1、小城镇污水特征与现有处理状况
随着城镇化进程的加速，许多小城镇的污水排放问题逐渐显现。生活污水中含有大量有机污染物、氮磷化合物以及悬浮物，这些污染物不仅会导致水体富营养化，还会严重生态环境。由于小城镇多处于经济发展初期，污水处理设施建设滞后，许多地方仍依赖简易的污水排放系统，这对水环境的影响日益严重。当前，小城镇污水处理的主要挑战在于设备投资不足、技术支持薄弱以及运维困难。如何高效且经济地处理污水，成为了亟待解决的难题。
2、人工湿地技术的定义与去污原理
2.1 人工湿地的定义
人工湿地是一种通过模拟自然湿地的植物和微生物环境，利用物理、化学和生物的相互作用，去除污水中的污染物的小型生态系统。其设计灵感来源于天然湿地，但与天然湿地不同的是，人工湿地根据污水的具体特性，经过专门设计，具备了优化的植物配置和有益菌群，以提高污水处理效果。在人工湿地系统中，填料部分通常由土壤、砂石或岩石组成，这些填料被置于一定结构的床体中，设计有适宜的地形坡度和污水流量，以促进污水在填料中的渗流。在这一过程中，植物根系和微生物共同作用，有效去除污水中的污染物。
2.2 污染物去除机制
城镇生活污水中的主要污染物包括有机物（如BOD和COD）、氮磷化合物以及悬浮物等。在人工湿地中，植物通过根系吸收水中的氮磷，并通过新陈代谢将其转化为植物体内的元素或气态物质释放至空气中。植物根系中的微生物，如聚磷菌，能够进一步降解水中的磷化合物。对于不溶性的有机物，填料通过沉积和过滤作用去除，而可溶性有机物则通过植物根系上的生物膜进行吸附和降解。人工湿地能够在去除氮磷的将有机物转化为微生物所需的营养，达到有效净化污水的目的。
2.3 人工湿地在污水处理中的优势
人工湿地具有较高的处理效率，研究表明，其对污水中有机物（BOD5）的去除率可达到85%以上，COD的去除率超过80%。对于氮磷的去除，实验结果显示，BOD浓度在10mg/L以内、SS浓度在20mg/L以内的情况下，氮的去除率超过65%，磷的去除率则高于90%。人工湿地对农残留、细菌等有害物质的去除效果也非常显著。不同类型的人工湿地系统根据填料和植物的选择，能够适应不同水质特征，实现最佳的污染物去除效果。
人工湿地不仅能够高效去污，且其建设和运行成本较低，技术要求相对简单，易于管理和维护。这使得其成为适合小城镇和资源有限地区的污水处理方案。人工湿地还具有绿化作用，不仅能改善周围环境，还能有效缓解城市热岛效应，提升生态景观和气候环境质量。
3、人工湿地在生活污水处理中的实际应用
3.1 实验设计
本研究选取了表面流与垂直流复合装置作为人工湿地系统的实验模型。表面流装置的尺寸为80cm×40cm×50cm，垂直流装置的尺寸为40cm×40cm×80cm，设计有排水口以便污水。反应器的一侧设有集水槽，与底部连通，并通过筛板与表面流部分连接。实验样品来自南方某小镇的生活污水管道，样品中污染物浓度范围为：COD为98.4525.2mg/L，TN为23.3329.8mg/L，TP为4.99.9mg/L，NH3-N为42.5179.3mg/L。
在填料选择上，采用了陶瓷粒、卵石和火山岩碎屑岩。陶瓷环和火山岩具备良好的孔隙渗透性，有利于微生物生长并能吸附一部分磷；卵石用于支撑作用，铺设在垂直流部分的底部，有助于水流通畅。在植物选择上，表面流部分使用凤眼莲，因其根系发达，能够迅速繁殖；而垂直流部分则选用了芦苇，因为芦苇的根系具有良好的通气性，能够为微生物提供生长空间。实验期间，每周取三次样本，分别在表面流和垂直流的进水、出水点进行污染物浓度检测。
3.2 实验结果与分析
3.2.1 COD
实验结果显示，表面流与垂直流复合系统在去除有机物方面表现优秀，整体COD去除率超过75%。在实验初期，进水COD浓度波动较大，但随着反应的进行，填料表面的生物膜逐渐成熟，能够有效提升有机物的氧化分解效率，从而提高了系统的处理能力。
3.2.2 TN
在实验的前期，TN的去除效果较为平稳，去除率在20%-25%之间。随着处理过程的深入，垂直流部分的芦苇对水中的氮磷吸收逐渐增强，凤眼莲的根系微生物群落也表现出了良好的降解能力。至实验后期，当生活污水中TN浓度达到150mg/L时，去除率显著提高，最终TN浓度降低至100mg/L以下，去除率超过70%。
3.2.3 TP
在处理过程中，垂直流部分对TP的吸收表现尤为显著，前期去除率高达45%。随着实验的推进，系统稳定性提高，垂直和水平流的复合效应使得TP的去除率始终保持在60%以上，出水浓度稳定低于3.5mg/L。
3.2.4 NH3-N
NH3-N的去除效果也非常突出，去除率超过95%。这主要得益于芦苇根系中的硝化细菌，其硝化作用显著加速了NH3-N的转化与去除。凤眼莲在表面流部分也表现出了很强的氨氮去除能力。
4、人工湿地作为一种高效、环保且经济的污水处理技术，已在小城镇生活污水处理过程中展示了巨大的潜力。通过合理的设计与植物选择，人工湿地系统能够有效去除污水中的有机物、氮磷及其他污染物，不仅为小城镇污水处理提供了可行的解决方案，也为城市绿化和环境改善做出了贡献。随着技术的不断发展和优化，人工湿地将为更多地区的污水处理提供更加高效和可持续的支持。