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人工湿地是一种利用基质、微生物和植物的相互作用去除污染物的生态系统。和传统污水处理工艺相比，人工湿地具有投资少、耗能低、易管理等优点，也有处理负荷低、占地面积大的缺点。为了强化处理效果，人工湿地构建时倾向于选择具有高效除磷效果的基质，这类基质在湿地运行初期除磷效果良好的同时是否能够有效脱氮并不清楚。为此，本文选择两种具有代表性的基质：砾石和钢渣，构建小型人工湿地，对比研究钢渣和砾石湿地运行初期处理低浓度污水时，基质硝化性能和反硝化性能、以及相关影响因素，并利用荧光原位杂交方法检测湿地的硝化细菌生长状况，明确钢渣和砾石湿地运行初期脱氮效果和氮转化过程，评价钢渣在人工湿地中的应用可行性与应用方式，为大型人工湿地的构建和应用提供理论基础与指导。
实验中探讨了水力条件和运行方式对两种湿地脱氮的影响，并确定常规运行条件为：水力停留时间40h、9d为一个周期间歇运行，实验结果表明：
(1)对于低浓度氨氮型污水(NH4+-N浓度：7.06±1.41 mg L-1)，钢渣湿地对TN、NH4+-N、NO3--N和NO2--N的去除率分别为0.12、0.07、0.10和-0.04 g m-2d-1；砾石湿地对TN、NH4+-N、NO3--N和NO2--N的去除率分别为0.26、0.21、0.08和0.01 g m-2d-1。
对于低浓度硝氮型污水(NO3--N浓度：13.5±1.58 mg L1)，钢渣湿地对TN、NO3--N和NO2--N的去除率分别为0.20、0.45和-0.22 g m-2d-1；砾石湿地对TN、NO3--N和NO2--N的去除率分别为0.18、0.22和-0.05 g m-2d-1；钢渣-砾石串联湿地TN、NO3--N和NO2--N的去除率分别为0.29、0.34和-0.02 g m-2d-1。
(2)采用荧光原位杂交方法检测湿地主体基质的硝化细菌，钢渣基质上没有检测到硝化细菌，说明湿地的钢渣基质尚没有建立稳定的硝化细菌群落；4，6-联脒-2-苯基吲哚(DAPI)染色和扫描电镜观察结果显示，钢渣基质上存在大量能够适应湿地的高pH条件(pH＞10)的微生物；砾石基质在运行的第四个月，检测到硝化细菌，表明砾石基质比钢渣基质能给硝化细菌提供更好的生长环境。
(3)氨氮在钢渣湿地内去除的主要途径是在高pH的环境下挥发到上层土壤，由上壤层吸附截留。氨氮在砾石湿地中的去除过程包括两个步骤：第一步，氨氮吸附到砾石基质上直到平衡，这个过程在3h内可以完成；第二步，附着在基质表面的硝化细菌对吸附的氨氮进行利用和转化。钢渣湿地内部的还原性强于砾石基质，反硝化第一步速度快于第二步，产生亚硝氮积累。
砾石湿地作为一种传统的湿地基质，在湿地构建初期即表现出较好的脱氮能力。钢渣湿地运行初期反硝化过程活跃，但反硝化进行不完全，将钢渣和砾石湿地进行串联，既提高了反硝化去除效率，又降低了出水的亚硝态氮浓度和pH值。因此钢渣湿地在运行初期在高效除磷的同时，也可作为一种强化反硝化基质应用于硝态氮的去除或其他组合工艺中。