人工濕地已在歐美得到廣泛的應(yīng)用。美國(guó)約有120個(gè)濕地系統(tǒng)，英國(guó)約有255個(gè)，丹麥有大約100個(gè)，這些人工濕地的規(guī)模可大可小。我國(guó)人工濕地的研究起步較晚，于1990年7月在深圳建起我國(guó)第一個(gè)人工濕地污水處理工程——白泥坑人工濕地污水處理系統(tǒng)。后來，在北京和天津等地也建立了人工濕地污水處理系統(tǒng)，開始對(duì)人工濕地處理污水的規(guī)律進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究。
人工濕地污染物去除
（一）有機(jī)污染物的去除
研究表明，人工濕地對(duì)有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的去除能力。不溶性有機(jī)物通過在濕地基質(zhì)中的沉積、過濾作用可以很快地被截留進(jìn)而被分解或利用，可溶性有機(jī)物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及厭氧好氧生物代謝降解過程而被分解去除。在有機(jī)物的去除中，異養(yǎng)菌由于主要采用有機(jī)碳作為碳源且具有較高的新陳代謝速率而起主要作用。有機(jī)物的好氧降解主要由好氧異養(yǎng)菌完成，反應(yīng)式為：(CH2O)+O2→CO2+H2O。人工濕地中有機(jī)物的厭氧降解是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，主要由兼性及專性厭氧異養(yǎng)菌完成，過程包含了若干步驟。第一步的發(fā)酵產(chǎn)物主要是脂肪酸，如乙酸、丁酸和乳酸、酒精以及CO2和H2O。接下來，在硫化菌和產(chǎn)甲烷菌的作用下，發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)一步降解為低分子產(chǎn)物。
（二）氮的去除
微生物的硝化、反硝化作用對(duì)氮的去除起重要作用。根據(jù)根區(qū)法理論，人工濕地植物中根毛的輸氧，根區(qū)附近濕地土壤中連續(xù)出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，為自養(yǎng)型好氧微生物亞硝酸菌、硝酸菌和異養(yǎng)型微生物反硝化細(xì)菌大量的存在提供了條件，使要求好氧條件的硝化反應(yīng)和要求厭氧的反硝化反應(yīng)可以同時(shí)完成。另外，對(duì)硝化反應(yīng)有抑制作用的是NH3-N、重金屬、氰化物及有機(jī)物，人工濕地對(duì)這些物質(zhì)也有一定的去除作用，因此，人工濕地比一般污水處理系統(tǒng)具有較強(qiáng)的氮處理效率。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果，人工濕地中氨化細(xì)菌、亞硝化菌、硝化菌、反硝化菌數(shù)量都處于較高水平，因此人工濕地具硝化、反硝化、脫氮的良好基礎(chǔ)和潛力。資料表明，人工濕地對(duì)TN的去除率可達(dá)60%以上。圖3所示為各種狀態(tài)的有機(jī)和無機(jī)氮在人工濕地中的變化規(guī)律。原廢水中的氮一般以有機(jī)氮和氨氮的形式存在。廢水中的有機(jī)氮在處理過程中被異養(yǎng)微生物首先轉(zhuǎn)化為氨氮，而后氨氮在硝化菌的作用下被轉(zhuǎn)化為無機(jī)的亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，最后通過反硝化以及植物根系的吸收作用而從系統(tǒng)中去除。
硝化反應(yīng)式如下：NH4++1.5O2→NO2-+2H++H2O；NO2-+0.5O→NO3-。
總式：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O
硝化反應(yīng)受溫度、pH、堿度、無機(jī)碳、微生物量、NH3-N及溶解氧濃度影響。濕地中硝化反應(yīng)的最佳溫度在30℃～40℃，溫度低于15℃時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的硝化速率產(chǎn)生較大的限制。反硝化反應(yīng)式為：6(CH2O)+4NO3-→6CO2+2N2+6H2O。在反硝化反應(yīng)中，氮氧化物作為最終電子受體，在電子轉(zhuǎn)移過程中，電子由給體通過各種傳遞系統(tǒng)到達(dá)氮氧化物，自由能被轉(zhuǎn)化為ATP儲(chǔ)存在微生物體內(nèi)用于呼吸作用。上式表示在純厭氧或缺氧下的反硝化反應(yīng)，氮代替氧成為電子受體。越來越多的研究表明，在氧存在的條件下，反硝化反應(yīng)依然可以發(fā)生。
（三）磷的去除
人工濕地對(duì)磷的去除是植物吸收、微生物去除及物理化學(xué)作用三方面共同作用的結(jié)果。廢水中無機(jī)磷在在植物吸收及同化作用下可變成植物的ATP、DNA及RNA等有機(jī)成分，通過植物的收割而去除。物理化學(xué)作用包括填料對(duì)磷的吸附及填料與磷酸根離子的化學(xué)反應(yīng)，這種作用對(duì)無機(jī)磷的去除會(huì)因填料的不同而有差別。由于石灰石及含鐵質(zhì)填料中Ca和Fe可與PO43-反應(yīng)而沉淀去除PO43-，因而它們是除磷效果較好的填料。含鈣質(zhì)或鐵質(zhì)的地下水滲入人工濕地也有利于磷的去除。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)進(jìn)水總磷濃度為2.6～35.9mg/L時(shí)，人工濕地對(duì)總磷平均去除率為90%。
