在人工湿地中,除磷主要依靠填料本身对磷的物理和化学作用,填料除磷量大约占总除磷量的80%以上。天然沸石价格低廉、易得、比表面积大、孔隙率大、化学和物理稳定性好,在人工湿地中应用广泛。研究表明,以Zeolite为基质构建的人工湿地系统对水体有机物和氨氮有很好的去除效果。天然沸石对磷的饱和吸附量为0.03 mg/g,与无烟煤、煤渣、钢渣、石灰石和海绵铁等相比,除磷能力较弱,这限制了沸石在人工湿地处理含磷污水中的应用。

沸石经过改性后,除磷效果明显提升,常用的沸石改性方法为酸改性、盐改性和热改性等,主要是改变沸石的结构和成分组成,使其具备更好的除磷能力。目前,关于沸石改性除磷的研究集中于吸附和离子交换技术领域。在已开展的人工湿地沸石填料改性除磷研究中,以铝盐和钙盐改性人工湿地填料的研究居多,对于铁盐改性人工湿地填料的研究较少。

在25 ℃室温下,分别取5g改性沸石和原始沸石,投加到50mL质量浓度为10mg/L的含磷水样中,于水浴恒温振荡器中,恒温(25 ℃)振荡,每隔0.5 h测定溶液中的磷含量,直至溶液磷含量趋于稳定,研究时间对改性前、后沸石除磷过程和效果的影响。分别取质量为1g、2g、3g、4g、5g、6g和7g的改性沸石,加入50 mL质量浓度为10 mg/L的磷酸盐溶液,于水浴恒温振荡器中,恒温振荡18h,测定其除磷效果,研究填料投加量对除磷效果的影响。取5 g改性沸石,投加到50 mL质量浓度分别为5 mg/L、10 mg/L、30 mg/L和50 mg/L的含磷水样中,于水浴恒温振荡器中,恒温振荡,分别在0.5 h、1 h、2 h、4 h、6 h、8 h和18 h后,测定溶液中的磷含量,研究进水中的磷含量对沸石除磷效果的影响。

研究认为,吸附和沉淀作用是人工湿地填料最主要的除磷方式。前期实验通过酸处理初步清除了沸石孔穴和孔道的SiO2和有机物等杂质,使沸石孔穴和孔道得到疏通,增加基质吸附活性,在一定程度上有助于磷的吸附。