人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种污水生态处理技术,其根据自然湿地模拟的人工生态系统,是一种由人工制造和监督控制的、类似沼泽的地面,利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用, 在有效处理污水的同时也美化了环境,创造了生态景观,带来了环境效益和一定的经济效益。人工湿地自发展以来,以其独特的优势广受人们关注,并广泛应用于处理生活污水、工业废水、矿山及石油开采废水等。

在人工湿地中,基质中的填料是人工湿地处理污水的重要部分,对处理效果有重要影响。填料在为植物和微生物提供生长介质的同时,还能够通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物。填料的种类、级配等会直接影响沉淀、过滤和吸附效果。一般来说,人工湿地填料种类大致可按照天然材料,工业副产品、人造产品划分。
(1)天然材料:沸石、土壤、泥炭、粗砂、砾石、蛭石、石灰石等;
(2)工业副产品:灰渣、高炉渣、粉煤灰、钢渣等;
(3)人造产品:陶粒、陶瓷滤料、塑料等。

沸石作为一种天然人工湿地填料,与工业副产品填料相比,可以避免二次环境污染的风险;与人造产品填料相比,成本相对较低;与同类天然产品材料相比,在比表面积、阳离子交换量及孔径大小等性能方面具有某一方面或全面的优势,可有效去除流经人工湿地污水中的氨氮、重金属、磷、SS、有机物等污染物,是一种性能全面且品质优良的天然人工湿地填料。

截至2019年底,全国295个地级及以上城市共有黑臭水体2899个,消除数量2513个,消除比例86.7%,整体来看我国城市黑臭水体取得积极进展,与此同时,仍有部分城市黑臭水体治理进度滞后。生态环境部最新发布的《关于2020年1-9月水环境目标任务完成情况的函》指出:山西、黑龙江、广东等15省(区)部分城市黑臭水体消除比例低于90%,治理进度滞后,其现存治理突出问题主要有:消除比率不达标、水体返黑返臭、污水直排、污水处理收集系统效能低等。当前,已进入到黑臭水体治理冲刺期。为了完成碧水保卫战的目标,我国还有多个城市需进一步推进黑臭水体治理工作。全国公共资源交易平台数据显示,仅2020年11月01日-11月24日,共有15起社会资本中标黑臭水体治理项目,投资额总计8939.69万元,其中,包含6个黑臭水体整治项目。

另一方面,作为城市污水处理厂的副产物,城市污泥产量巨大且成分复杂,如何合理处置城市污泥亦越来越受人们关注。2016年全国城市污水排放量达7.1×1010t,预计未来20年仍会有较大增长。可以预见,城市污水处理厂污泥量也将日益增加:2016年我国污泥产量达4000 万吨(以含水率80%计),2020 年已达到6000万吨。城市污泥未得到及时、合理地处置,目前也已成为制约我国污水处理行业发展的瓶颈之一。

当前黑臭水体治理过程中,通过絮凝沉淀来实现水质净化的措施之一;污泥无害化处置中,对污泥脱水环节亦需要添加絮凝剂以提高脱水效率。 目前中国是全球最大的水处理剂生产和消费地区之一,絮凝剂由于成本较低、操作简单、适用范围较大等优点,能有效满足水处理和固液分离的要求,提高固体物的降沉和过滤效果,因此被广泛应用于工业、矿业、化工等其他领域。但从整体来看,目前国内一些广泛使用的絮凝剂产品,如聚丙烯酰胺有机高分子絮凝剂、铝盐系和铁盐系无机絮凝剂等,存在不易被生物降解,易造成二次污染等问题,因此在实际使用中受到一定限制。

随着国家对环保领域的要求日趋严格,开发高效、成本合理、无毒且不产生二次污染的新型天然替代产品必将成为一种趋势。作为天然环保材料的沸石,其具有的强吸附、交换性能,能够显著水处理工艺的生产效率及水净化工艺效果。

天津理工大学环境科学与安全工程学院的解玉红等研究人员通过试验证明,应用沸石联合部分絮凝剂,可以提高对污水处理的效果,最佳絮凝率能达到98.82%。另外,国内外已经有部分利用沸石替代絮凝剂的技术工艺在实践中应用,开发推广前景广阔。