前言：在人工湿地系统中，有机物的去除过程离不开物理、化学、生物的相互作用和协同作用。本推文林儿会总结人工湿地系统中有机物去除的相关最近研究进展，以便于大家了解在人工湿地中个因素（物理、化学、生物）是如何相互作用去除有机污染物的。同时也希望大家多多转发，参与讨论。
1.人工湿地中有机物的来源
人工湿地中有机物的来源有：污水中的有机质、植物根系分泌物、农药和腐殖质等。它们主要以挥发态、溶解态和固体态形式存在。小颗粒的有机物通过范德华力或被大颗粒基质吸附聚集成大颗粒有机物，大颗粒有机物通过沉淀、絮凝或基质和植物根系的过滤作用被截留。挥发性有机物（VOC）包括香烃、卤代烃、脂肪烃等。由于水平潜流人工湿地基质一直处于水饱和状态，挥发性的VOC不能直接被吸附，因此VOC首先溶解于水中，然后被基质吸附。
农药的大量使用使农作物产量得到提升，但同时农药排放到水体中时，其表现就不像在农业系统里面那么令人满意了。人工湿地已经成为去除非点源农业污水中农药的最佳技术之一。到目前为止，表面流人工湿地已得到广泛应用，而垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地也在逐步被推广使用，但具体对农药降解的研究仍较少。从目前调查的数据来看，人工湿地对于农药的去除效果很好，但是去除效果还是会因为使用不同的人工湿地类型和不同的农药类型而存在较大差异。
有机物表现出复杂的理化性质，许多具体的毒性作业在我国农业污水的常见污染物中很少遇到。因此，从潜在方面和已知方面，对特定种类的有机物的理化性质和生物效应进行全面透彻的评估，将会有助于优化人工湿地的设计和运行模式。
2.人工湿地中有机物的去除机理
在一个复杂的人工湿地系统中可能会存在多种有机物去除途径。有关文献列举了例如挥发、光化学氧化、沉淀、吸附和生物降解等过程，并指出它们皆是人工湿地内有机物去除的主要途径。某种有机物的去除过程差异很大，这主要取决于被处理的有机污染物种类、湿地类型、具体的运行条件（如水力停留时间等）、环境条件、人工湿地系统内的植物类型和基质种类。明确的处理目标和处理效果评价是确定适当的设计和运行参数和处不要求，特别是针对有机物的去除，这样的评价是格外重要的。在传统的废水处理中，有机物去除的评价主要是基于COD和BOD5值，这一方法可以追溯到20世纪50年代初，但现在人工湿地中对新兴痕量有机物的处理仍处于起步阶段。
3.有机物的非降解去除过程
在人工湿地污水处理过程中，通过有机物的非降解去除过程（如吸附和挥发）可能仅仅是降低其污染物浓度，将污染物进行了转移。因此，在评估这些污染物潜在的环境危害时，必须仔细考虑污染物从水中转移到其他介质（土壤、大气）的可能性。
3.1挥发和植物蒸腾作用多难降解有机物的去除
污染物除了直接从水中排放到大气中（挥发）之外，一些湿地植物也可以通过根系吸收污染物并通过蒸腾流将他们转移到大气中，这个过程被称为植物挥发。在一些水生植物中，这种转移过程一般通过通气组织发生。挥发性有机类物质（VOCs）一般被定义为在25℃的条件下蒸腾气压大于2.7Pa的物质。亨利系数（h）被定义为对有机污染物的挥发作用进行预测的一项价值指标，它全面解释了挥发性污染物从水中到大气中的转移过程和程度。植物挥发被认为是适合处理如丙酮和苯酚等亲水类化合物的过程。相对应的，挥发可能是挥发疏水性化合物的重要去除过程。
此外，由于人工湿地植被加强了水向上移动到不饱和区域发生的过程，水上移的这一区域挥发作用便会增强。植物的挥发可能与水平潜流人工湿地有特殊的关联。在水平潜流热工湿地系统中，由于挥发性有机物的挥发需要通过床体的不饱和区以及水层流饱和区，这些区域可能会降低挥发污染物的传质，放缓污染物扩散率从而抑制了直接挥发，因此，污染物的直接挥发在表面流人工湿地中更加明显。
3.2植物的吸收作用
人工湿地对有机物有较强的降解能力，植物作为人工湿地的重要组成部分，其生长需要吸收大量污水中的营养物质，包括有机物、氮、磷、金属离子等。运行多年的成熟人工湿地植物具有密集的植物茎叶和强大的根区系统，可以截留、过滤污水中悬浮物以及大颗粒物质。废水中的不溶性有机物通过湿地沉淀、过滤作用。从废水中截留下来而被微生物利用；可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收和生物代谢降解过程被去除。湿地植物的光合作用产生氧气，植物将氧气运输到根区，经过根区的扩散作用，从而在根区形成好氧、有机物缺氧和厌氧的交替环境，能够促进硝化、反硝化作用和微生物对磷的积累作用，有助于提高人工湿地对氮磷有机物的去除效果。根据贺锋等人的研究结果，人工湿地系统中的植物有利于的去除，有植物的系统对三氮的去除效果优于无植物系统。
3.3吸附和沉淀
吸附是由于基质与有机物分子之间产生的范德华力或其他分之间作用力，把有机物从水中剥离，替代基质表面的水分子过程。基质吸附能力主要与基质本身特质、被吸附离子种类、pH值、基质表面积等因素有关。溶解性有机物（DOM）包括有腐殖质（腐殖酸、富里酸等）、蛋白质降解物、植物分泌物质和湿地床体中死亡生物降解物质组成。DOM是湿地中微生物碳的主要来源，DOM可能含有羟基、氨基等活性官能团，能与多种金属离子结合，同时DOM对提高其他污染物的溶解度，增强光解速率，提高基质对有机污染物的吸附能力，降解低价污染物对环境的毒性都有重要作用。
4.有机物降解去除过程
4.1植物降解
“植物降解”一词再此指植物代谢式降解，亦指植物酶或辅酶因子对有机污染物的降解。现已发现多种植物存在对有机物的代谢转化过程，如一些常见的芦苇、宽叶香蒲等湿地植物和一些杨属植物。至于哪些有机物能被植物降解，这主要取决于植物的需要。例如，芦苇中只存在能降解每分子含3个或3个以下氯原子的多氯联苯的酶，具有更多氯原子的多氯联苯则不会被降解。对杂交白杨和其他一些湿地植物在人工湿地中降解氯化溶剂的研究是研究植物对有机物代谢式转化的著名范例。
4.2微生物降解
微生物是人工湿地去除有机物的主导者。湿地中的有机物，尤其是溶解性有机物是微生物的重要碳源，不论是合成代谢还是分解代谢，都有有机物的参与。微生物在酶的作用在参与有机物的分解代谢，将有机物CxHyOz分解成CO2和H2O，并为微生物的合成代谢提供能量，以供细胞合成自身组织。
微生物分解代谢物可以直接排入外部环境，合成代谢产物作为细胞组织进入细胞。细胞的合成和分解代谢都有酶的参与，尤其是土壤酶能够促进有机质的分解，一方面可以通过测定微生物数量及活性；另一方面可以将酶活作为人工湿地净化效果的评价标准。
在人工湿地中，微生物可降解污染物的种类亦与污染物的理化性质密切相关。事实上，对于有机物能否被降解的问题，我们可以从该种有机物的化学结构（如是否存在仲、叔、季碳或是官能团）上寻找答案。由于所有在斯德哥尔摩会议上被归为持久性有机污染物的物质都明确指明含有氯代烷基，如何使碳氯键断裂这个问题在对人工湿地生物治理上就具有了重要意义。国外有研究表明：有毒有机物的消除主要是一个微生物介导的过程，而且有好氧和厌氧两种。但总的来讲，有助于阐明微生物降解的途径或者量化有机物降解难易程度的实验数据资料仍不足，但是一些间接地办法（比如吸附、挥发）或不考虑具体过程去看总体质量守恒的变化等却常被用来评估微生物降解的贡献。
对于难降解的有机物的处理方式通常有：自然修复、植物修复和微生物修复。植物修复是通过植物根系产生根际效应，微生物吸附、转化和降解水中难降解有机物。作为微生物碳源，不同种类微生物需要相互协同利用碳源，因为单一种类微生物不具备完整去除难降解有机物的酶系统，需要相互协同作用，或作为非基质通过共代谢方式进行降解，从而达到去除难降解有机物的目的。
