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人工濕地的水陸過渡性使其耦合、交匯作用復(fù)雜化，故對環(huán)境的反饋作用是多方面的。與自然濕地生態(tài)系統(tǒng)類似，人工濕地同樣具有一定的功能與效應(yīng)?？傮w上，人工濕地的功能與效應(yīng)可分為兩個方面，即自然功能效應(yīng)和社會功能效應(yīng)。

表1 人工濕地的功能與效應(yīng)

1人工濕地的去污機制

人工濕地是植物、基質(zhì)和微生物等各要素相互作用的共生系統(tǒng)，其去污機制較為復(fù)雜。人工濕地水質(zhì)凈化系統(tǒng)主要是通過基質(zhì)、植物、微生物間等物理、化學(xué)及生物作用協(xié)同完成污染物質(zhì)的去除。

物理作用主要有過濾和沉積作用，基質(zhì)層和植物體組成一個天然的過濾器，可對污水中的懸浮污染物進行過濾和截留，使其沉積在基質(zhì)中。此外，基質(zhì)填料通過表面吸附作用能吸附各種溶解性污染物?；瘜W(xué)反應(yīng)主要指發(fā)生在植物、基質(zhì)及微生物間的化學(xué)沉淀、吸附、離子交換、氧化還原反應(yīng)等，其中，基質(zhì)種類和性質(zhì)對化學(xué)反應(yīng)起決定性作用。生物反應(yīng)包括植物代謝和吸收及在好養(yǎng)、兼性厭氧和厭氧環(huán)境下系統(tǒng)微生物的各種代謝活動。基質(zhì)中生長著大量的細菌、真菌、霉菌及原生、后生動物等，植物通過泌氧作用，使根區(qū)周圍依次呈現(xiàn)好氧、缺氧及厭氧微環(huán)境，促進微生物生長和繁殖，強化了污染物的遷移轉(zhuǎn)化能力。在各種作用機理中，生化作用是實現(xiàn)人工濕地去污的最重要途徑。

（1）人工濕地的有機物去除機理

人工濕地中的有機物污染物大致可分為不溶性和可溶性有機物兩類。不溶性有機物主要是通過沉降、植物欄截、基質(zhì)過濾等作用截留在濕地中，然后被微生物降解或利用去除；可溶性有機物則是通過基質(zhì)及植物根系表面附著的生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解除去。污水中大部分有機污染物最終可被微生物轉(zhuǎn)化為微生物有機體及氣體釋放到環(huán)境中，其微生物降解過程可分為好氧降解和厭氧降解。好氧異養(yǎng)微生物通過好氧降解過程將有機污染物降解為CO₂和H₂O；兼性厭氧微生物和專性厭氧微生物將有機污染物分步分解為脂肪酸類有機物、醇類、CO₂和H₂O；其他專性細菌（如硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲焼菌等）通過厭氧降解過程將有機污染物進一步分解為CH₄、CO₂、H₂S等。

濕地植物對有機污染物的直接攝取、降解作用可以忽略不計，但植物根際大量聚集的微生物和根際分泌物質(zhì)在可溶性有機物的去除中起著極其重要的作用，根區(qū)微生物不僅可以吸收有機物，還可以分泌的許多酶類促進有機污染物質(zhì)的降解過程。

表面流人工濕地中碳遷移轉(zhuǎn)化

（2）人工濕地的氮去除機理

人工濕地中的含氮污染物的迀移轉(zhuǎn)化過程如圖所示。人工濕地去除氮的主要途徑有微生物的氨化、硝化和反硝化作用以及植物吸收、揮發(fā)、基質(zhì)吸附和離子交換等作用。人工濕地中的含氮污染物主要包括顆粒有機氮、溶解有機氮、NH₄⁺-N和NO₃^--N等。一般進入人工濕地的有機氮可被截留于基質(zhì)內(nèi)部，通過微生物氨化作用轉(zhuǎn)化為NH₄⁺-N而又返回水體之中。污水中NH₄⁺-N—方面通過形式向大氣揮發(fā)，另一方面，在好氧環(huán)境中通過微生物硝化作用轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮去除（或在厭氧條件下厭氧氨氧化為氮氣去除，此外，被植物吸收利用。NH₃--N主要是被植物和水體中的好氧微生物吸收利用而去除，或被微生物反硝化還原成氣態(tài)氮（N₂、N₂O）而進入大氣。

表面流人工濕地中氮遷移轉(zhuǎn)化

植物吸收的無機氮污染物必須通過收獲才能離開濕地系統(tǒng)，微生物的硝化/反硝化過程才是含氮污染物最終得到去除的主要途徑。在人工濕地系統(tǒng)中，溶解氧沿基質(zhì)層自下而上呈現(xiàn)出厭氧、缺氧及好氧三種狀態(tài)；同時，濕地植物通過泌氧作用將氧釋放到根區(qū)環(huán)境中，使其依次呈現(xiàn)形成厭氧、缺氧及好氧狀態(tài)，這相當(dāng)于許多串聯(lián)或并聯(lián)的A/A/O處理單元，從而使系統(tǒng)硝化反硝化作用有條不紊地進行。

人工濕地生物脫氮過程

①氨化作用：在好氧條件下，有機氮化合物在氨化菌的作用下轉(zhuǎn)化為NH₄⁺-N的過程。

②硝化作用：在好氧狀態(tài)下，將NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化為NO₃^--N的過程。硝化反應(yīng)包括兩個基本反應(yīng)步驟：第一階段是由氨氧化菌將NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化為NO₂^--N，稱為亞硝化反應(yīng)。第二階段則由亞稍酸鹽氧化菌將NO₂^--N進一步氧化為NO₃^--N，稱為硝化反應(yīng)。

③反硝化作用：是在缺氧旳條件下，由反硝化細菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氣態(tài)氮（N₂、N₂O）的過程。反硝化過程由同化作用和異化作用完成，同化作用是反硝化菌將NO₂^--N和還原成為NO₃^--N，供細胞代謝使用。異化作用是將NO₂^--N和NO₃^--N還原為NO、N₂O、N₂等氣體物質(zhì)。

④厭氧氣氧化作用：在缺氧環(huán)境中，由厭氧氨氧化菌將NH₄⁺-N用NO₂^--N氧化為氮氣的過程。