综述：人工湿地中的砷去除技术

本综述系统探讨了人工湿地（CW）作为新兴砷（As）去除技术的潜力，指出其虽在实验室规模验证有效，但中试与全规模应用数据稀缺。文章强调需通过机理模型指导设计、解决季节性影响与植被长期作用等挑战，推动该技术从实验室向实际应用转化。

　　

人工湿地（Constructed Wetlands, CW）作为一种新兴的砷（As）去除技术，近年来在实验室研究中展现出显著潜力。根据有毒物质与疾病登记署（ATSDR）的评估，砷是对人类健康威胁最大的物质之一，其全球性污染尤其影响南亚、美洲及部分非洲与欧洲地区，拉丁美洲所有20国均存在砷污染问题。尽管已有多种砷去除技术被广泛综述，但人工湿地作为非常规技术之一，仍缺乏系统性批判分析。

发展历程与应用范畴

近15年来，人工湿地在砷去除领域的应用取得重要进展。2009年之前，相关研究极少，且砷去除机制尚未明确。早期文献多依赖未公开数据或北美处理湿地数据库（NADB）的记录。根据近期研究，人工湿地系统可按处理水体类型分为三类：低浓度砷水体（如市政污水）、矿业与工业废水，以及高砷地下水或饮用水。其中，针对高砷饮用水的研究最具实际意义，因其直接关联公共卫生。

近期研究成果

目前绝大多数数据来自实验室规模系统（如微宇宙实验），全规模系统寥寥无几。Zhang等（2023-2025）研究显示，28个实验室人工湿地系统的砷去除率中位数达83.6%，但实际应用效果仍需验证。垂直潜流（VSSF）与水平潜流（HSSF）是主流配置，其性能受多种环境因子调控，包括pH值、铁（Fe）与硫（S）的存在、水温、碳源及溶解氧（DO）浓度等。关键去除机制以沉淀、共沉淀和吸附为主，通过优化介质选择（如铁基材料）与植物-微生物协同作用可进一步提升效率。

关键运行与设计要素

砷去除效率高度依赖于环境因子的交互作用，例如pH值与碱度的关联、温度与溶解氧的耦合效应。在微生物参与下，碳源与溶解氧的作用尤为关键。近期研究致力于通过功能化基质（如硫改性铁屑）和植被管理（如香蒲、芦苇等湿地植物）增强系统稳定性与长期性能。

建模与设计优化

机理模型成为理解人工湿地过程与指导设计的重要工具。不同于经验模型，机理模型基于物理、化学与生物过程的数学表述，能够模拟污染物迁移转化规律，助力系统优化与性能预测。此类模型有望解决季节性波动、植被长期影响及介质老化等实际问题，但需更多中试数据用于校准与验证。

挑战与展望

当前主要挑战在于实验室结果向实际应用的转化。中试系统数据缺失制约了全规模设计指南的制定。未来需通过学术界、工业界与政府协作，推动试点项目建设，重点评估季节性效应、植被长期作用及介质寿命等关键问题。同时，亟需利用实际运行数据完善模型，实现从机理研究到工程设计的跨越。

利益冲突声明

作者声明无任何已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

致谢

感谢智利大学土木工程系、物理数学科学院研究生院及ANID博士生奖学金（2023-21232156）对Diego Bravo-Riquelme博士研究的资助。