人工湿地是人工建造和管理控制的、工程化的湿地；具有较高的生产力和更好的污染物去除效果。人工湿地生态系统主要由填料、植物、微生物和动物组成的。人工湿地系统去除水中污染物的作用机理如下：
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反应机理
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对污染物的去除与影响
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物理
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沉降
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通过可沉降及可絮凝固体的去除，从而使BOD、N、P、重金属、难沉降有机物、细菌、病毒等去除
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过滤
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通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降絮凝固体被阻截而去除。
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化学
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沉淀
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磷及重金属通过化学反应形成难溶解化合物一起沉淀去除
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吸附
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磷及重金属被吸附在土壤和植物表面而被去除，某些难降解有机物也能通过吸附去除
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分解
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通过紫外辐射、氧化还原等反应过程，使难降解有机物分解或变成稳定性较差的化合物
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生物
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微生物代谢
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通过细菌的代谢作用将凝聚性固体、可溶性固体进行分解；通过硝化-反硝化作用去除氮，重金属被微生物阻截去除
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植物
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植物代谢
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通过植物对有机物的代谢而去除，植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用
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植物吸收
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相当数量的氮、磷、重金属及难降解有机物能被植物吸收而去除
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人工湿地系统的显著特点之一是对有机污染物有较强的去除能力。不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用，可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被除去。
人工湿地的脱氮作用包括：氮被有机质的吸附，阳离子交换作用与固氮作用，植物的吸收除去， NH3的挥发而逸入大气，被微生物代谢而用于形成新细胞，化学的，生物电硝化反硝化；随净化水流出；渗入地下水等。
人工湿地的除磷过程主要有：植物吸收磷、生物除磷、磷在介质中的物化存贮。因为生物除磷量相对较小，可忽略不计。因此在湿地系统中其量的平衡可表示为：湿地进水中磷的总量=出水中的含磷量+植物吸收磷的量+填料截留磷的量。上式三者的比例约为13%：17%：70%，可见绝大部分的磷是被填料所吸收的。
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