人工湿地主要由填料床、水生高等植物和微生物组成。用于深度处理污水时，是利用填料床、植物、微生物的物理、化学、生物作用使污水得到净化。
填料床是处理污水的主要场所，也是植物与微生物的主要载体。当一定比例的污水经过人工湿地时，其中的营养物质被基质拦截下来，并经过一系列的沉淀、吸附、吸收、离子交换等过程，使污水中的氮、磷等营养物质被去除。大量研究表明，基质对有机物质有着较强的过滤作用，基质的渗透系数也影响着污水的处理能力，渗透系数越小越容易发生堵塞问题，不同的基质对污染物的处理效果不同。
植物主要通过根系吸附富集重金属与一些有毒有害物质来处理污水。植物为微生物的生长提供了重要的条件，植物向土壤中释放的糖类、醇类以及根部的腐解均可促进微生物对有机污染物的分解。植物的输氧作用维持了人工湿地环境，使得根区存在有氧、缺氧及厌氧区域，为各类微生物提供了生长环境，有利于硝化细菌与反硝化细菌生长，进而提高其对污水的脱氮效果。有学者认为，人工湿地不能只应用一种单一的植物，要充分利用生物多样性协同作用来提高人工湿地净化能力。植物作为人工湿地的核心，不仅可以去除污染物、净化污水，还可以促进污水中营养物质的循环利用，从而绿化土地，改善生态环境。(www.xing528.com)
微生物是人工湿地进行污水处理的“主力军”，其数量在一定程度上可以反映人工湿地对污水的处理能力。微生物的组成与其功能的发挥直接决定了人工湿地的处理效果。大量的有机物质和氮素等都需要微生物作用来去除，微生物群体是维持人工湿地稳定和净化污水的重要组成部分。大量研究表明，人工湿地的污水来源、类型、水生植物和基质种类、运行方式等都会导致微生物种群和数量的不同，因此当处理不同类型污水时，应合理选择不同类型的人工湿地调控微生物的种群和数量，以更快速、高效地处理。
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