一、背景概述
过去几十年里我国传统的污水处理方式主要是通过污水处理厂对污水进行处理。我国的城镇污水处理起步于20世纪70年代末。1978—2014年，我国城市污水处理厂由37座增加到1807座，污水日处理能力由64万立方米增加到13087万立方米，分别增长了48倍和204倍， 城市生活污水处理率在这十几年时间里也由1978年的10.3%上升到2014年的90.18%，这在一定程度上改善了我国的地表水环境，尤其是城市水环境质量。然而，目前我国运行的污水处理厂却存在着较严重的运营维护问题，在全国已建成的一千多座污水处理厂中，仅有约1/3按设计正常运行，约1/3低负荷运行，还有1/3间断性运行或者根本不运行，运行维护成本高是造成这一现象的主要原因。 因此，处理效率高且运行维护成本低的污水处理方式—人工湿地受到开始受到广泛关注。
二、人工湿地在污水处理中的应用
人工处理湿地系统是模拟自然湿地生态系统的物理、化学、生物作用而由人工建造和控制运行的，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的协同作用处理污水的生态工程技术。
人工湿地的研究可追溯到20世纪50年代，人们在意识到天然湿地具有调节径流、改善气候、美化环境等多方面的重要作用后，开始对天然湿地进行改造研究。1972年，德国学者Seidel与Kickuth合作提出了根区理论，首次揭示了高等植物在湿地污水处理系统中的作用， 认为湿地净化去除污染物的主要作用过程发生在植物的根区部位， 通过根区微生物的硝化、 反硝化和吸附作用可有效去除氮、磷等营养元素。由此，欧洲开始了大量人工湿地的研究与应用。
我国从20世纪80年代后半期引入人工湿地并开始其相关的研究工作。1990年7月， 深圳建立的白泥坑人工湿地可以看作是人工湿地在我国的首次大规模应用实践。 随后， 杭州、 武汉、 沈阳、 北京、成都、 昆明等市也相继建立了人工湿地污水处理 系统示范工程。 截至2019年， 我国至少有240个运行正常的大规模人工湿地。
1.人工湿地具有较高的处理效率
根据水流型的不同，人工湿地污水处理系统可分为表面流人工湿地和潜流型人工湿地。 表面流人工湿地与自然湿地类似，污水从湿地表面漫流而过，这类人工湿地结构较简单，工程造价较低，但占地面积较大、污水去除能力有限；且由于污水在填料表面漫流；易滋生蚊蝇；易对周围环境会产生不良影响。潜流型人工湿地中，污水从湿地一端进入填料床后通过水平潜流或垂直潜流的方式在填料缝隙之间渗流，可充分利用填料表面、丰富的植物根系及植物根系上生物膜等的吸附和截留作用，达到较高的氮、磷去除效果。
2.人工湿地具有多重生态服务功能
人工湿地的主要设计目的是对污水进行净化，此外，人工湿地还能提供多重生态服务功能。人工湿地能吸收二氧化碳释放氧气调节区域微气候，通过植物生物量生产固碳，阻滞沙尘、降低噪声。人工湿地系统在污水净化工程中促进植物的生长，增加绿化面积，并能为动植物提供栖息地，有利于生物多样性的保护。人工湿地在处理城市公园、绿地景观水、河湖滨岸带等地表水质的同时，还能为人们提供更舒适的生活环境和教育娱乐用途等，具有显著的社会、环境和经济效益。
3.人工湿地中填料的选择
人工湿地中的填料又称为基质，现阶段被研究的主要分为3类: 天然矿物、工业副产物、人造产品。天然矿物储量丰富、价格便宜和可在当地直接开采等特点而一直被广泛研究与应用。但是部分天然矿物， 存在易堵塞、植物无法生长或者去污效果差等问题，在此基础上合理选择天然矿物和应用其他材料进行湿地系统的强化，逐渐成为湿地填料的研究重点。
填料的种类、填充方式、孔径和含碳量等条件影响湿地系统的复氧能力、微生物种类、活性等，改变微生物代谢活动的进行，从而间接影响系统有机物的去除能力。人工湿地填料的填充方式主要包括:正粒径填充、反粒径填充和均匀粒径填充，正粒径填充因其上面的基质粒径和孔隙率较小，下层的溶氧量相对于反粒径填充方式来说较少，合理选择填料种类和填充方式以提升湿地系统的复氧能力，可以提升微生物活性，有助于增强有机物的去除能力。
当前，在人工湿地中，需要针对各类污染物选取特定填料，或在合理利用天然材料基础上对其进行改性，充分利用便于运输和使用的工业副产物，或者人工合成吸附容量大、性能高效持久、水力效果合适的新型填料，以提高系统的处理效果和使用寿命。
