人工濕地是基于自然濕地系統(tǒng),人為構(gòu)建、監(jiān)管和控制的類似沼澤的地面,利用物理、化學(xué)和生物三者協(xié)同作用凈化污水。從1903?年在英國(guó)的約克郡?Earby?建立的已知最早的人工濕地系統(tǒng)至今，人工濕地不僅應(yīng)用于生活污水的處理，在處理含重金屬離子的工業(yè)污水、礦山污水、垃圾滲濾液和暴雨徑流等方面也得到了廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)人工濕地污水處理技術(shù)研究的深入，研究者將其主要分為填料、植物、微生物、動(dòng)物、濕地中的水體五部分。其中填料是濕地中植物和微生物的生長(zhǎng)載體，將發(fā)生在濕地內(nèi)部的所有過(guò)程連接為統(tǒng)一的整體， 在污水處理過(guò)程中起重要作用，直接影響人工濕地的污水處理效果。

在20世紀(jì)70年代，人工濕地系統(tǒng)基本上是在天然濕地基礎(chǔ)上，結(jié)合人工建造的氧化塘系統(tǒng)，在原有結(jié)構(gòu)上對(duì)氧化塘去污能力進(jìn)行提升，該階段人工濕地的填料主要為天然土壤；20世紀(jì)?80?年代之后，人工濕地發(fā)展成為以Zeolite、礫石、石灰石等人為選擇的礦物作為填料，并栽種去污植物的處理系統(tǒng)，填料是人工濕地污水處理系統(tǒng)的基本要素，將發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部的所有反應(yīng)連接為統(tǒng)一的整體，在污染物去除過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。 這種構(gòu)建模式使得人工濕地的規(guī)模性應(yīng)用可行性大幅度增強(qiáng)，同時(shí)針對(duì)不同特征污染物從而選擇人工濕地污水處理系統(tǒng)的填料，成為其關(guān)鍵性的步驟。隨著污水水質(zhì)的日趨復(fù)雜， 單一填料已經(jīng)無(wú)法滿足去污能力的要求， 通過(guò)不同填料、植物等構(gòu)建的復(fù)合濕地系統(tǒng)已經(jīng)越發(fā)得到人們的重視。

人工濕地中的填料又稱為基質(zhì)，現(xiàn)階段被研究的主要分為3類：天然礦物、工業(yè)副產(chǎn)物、人造產(chǎn)品。表1中是近年來(lái)被廣泛研究或應(yīng)用的人工濕地填料分類。

天然礦物儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜和可在當(dāng)?shù)刂苯娱_(kāi)采等特點(diǎn)而一直被廣泛研究與應(yīng)用。但是部分天然礦物， 存在易堵塞、植物無(wú)法生長(zhǎng)或者去污效果差等問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上合理選擇天然礦物和應(yīng)用其他材料進(jìn)行濕地系統(tǒng)的強(qiáng)化，逐漸成為濕地填料的研究重點(diǎn)。將工業(yè)副產(chǎn)物合理應(yīng)用為濕地填料，對(duì)于廢物的資源化利用、減少建設(shè)費(fèi)用和增強(qiáng)濕地特異性吸附能力具有重要作用。但是工業(yè)副產(chǎn)物的特性隨著原料和工藝的不同，其理化性質(zhì)、去污能力、應(yīng)用成本等具有較大差別，應(yīng)用前需進(jìn)行可行性分析，而且部分工業(yè)副產(chǎn)物會(huì)對(duì)系統(tǒng)其他組分產(chǎn)生不良影響，因而對(duì)于工業(yè)副產(chǎn)物應(yīng)用為填料仍需要大量研究。人造產(chǎn)品表現(xiàn)了較高的吸附能力，時(shí)其自身在制造過(guò)程中可根據(jù)需要進(jìn)行定制，其中改良材料是指在天然材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)物理、化學(xué)等手段提升了對(duì)特定污染物的去除能力的材料，包括改性沸石、改性硅藻土、鈉化蒙脫石等。

填料對(duì)污染物的去除機(jī)理包括以下幾方面內(nèi)容：

第一，填料對(duì)有機(jī)物的去除機(jī)理。有機(jī)物在污水中的存在形式可分為可溶性和不溶性， 可溶性有機(jī)污染物被填料和植物根系上附著的生物膜吸收和吸附，不溶性有機(jī)污染物通過(guò)填料的過(guò)濾、沉淀和吸附等機(jī)械阻留作用被截留。人工濕地主要依賴微生物代謝活動(dòng)分解去除有機(jī)物， 填料作為微生物的代謝場(chǎng)所， 直接的吸附和其他作用對(duì)有機(jī)物去除影響較小，主要間接影響微生物從而改變有機(jī)物去除效果 填料的種類、填充方式、孔徑和含碳量等條件影響濕地系統(tǒng)的復(fù)氧能力、微生物種類、活性等，改變微生物代謝活動(dòng)的進(jìn)行，從而間接影響系統(tǒng)有機(jī)物的去除能力。人工濕地填料的填充方式主要包括:正粒徑填充、反粒徑填充和均勻粒徑填充，正粒徑填充因其上面的基質(zhì)粒徑和孔隙率較小，下層的溶氧量相對(duì)于反粒徑填充方式來(lái)說(shuō)較少， 合理選擇填料種類和填充方式以提升濕地系統(tǒng)的復(fù)氧能力，可以提升微生物活性，有助于增強(qiáng)有機(jī)物的去除能力。研究表明，增加濕地系統(tǒng)溶解氧含量會(huì)明顯加速有機(jī)污染物分解，在其濕地填料的布局下，曝氣后可提升系統(tǒng)對(duì)COD約20%去除率。

第二，填料對(duì)氮的去除機(jī)理。氮在人工濕地中的存在形式包括7種形態(tài)，分別為N2、N2O、NH3、NH4 +-N、NO2－-N、NO3－-N、有機(jī)氮。濕地對(duì)氮的去除方式有：微生物作用、氨氣揮發(fā)、自由沉降、植物的吸收與吸附、填料的吸附和離子交換作用。系統(tǒng)對(duì)氮的去除主要依賴微生物氨化、硝化和反硝化作用，填料吸附的還原態(tài)氨氮無(wú)法作為氨氮去除的長(zhǎng)期匯， 一般認(rèn)為其是快速可逆的。因此，填料主要是作為微生物的載體影響其代謝過(guò)程從而影響氮的去除。

第三，填料對(duì)磷的去除機(jī)理。進(jìn)入人工濕地填料的污水中磷可以分為正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機(jī)磷酸鹽3類。磷在濕地系統(tǒng)中的去除方式為填料的吸附作用、微生物的轉(zhuǎn)化與吸收、植物的吸收與同化，其中填料的吸附作用是最主要的去除方式。填料對(duì)磷的吸附方式主要包括物理吸附和化學(xué)吸附兩方面，其中化學(xué)吸附被認(rèn)為是濕地除磷的主要作用。

第四，填料對(duì)重金屬離子的去除機(jī)理。人工濕地對(duì)污水中的重金屬去除方式包括：填料對(duì)重金屬的離子交換和化學(xué)沉淀作用、植物的吸收作用、微生物的轉(zhuǎn)化作用，其中填料對(duì)水體中重金屬的去除起主要作用。人工濕地填料通過(guò)機(jī)械阻留作用去除污水中非溶解態(tài)的重金屬，通過(guò)離子交換和化學(xué)沉淀作用，使溶解態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為難遷移轉(zhuǎn)化的形態(tài)而去除。

現(xiàn)有填料普遍存在去污能力低、易堵塞等問(wèn)題，難以維持系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，因此針對(duì)傳統(tǒng)填料的缺陷開(kāi)發(fā)新型高效填料具有很好的應(yīng)用前景。Nagyov等通過(guò)對(duì)沸石進(jìn)行銅改性，提升了沸石比表面積和無(wú)定型態(tài)銅含量，極大提升了沸石對(duì)重金屬的吸附能力，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，并且比其他填料的效果要更佳。并且，通過(guò)研究使用沸石與不同填料結(jié)合植物、微生物后對(duì)生物生長(zhǎng)狀況的影響，通過(guò)填料-植物，填料-微生物，填料-植物-微生物等組合系統(tǒng)的協(xié)同作用，篩選出處理效果好、使用壽命長(zhǎng)和適應(yīng)性強(qiáng)的組合，可以優(yōu)化系統(tǒng)，提高濕地的整體處理能力，其對(duì)于深入了解整個(gè)濕地系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)理具有重要意義。