人工濕地的水陸過(guò)渡性使其耦合、交匯作用復(fù)雜化，故對(duì)環(huán)境的反饋?zhàn)饔檬嵌喾矫娴?。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)。總體上，人工濕地的功能與效應(yīng)可分為兩個(gè)方面，即自然功能效應(yīng)和社會(huì)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(jī)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(jī)制較為復(fù)雜。人工濕地水質(zhì)凈化系統(tǒng)主要是通過(guò)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(guò)濾和沉積作用，基質(zhì)層和植物體組成一個(gè)天然的過(guò)濾器，可對(duì)污水中的懸浮污染物進(jìn)行過(guò)濾和截留，使其沉積在基質(zhì)中。此外，基質(zhì)填料通過(guò)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(duì)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(dòng)?；|(zhì)中生長(zhǎng)著大量的細(xì)菌、真菌、霉菌及原生、后生動(dòng)物等，植物通過(guò)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(jìn)微生物生長(zhǎng)和繁殖，強(qiáng)化了污染物的遷移轉(zhuǎn)化能力。在各種作用機(jī)理中，生化作用是實(shí)現(xiàn)人工濕地去污的最重要途徑。

（1）人工濕地的有機(jī)物去除機(jī)理

人工濕地中的有機(jī)物污染物大致可分為不溶性和可溶性有機(jī)物兩類。不溶性有機(jī)物主要是通過(guò)沉降、植物欄截、基質(zhì)過(guò)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(jī)物則是通過(guò)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(guò)程而被分解除去。污水中大部分有機(jī)污染物最終可被微生物轉(zhuǎn)化為微生物有機(jī)體及氣體釋放到環(huán)境中，其微生物降解過(guò)程可分為好氧降解和厭氧降解。好氧異養(yǎng)微生物通過(guò)好氧降解過(guò)程將有機(jī)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(jī)污染物分步分解為脂肪酸類有機(jī)物、醇類、CO₂和H₂O；其他專性細(xì)菌（如硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲焼菌等）通過(guò)厭氧降解過(guò)程將有機(jī)污染物進(jìn)一步分解為CH₄、CO₂、H₂S等。

濕地植物對(duì)有機(jī)污染物的直接攝取、降解作用可以忽略不計(jì)，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(jī)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(jī)物，還可以分泌的許多酶類促進(jìn)有機(jī)污染物質(zhì)的降解過(guò)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(jī)理

人工濕地中的含氮污染物的迀移轉(zhuǎn)化過(guò)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(jī)氮、溶解有機(jī)氮、NH₄⁺-N和NO₃^--N等。一般進(jìn)入人工濕地的有機(jī)氮可被截留于基質(zhì)內(nèi)部，通過(guò)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(guò)形式向大氣揮發(fā)，另一方面，在好氧環(huán)境中通過(guò)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?dú)馊コ?，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(jìn)入大氣。

表面流人工濕地中氮遷移轉(zhuǎn)化

植物吸收的無(wú)機(jī)氮污染物必須通過(guò)收獲才能離開濕地系統(tǒng)，微生物的硝化/反硝化過(guò)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(shí)，濕地植物通過(guò)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(jìn)行。

人工濕地生物脫氮過(guò)程

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

②硝化作用：在好氧狀態(tài)下，將NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化為NO₃^--N的過(guò)程。硝化反應(yīng)包括兩個(gè)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(jìn)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(xì)菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氣態(tài)氮（N₂、N₂O）的過(guò)程。反硝化過(guò)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(xì)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?dú)獾倪^(guò)程。