随着人口增长和用水需求的增加，需要有效处理的废水量持续增加。传统的机械-生物处理厂虽然效率高，但能耗大且成本高昂。近年来，人们更加关注生态和低能耗的替代方案，尤其是人工湿地。自20世纪中叶以来，人工湿地在全球范围内被用于处理各种来源的废水，其性能取决于系统类型和设计（Vymazal, 2005）。人工湿地利用过滤介质、微生物和植被的协同作用（Vymazal, 2005），具有能耗低、操作简单和维护要求低的优点（Dotro et al., 2017; Parde et al., 2021）。地下流式人工湿地的能耗通常低于0.1 kWh m?3 d?1，而传统活性污泥系统和SBR系统的能耗为0.76–1.13 kWh m?3 d?1（Knight and Wallace, 2009）。当地形条件允许重力流动时，无需泵送，且当地可用材料常可替代昂贵的建设材料（Stefanakis, 2019）。设计合理的人工湿地能够高效去除有机污染物和营养物质（包括铵氮），使其成为分散式废水处理的可持续选择（Vymazal and Kr?pfelová, 2015; Parde et al., 2021; Al Hadidi, 2021）。
人工湿地在污水处理中发挥着关键作用，尤其是在污水基础设施有限、难以接入集中式处理厂的地区（Moreira and Dias, 2016）。这对于人口较少（<2000人）且缺乏公共污水连接设施的小型聚居区尤为重要（Khan et al., 2022）。在斯洛伐克，约30%的人口居住在这些小型市镇，但只有25%的市镇接入了公共污水系统（Isteni? et al., 2023）。相比之下，捷克共和国的接入率为66%（其中27%的人口居住在小型市镇），匈牙利为45%（其中17%的人口居住在小型市镇），尽管两国的人口结构相似（Isteni? et al., 2023）。斯洛伐克接入率低的原因包括资金限制、人口密度低和地形复杂。在这些地区，包括人工湿地在内的分散式处理系统是一种有效的替代方案。然而，此类系统的全国记录并不完整。根据Isteni? et al.（2023）的数据，斯洛伐克目前仅有180个人工湿地在运行，而奥地利有5560个，捷克共和国有750个，波兰有8000个。
人工湿地通常由三个主要部分组成：机械预处理、填充多孔介质的过滤床以及支持污染物去除的湿地植被。机械预处理在去除悬浮固体（TSS）方面起着关键作用（Alvarez et al., 2008; Langergraber et al., 2003）。TSS去除不足可能导致过滤床堵塞，降低水力传导性和处理效率（Knowles et al., 2011）。在严重情况下，水可能溢出表面，引发异味和昆虫问题（Pucher and Langergraber, 2019）。过滤材料越细，堵塞风险越高（Knowles et al., 2011）。因此，预处理的主要目的是分离固体并减少进入过滤床的有机负荷。系统通常使用化粪池、Imhoff池或初级沉淀池来实现这一目的（Wang, 2021）。
不同类型的过滤床（HF、VF）在多个方面存在差异，其使用取决于多种因素。根据废水的流动方向，过滤床可分为水平流式（HF）、垂直流式（VF）或混合式系统。氧气浓度是影响人工湿地处理效率的主要参数（Nivala et al., 2013）。在HF中，氧气浓度较低，主要存在于表层，环境主要为厌氧状态（Vymazal, 2014）。因此，HF在去除有机污染物方面最有效。VF由于HF后的负荷较低以及废水的间歇性流动，提供了氧气接触，这种有氧环境有助于铵氮的氧化（Vymazal, 2007）。然而，为了最大化各种污染物的去除效率，不同方案中采用了混合过滤配置（Vymazal, 2005）。典型的HF-VF配置是废水首先通过HF去除有机物，然后通过VF去除剩余的有机污染物并氧化铵氮。但为确保反硝化过程和总氮（Ntot）的去除，部分VF出水需回流到HF之前（Ayaz, 2015）。
天然矿物材料如砾石和沙子是最常见的人工湿地过滤介质，它们影响水力传导性和堵塞风险（Ji et al., 2020; Knowles et al., 2011）。这些材料的表面为微生物附着和生物膜形成提供了场所（Ji et al., 2020）。近年来，改良和回收材料因提高处理效率而受到关注，例如无烟煤、磷灰石、铝土矿、沸石、生物炭、木材废弃物和稻草，这些材料均表现出对磷、铵氮和重金属的更强去除能力（Mlih et al., 2020; Ji et al., 2020）。
湿地植被对人工湿地的正常运行至关重要（Vymazal and Kr?pfelová, 2005）。地上生物量可减少太阳辐射，在冬季提供保温效果，并在植物组织中储存营养物质（Brix, 1997）。在VF系统中，植物茎秆在废水渗透过程中有助于氧气传递。根区促进微生物生长，增加水力传导性，并通过光合作用产生的氧气支持硝化作用。植物还通过吸收营养物质（如硝酸盐和磷酸盐）来生产生物量（Greenway, 2007）。常见的人工湿地水生植物包括Phragmites australis、Typha latifolia、Phalaris spp.和Iris pseudacorus（Vymazal and Kr?pfelová, 2005），尽管有时会被入侵物种Urtica dioica取代。先前的研究表明，这种分散式废水处理方式具有显著潜力，主要因其低能耗和低成本，以及适应不同负荷和气候条件的能力（Dotro et al., 2017）。缺点是占地面积较大（Gikas and Tsihrintzis, 2014）。此外，与传统活性污泥处理厂相比，人工湿地体积较大，过滤床中的过程较慢（Gikas and Tsihrintzis, 2014）。
本文研究了一个可处理多达50人当量（PE）废水的混合式人工湿地，该湿地位于一处具有季节性负荷的休闲设施附近。本研究的独特性和新颖之处在于对全尺寸人工湿地系统的长期监测，从而捕捉到可能影响处理过程的各种条件和事件。Vymazal et al.（2021）的研究强调了长期和全尺寸监测的重要性，指出其中一个主要挑战是实现真实世界操作条件的长期全尺寸监测的难度。多项研究探讨了CEE地区实际运行条件下全尺寸人工湿地的长期性能（Vymazal, 2011; Mucha et al., 2017; Vystavna et al., 2017; Lakatos et al., 2014）。这些研究主要关注污染物或药物去除效率，对微生物活性或动力学方面的关注较少。本研究通过结合两年以上的长期监测以及全尺寸混合人工湿地中的微生物活性（sOCR）和铵氮氧化动力学评估，扩展了这些发现。据作者所知，这是斯洛伐克共和国首个针对混合式人工湿地的全面长期监测研究，为CEE气候条件下的分散式废水处理提供了宝贵见解。
