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人工湿地是用人工筑成水池和沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物协同作用使污水得到净化。可应用于生活污水处理、初期雨水处理、微污染水体水质提升、生产污水及生态修复等领域。
按照污水流动方向分为表面流人工湿地、垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地。
表面流人工湿地，指污水在基质层表面以上，从池体进水端水平流向出水端的人工湿地。
水平潜流人工湿地，指污水在基质层表面以下，从池体进水端流向出水端的人工湿地。
垂直潜流人工湿地，指污水垂直通过池体中基质层的人工湿地。
人工湿地在处理污水过程中，对有机物的去除主要依靠物理截留、化学吸附及微生物代谢等多种作用的协同。具体机理如下：
1） 不溶性有机物的截留与降解
污水中不溶性有机物多以悬浮物（SS）和胶体态存在。
当污水流经湿地填料层时，这些颗粒物通过物理过滤、沉降和截留作用被去除，并附着在填料表面及植物根系周围，逐渐形成生物膜。
在生物膜中，细菌分泌的胞外酶会将这些大分子有机物水解为小分子或可溶性有机物（DOM），便于微生物吸收利用。
2） 可溶性有机物的直接代谢去除
可溶性有机物（DOM）可直接透过细胞膜进入微生物细胞内部。
在植物根区的好氧环境中，微生物利用有机物作为电子供体，以氧气为电子受体，通过异化作用将有机物快速氧化分解为 CO₂、H₂O、NH₃ 等，同时释放能量用于细胞的生命活动。
部分有机物通过同化作用转化为细胞组成物质，表现为微生物数量的增加，从而进一步增强湿地的净化能力。
在远离根系的缺氧区，有机物主要通过微生物的吸附–脱附动态过程以及兼性反应得到去除。
3） 缺氧/厌氧区的深度降解
在湿地深层或远离根系的区域，由于溶解氧不足，系统形成缺氧或厌氧环境。
部分微生物在此环境中可通过代谢途径调整，降解好氧条件下难处理的有机物。
厌氧细菌和兼性细菌利用有机物进行厌氧消化，经代谢将其分解为 CH₄、CO₂、H₂S 等气体，同时释放能量供微生物生长。
一部分有机物仍会通过同化作用合成新的原生质，维持微生物种群稳定。
（2）除氮原理
人工湿地对氮的去除依赖于微生物代谢、植物吸收及基质吸附等多重作用过程，主要机理如下：
1）有机氮的矿化（水解—氨化）
生活污水中的有机氮（蛋白质、氨基酸、尿素等）在异养菌及胞外酶的作用下，经水解和氨化反应转化为氨氮（NH₄⁺-N）。
这一过程通常在湿地的沉积层及填料表面进行，依赖于好氧或兼性条件下的微生物活动。
2）氨氮的硝化作用（好氧过程）
在植物根区及表层基质中，因光合作用及空气扩散作用，形成富氧环境。
自养硝化细菌（如亚硝化单胞菌、硝化螺菌）利用NH₄⁺-N为能源，将其氧化为亚硝态氮（NO₂⁻-N），再进一步氧化为硝态氮（NO₃⁻-N）。
硝化过程需要稳定的溶解氧（DO＞ 2 mg/L），温度、pH 及碱度也影响反应速率。
3）硝态氮的反硝化作用（缺氧/厌氧过程）
在远离根区或湿地深层基质中，氧气供应不足，形成缺氧或厌氧条件。
反硝化细菌以硝态氮（NO₃⁻-N）或亚硝态氮（NO₂⁻-N）为电子受体，以有机碳为电子供体，将其还原为氮气（N₂）释放到大气，从而实现氮的**去除。
4）植物的直接吸收与收割去除
湿地植物（如芦苇、香蒲、菖蒲等）在生长过程中可直接吸收NH₄⁺-N、NO₃⁻-N等无机氮，用于合成蛋白质、核酸等有机氮化合物。
通过定期收割植物地上部分，可将植物组织内的氮素从系统中物理移除，实现氮的间接去除。
5）同步硝化–反硝化
湿地内部的氧分布以植物根系为中心呈好氧—缺氧—厌氧的梯度分布，相当于在一个系统内布置了多个A²/O（Anaerobic–Anoxic–Oxic）微反应区。
这种多微环境结构，使硝化与反硝化可在空间上同时发生，大幅提高了系统的脱氮效率。
（3）除磷原理
人工湿地对磷的去除主要依赖于基质吸附沉淀、微生物吸收储存及植物吸收固定三大途径，具体过程如下：
1）填料基质的化学吸附与沉淀作用
湿地填料颗粒表面可吸附污水中的可溶性磷酸盐。
根据填料成分不同，主要形成两类反应体系：
①钙、镁体系：磷酸盐与Ca²⁺、Mg²⁺反应生成难溶的磷酸钙、磷酸镁沉淀；
②铁、铝体系：磷酸盐与Fe³⁺、Al³⁺结合生成难溶的磷酸铁、磷酸铝沉淀。
这些沉淀物稳定性高、溶解度极小，可长期固定在基质中，降低水体中磷的浓度。
2）聚磷菌的生物吸收与储存
填料及根区表面附着的聚磷菌（PAOs）在好氧条件下可过量吸收污水中的溶解性正磷酸盐，并以聚磷酸的形式储存在细胞内（好氧吸磷）。
在缺氧或厌氧条件下，部分聚磷菌可释放储存的磷酸盐，但若定期更换或清理湿地填料，可将细胞内聚磷直接从系统中移除，实现生物除磷的持久效果。
3）湿地植物的直接吸收与收割去除
无机磷是植物必需的营养元素，污水中的大部分无机磷以正磷酸盐（PO₄³⁻-P）形式存在，可被植物直接吸收，用于合成磷脂、核酸、ATP等有机化合物。
通过种植对磷吸收能力较强的湿地植物（如香蒲、菖蒲、芦苇、黄花鸢尾等），可显著提高系统的磷去除效率。
定期收割地上部分植物，可将吸收固定的磷元素物理移出系统，防止其重新释放。
此外，人工湿地对污水中重金属的去除，主要依赖植物富集与微生物转化两大机制，并辅以基质吸附沉淀的辅助作用，从而实现对部分重金属的稳定化与长期固定。
来源：生态环保PLUS公众号