(shù)量大于中、上層。

人工濕地作為農(nóng)村生活污水的主要處理方式,已成為當(dāng)前水污染控制應(yīng)用研究的熱點,尤其是其關(guān)鍵部件——填料。人工濕地的處理效果很大程度取決于填料的吸附效果,它與其內(nèi)部金屬離子的含量有關(guān)。關(guān)于人工濕地填料的研究,多集中在可直接選取得到的天然填料上,普遍存在來源廣泛、成本低廉、應(yīng)用效果差的特點,而效果較好的一般需經(jīng)復(fù)雜的人工加工,大多價格昂貴、不易獲取。自來水廠污泥是制水過程的副產(chǎn)物,也是水廠排放主要污染物,它包含了混凝劑和原水中懸浮物、膠體等,含有較多的Al、Fe-等金屬離子,其處理與處置一直是自來水廠的沉重包袱。本文利用Al3+、Fe3+離子含量豐富的自來水廠污泥,通過造粒、煅燒,制得陶粒,研究了該陶粒對污水中污染物的吸附去除效果,并結(jié)合人工濕地模型,開展污泥陶粒作為人工濕地填料的應(yīng)用性試驗,旨在為解決自來水廠污泥出路的固廢綜合利用和豐富人工濕地填料選擇提供技術(shù)借鑒。在自來水廠污泥進行陶粒制作過程中,分別設(shè)置了 200℃、400℃、600℃、800℃等四種煅燒溫度,通過對其不同溫度制得陶粒的吸附特性研究及物化性質(zhì)的表征,確定其佳煅燒溫度,探究其吸附機理。研究結(jié)果表明:四種溫度制得污泥陶粒的吸附動力學(xué)特性均符合Langmuir和Freundlich方程,均對水中總磷有較高的吸附容量,其中以400℃的污泥陶粒吸附容量大,為13698.6 mg· kg-1,緩沖能力則是600℃的大;四種污泥陶粒的吸附效果隨pH變化的趨勢基本一致,均表現(xiàn)為在pH較低處吸附效果較好;SEM掃描發(fā)現(xiàn),陶粒表面均為疏松狀,以600℃的表面孔隙為均勻,平均孔徑約1-2微米,適宜微生物的著床生長;通過EDS分析與陶粒內(nèi)部Fe-P、Al-P含量測定認為,污泥陶粒對磷的吸附效果與其內(nèi)部Fe、Al元素的含量成正相關(guān),這也說明了濕地填料對總磷的吸附主要依賴于化學(xué)吸附;四種污泥陶粒的XRD譜圖均與氧化鋁的標(biāo)準(zhǔn)卡片基本一致,表明了污泥陶粒也存在所含氧化鋁的物理吸附。綜合SEM、XRD和EDS分析結(jié)果,確定600℃為陶粒制作佳煅燒溫度。在人工濕地模擬小試試驗中,設(shè)置了三組對照實驗:污泥陶粒人工濕地、煤渣填料人工濕地及未加種植物的污泥陶粒濕地。通過對三組模擬濕地3個月的進出水質(zhì)監(jiān)測,結(jié)果表明:污泥陶粒人工濕地對污水中COD、氨氮、TN和TP的去除效果均好,對比相關(guān)文獻報道的研究或應(yīng)用效果,55%-80%的COD和85%-90%的TP去除效率也在眾多文獻報道居首,體現(xiàn)了污泥陶粒在作為人工濕地填料的優(yōu)勢和較好的應(yīng)用前景;而污泥陶粒人工濕地對氨氮、TN的8%-28%和12%-27%去除率則與其它種類填料,如礫石、蛭石、鋼渣等的20%左右去除率相當(dāng)。