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人工湿地污水处理系统是一项运用生态学原理加上工程方法而形成的新兴生态工程水处理技术，利用生态系统中物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。由于人工湿地除氮能力强、投资低、维护和操作简单，具有生态效益等特点，其在传统除氮、控制水环境非点源污染和水体富营养化治理方面，具有广阔的应用前景。但人工湿地除氮过程复杂，其除氮机制尚处于定性研究阶段，限制了人工湿地的发挥和应用，因此开展人工湿地除氮机理实验及生态动力学模型研究十分必要。
本研究设计构建了中试潜流人工湿地，水力停留时间4d，进水水量0．8方/天，实验用水为学生宿舍生活污水。基本尺寸为长×宽×高=4×1．5×1．2m，设计水深80cm，采用级配填料，种植植物香蒲。采集进出水及30cm、60cm、90cm断面的水样，通过进出水各态氮组成、氮除污率、水质参数对除氮的影响和各态氮二维分布，分析了人工湿地的除氮机理。
以有机氮、氨氮和硝态氮为状态变量构建了人工湿地氮生态动力学模型，分析了水、基质和植物不同载体中的存在形式。主要考察了矿化、沉淀、再生、硝化反硝化、植物吸收、微生物同化、植物腐败等作用。通过各质量平衡和反应速率表达式进行详细表述，采用四阶龙格库塔解法，用MATLAB进行编程，并校准了模型参数。比较了模拟出水数据与实测出水数据，并分析了湿地内部氮质量平衡。
本研究得出以下结论：
1．本试验所建中试潜流人工湿地系统处理生活污水中的氮素，总氮的去除最主要的还是取决于氨氮的去除。总氮去除率为36．5％-75．9％，氨氮去除率为32．6％-72．5％。硝态氮平均去除率达82．2％。
2．pH、温度、氧化还原电位和溶解氧都对氮素的去除有一定的影响。湿地的pH值变动不是很大，也比较适宜各种反应的进行。温度较低，对各方应都有一定的影响。湿地中氧化还原电位均为负值，利于反硝化的进行，不利于硝化反应。溶解氧是影响除氮的主要因素，湿地内部溶解氧含量均低于2mg/l，无法满足矿化和硝化反应的要求。
3．从实验分析来看，本实验系统脱氮的主要方式可能是微生物硝化反硝化作用。湿地上部主要进行硝化反应，而湿地中下部则以反硝化反应为主。湿地下半部对NH4-N去除贡献有限，硝化作用受限。这与溶解氧的分布密切相关。在本试验条件下，需提高溶解氧水平并改善有机氮矿化条件。
4．经计算，模型效率为52．3％，模型基本上预测了出水中有机氮、氨氮和硝态氮的浓度变化趋势。在不同的实验条件下，各参数的取值会有差异。
5．通过氮的质量平衡可以看出，在本试验人工湿地中，氮的主要去除机制是硝化反硝化和植物吸收。有机氮、氨氮和硝态氮的总去除率为60．53％，其中反硝化过程去除43．10％，植物吸收去除13．98％，沉淀去除3．45％。植物优先吸收氨氮。为提高除氮效率，应促进矿化作用和硝化作用。