人工湿地污水处理技术作为生态污水土地处理技术，具有脱氮除磷效果好，投资运行费用低，维护管理简单，适用面广，环境效益显著等诸多优点。但同时，人工湿地对污染物的去除效果受诸多因素的影响，为寻求最佳的人工湿地模式，进一步提高人工湿地的除污效果，本课题研究了基质类型、基质配置和水力停留时间等因素对人工湿地除污效果的影响，并以此为基础，在淮北临海采煤沉陷区设计了两级人工湿地系统。首先，选取陶粒、火山岩、砾石、麦饭石和钢渣为研究对象，在分析实验基质自身成分的基础上进行静态实验，绘制各基质的磷等温吸附曲线，比较其饱和吸附量，并分析温度、pH对其吸附特性的影响。试验结果表明，各基质的磷吸附能力由大到小依次为钢渣＞陶粒＞火山岩＞麦饭石＞砾石。由于基质对磷的吸附达到饱和时便失去效力，为延长基质的使用寿命，本研究采用干湿交替的方法进行基质的再生。试验结果表明，除砾石外各基质在风干后对磷的去除效率均得到一定程度的恢复，说明间歇运行可以实现基质的再生。然后，进行动态试验模拟垂直潜流人工湿地，比较钢渣和陶粒及其混合体作为湿地系统的基质在不同水力停留时间下以不同运行方式对各污染物去除效率的影响，并寻求改进，改进方式为基质内部间歇曝气。试验结果表明，NH₄⁺-N、TN、TP去除效率由大到小的系统依次是钢渣、钢渣+陶粒（1：1）、钢渣+陶粒（1：2）、陶粒，NO₃--N、NO₂--N、TOC去除效率由大到小的系统依次是陶粒、钢渣+陶粒（1：2）、钢渣+陶粒（1：1）、钢渣，综合考虑净化能力和酸碱缓冲能力，钢渣和陶粒混合的系统是比较理想的湿地基质；HRT=2d时各系统对各污染物的去除效率均高于HRT=1d时；进行间歇曝气后，钢渣+陶粒（1：2）系统和钢渣+陶粒（1：1）系统对NH₄⁺-N、TN、TP、TOC的去除效率均有明显提高，对NO₃--N、NO₂--N的去除效率略有降低。最后，结合实地情况设计垂直潜流人工湿地。本设计的水量目标是满足8万m3/d的需求，水质目标是预期使沉陷湖的水质保持在III-IV类，满足工业用水要求，景观目标是创造景观丰富度和物种丰富度。本湿地设计选用组合工艺，一级为垂直流潜人工湿地，二级为水平潜流人工湿地。