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人工湿地是一种经济高效的深度脱氮处理技术，湿地填料是影响脱氮效率的关键。已有研究发现火山岩是良好的脱氮填料，但当前关于的研究多以模拟废水为实验用水，采用实际生活污水的研究鲜有报导。本文以污水处理厂二级处理出水为实验用水，通过摇瓶实验研究和TOPSIS评价模型等分析系统评估了中国8个不同地区火山岩（Volcanic Rock,VR）的脱氮性能；以砾石（Gravel）填料为对照，对比研究了206天内人工湿地填料系统的脱氮除磷性能和氮的转化特征；结合光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线荧光衍射（XRD）表征，阐明填料系统的除氮机制，研究成果为火山岩填料的应用提供理论参考。主要结论如下：
（1）在三个温度下（5、15和25℃），火山岩对氨氮的去除均是一个快速过程，前1h氨氮去除率最高可达84.6%，2h后氨氮浓度可达地表V类水（宝山火山岩除外）。火山岩对氨氮的吸附在低温时效果更好，温度升高，氨氮平衡吸附量降低。火山岩对氨氮的吸附主要介于单层分子与多层分子之间的吸附。通过TOPSIS模型评价，8种火山岩中综合脱氮性能最好为乌兰察布火山岩。
（2）206天内，单一砾石填料系统对氨氮的平均去除率66.8%，略高于火山岩填料49.8%；单一火山岩填料系统对总氮的平均去除率13.5%，显著高于砾石填料6.1%。组合火山岩填料系统（火山岩-砾石）对氨氮和总氮具有较好的去除，其平均去除率分别为37.6%和16%。组合砾石填料（砾石-砾石）的氨氮和总氮平均去除率分别为51.4%和12.6%。可见在实际污水处理中，与经典砾石填料相比，火山岩填料并没有突出优势；砾石填料中硝化脱氮性能更突出，火山岩填料的反硝化作用略强。鉴于此，将两种填料混合使用，有望提高系统的氨氮和总氮去除。
（3）通过OM和SEM发现，火山岩和砾石表面发育了系列短杆状菌。砾石表面生物膜以白色晶体为主，火山岩表面生物膜呈现白色和黄色颗粒。XRD分析发现，火山岩和砾石填料均含有丰富的铁、铝、钙等金属元素，长期使用后填料的元素组成和结构发生变化，表明在吸附过程中填料自身参与吸附反应。
（1）在三个温度下（5、15和25℃），火山岩对氨氮的去除均是一个快速过程，前1h氨氮去除率最高可达84.6%，2h后氨氮浓度可达地表V类水（宝山火山岩除外）。火山岩对氨氮的吸附在低温时效果更好，温度升高，氨氮平衡吸附量降低。火山岩对氨氮的吸附主要介于单层分子与多层分子之间的吸附。通过TOPSIS模型评价，8种火山岩中综合脱氮性能最好为乌兰察布火山岩。
（2）206天内，单一砾石填料系统对氨氮的平均去除率66.8%，略高于火山岩填料49.8%；单一火山岩填料系统对总氮的平均去除率13.5%，显著高于砾石填料6.1%。组合火山岩填料系统（火山岩-砾石）对氨氮和总氮具有较好的去除，其平均去除率分别为37.6%和16%。组合砾石填料（砾石-砾石）的氨氮和总氮平均去除率分别为51.4%和12.6%。可见在实际污水处理中，与经典砾石填料相比，火山岩填料并没有突出优势；砾石填料中硝化脱氮性能更突出，火山岩填料的反硝化作用略强。鉴于此，将两种填料混合使用，有望提高系统的氨氮和总氮去除。
（3）通过OM和SEM发现，火山岩和砾石表面发育了系列短杆状菌。砾石表面生物膜以白色晶体为主，火山岩表面生物膜呈现白色和黄色颗粒。XRD分析发现，火山岩和砾石填料均含有丰富的铁、铝、钙等金属元素，长期使用后填料的元素组成和结构发生变化，表明在吸附过程中填料自身参与吸附反应。