人工濕地是基于自然濕地系統,人為構建、監管和控制的類似沼澤的地面,利用物理、化學和生物三者協同作用凈化污水。從1903?年在英國的約克郡?Earby?建立的已知最早的人工濕地系統至今，人工濕地不僅應用于生活污水的處理，在處理含重金屬離子的工業污水、礦山污水、垃圾滲濾液和暴雨徑流等方面也得到了廣泛應用。隨著對人工濕地污水處理技術研究的深入，研究者將其主要分為填料、植物、微生物、動物、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載體，將發生在濕地內部的所有過程連接為統一的整體， 在污水處理過程中起重要作用，直接影響人工濕地的污水處理效果。

在20世紀70年代，人工濕地系統基本上是在天然濕地基礎上，結合人工建造的氧化塘系統，在原有結構上對氧化塘去污能力進行提升，該階段人工濕地的填料主要為天然土壤；20世紀?80?年代之后，人工濕地發展成為以沸石、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，填料是人工濕地污水處理系統的基本要素，將發生在系統內部的所有反應連接為統一的整體，在污染物去除過程中起到至關重要的作用。 這種構建模式使得人工濕地的規模性應用可行性大幅度增強，同時針對不同特征污染物從而選擇人工濕地污水處理系統的填料，成為其關鍵性的步驟。隨著污水水質的日趨復雜， 單一填料已經無法滿足去污能力的要求， 通過不同填料、植物等構建的復合濕地系統已經越發得到人們的重視。

人工濕地中的填料又稱為基質，現階段被研究的主要分為3類：天然礦物、工業副產物、人造產品。表1中是近年來被廣泛研究或應用的人工濕地填料分類。

天然礦物儲量豐富、價格便宜和可在當地直接開采等特點而一直被廣泛研究與應用。但是部分天然礦物， 存在易堵塞、植物無法生長或者去污效果差等問題，在此基礎上合理選擇天然礦物和應用其他材料進行濕地系統的強化，逐漸成為濕地填料的研究重點。將工業副產物合理應用為濕地填料，對于廢物的資源化利用、減少建設費用和增強濕地特異性吸附能力具有重要作用。但是工業副產物的特性隨著原料和工藝的不同，其理化性質、去污能力、應用成本等具有較大差別，應用前需進行可行性分析，而且部分工業副產物會對系統其他組分產生不良影響，因而對于工業副產物應用為填料仍需要大量研究。人造產品表現了較高的吸附能力，時其自身在制造過程中可根據需要進行定制，其中改良材料是指在天然材料的基礎上，通過物理、化學等手段提升了對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。

填料對污染物的去除機理包括以下幾方面內容：

第一，填料對有機物的去除機理。有機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，不溶性有機污染物通過填料的過濾、沉淀和吸附等機械阻留作用被截留。人工濕地主要依賴微生物代謝活動分解去除有機物， 填料作為微生物的代謝場所， 直接的吸附和其他作用對有機物去除影響較小，主要間接影響微生物從而改變有機物去除效果 填料的種類、填充方式、孔徑和含碳量等條件影響濕地系統的復氧能力、微生物種類、活性等，改變微生物代謝活動的進行，從而間接影響系統有機物的去除能力。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粒徑和孔隙率較小，下層的溶氧量相對于反粒徑填充方式來說較少， 合理選擇填料種類和填充方式以提升濕地系統的復氧能力，可以提升微生物活性，有助于增強有機物的去除能力。研究表明，增加濕地系統溶解氧含量會明顯加速有機污染物分解，在其濕地填料的布局下，曝氣后可提升系統對COD約20%去除率。

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

第三，填料對磷的去除機理。進入人工濕地填料的污水中磷可以分為正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽3類。磷在濕地系統中的去除方式為填料的吸附作用、微生物的轉化與吸收、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。填料對磷的吸附方式主要包括物理吸附和化學吸附兩方面，其中化學吸附被認為是濕地除磷的主要作用。

第四，填料對重金屬離子的去除機理。人工濕地對污水中的重金屬去除方式包括：填料對重金屬的離子交換和化學沉淀作用、植物的吸收作用、微生物的轉化作用，其中填料對水體中重金屬的去除起主要作用。人工濕地填料通過機械阻留作用去除污水中非溶解態的重金屬，通過離子交換和化學沉淀作用，使溶解態重金屬轉化為難遷移轉化的形態而去除。

現有填料普遍存在去污能力低、易堵塞等問題，難以維持系統連續運行，因此針對傳統填料的缺陷開發新型高效填料具有很好的應用前景。Nagyov等通過對沸石進行銅改性，提升了沸石比表面積和無定型態銅含量，極大提升了沸石對重金屬的吸附能力，拓寬了其應用領域，并且比其他填料的效果要更佳。并且，通過研究使用沸石與不同填料結合植物、微生物后對生物生長狀況的影響，通過填料-植物，填料-微生物，填料-植物-微生物等組合系統的協同作用，篩選出處理效果好、使用壽命長和適應性強的組合，可以優化系統，提高濕地的整體處理能力，其對于深入了解整個濕地系統的運作機理具有重要意義。