富含石灰的堿性廢水的來源十分普遍， 例如我國每年產(chǎn)生的建筑渣滓達4 000~5 000 萬t，其中絕大局部未經(jīng)處置直接運往郊區(qū)堆放或簡易填埋。T. G. Townsend 等的研討標(biāo)明， 建筑渣滓滲濾液pH可到達11。制堿、鋼鐵制造、煤炭脫硫等過程中會產(chǎn)生大量富含石灰的固體廢棄物，這些固體廢棄物經(jīng)風(fēng)化、雨水沖刷，可產(chǎn)生堿性滲濾液。此外，水泥、混凝土的制備以及建筑施工過程中也會產(chǎn)生大量含有石灰和碳酸鈣的堿性廢水。假如這些堿性廢水不經(jīng)處置直接排放進入水體則會影響水生生物的新陳代謝，造成消化系統(tǒng)失調(diào)，對水生生物有直接的毒害作用；另外，由于這些強堿性廢水中常含有大量石灰，碳酸鈣的蓄積沉淀會影響植物光協(xié)作用，毀壞底棲動物的生存空間。因而，必需對該類廢水實施恰當(dāng)處置，使廢水pH 降低后，方能排放到受納水體。

　　目前堿性廢水的處置辦法主要有酸堿中和法和CO2曝氣法，有些制度管理不嚴(yán)厲的地區(qū)則采用直接稀釋的辦法。由于堿性廢水排放量大，且多數(shù)廢水排放流量隨時間變化顯著， 造成應(yīng)用傳統(tǒng)辦法處置堿性廢水的設(shè)備投資和運轉(zhuǎn)費用高。人們經(jīng)過對自然濕地的長期察看發(fā)現(xiàn)， 濕地對酸性和堿性廢水均有很強的緩沖才能，因而應(yīng)用人工濕地降低堿性廢水pH 成為一種很有潛力的技術(shù)辦法。另外由于人工濕地具有建立運轉(zhuǎn)費用低廉、環(huán)境友好、運轉(zhuǎn)管理簡單等優(yōu)點，使得應(yīng)用人工濕地技術(shù)處置堿性廢水具有重要的研討應(yīng)用價值。

　　1 機理

　　人工濕地常用于處置二級污水廠出水、市政污水、農(nóng)業(yè)廢水等。目前，對應(yīng)用人工濕地緩沖酸性廢水的pH 也已有普遍的研討和應(yīng)用，而將其用于堿性工業(yè)廢水處理還處于初步研討階段。富含石灰(CaO)的廢水呈堿性是由于石灰水解生成Ca(OH)2，Ca(OH)2溶于水產(chǎn)生OH-。

　　人工濕地基質(zhì)中的腐殖酸關(guān)于中和廢水的堿性有一定作用，但堿性廢水的pH 在人工濕地中得到有效降低，主要還是由于CO2的作用。CO2溶于水生成HCO3-，而HCO3-能夠中和廢水中的OH-，并使Ca2+與CO32-分離構(gòu)成CaCO3沉淀， 碳酸鈣的堆積又進一步促進HCO3-中和廢水中的OH-， 從而使得廢水的堿度降低。目前關(guān)于這一過程的反響動力學(xué)還不是很分明， 但I. D. Clark 等以為，CO2向水溶液中的擴散，以及經(jīng)過水解反響生成CO32-，這兩步為速率限制步驟。人工濕地中的CO2主要有兩個來源:一是大氣中的CO2向廢水中擴散溶解，但經(jīng)過這種方式傳送CO2速率慢， 特別是關(guān)于潛流型濕地，經(jīng)過大氣傳輸?shù)?/span>CO2更是有限；二是濕地中的微生物和濕地植物的根系經(jīng)過呼吸作用釋放CO2，使得廢水中CO2含量增加，這是人工濕地處置堿性廢水時CO2的主要來源。另外，濕地植物興旺的根系可為碳酸鈣的堆積提供更大的外表積，從而促進Ca2+的沉淀， 進而促進HCO3- 對堿性廢水的中和作用。

　　2 濕 地面積計算

　　用來計算人工濕地大小的辦法很多，包括應(yīng)用一級動力學(xué)模型、體積標(biāo)化的去除效率等，但是最常用的是應(yīng)用面積標(biāo)化的污染物去除效率實施計算。在處置富含石灰的堿性廢水的濕地中，廢水的pH 隨著鈣的堆積而降低， 因而鈣的堆積效率是評價人工濕地對堿性廢水的處置效果的重要指標(biāo)，而且鈣的濃度易于測定，所以在人工濕地大小的設(shè)計計算中， 應(yīng)用鈣的去除效率來計算濕 地面積。其計算公式為:

　　式中:

　　A———濕 地面積，m2；

　　Qd———廢水流量，m3/d；

　　Ci，Ct———分別為進水和出水中鈣的質(zhì)量濃度，mg/L；

　　Ra———鈣的堆積速率，g/(m2·d)。

　　W. M. Mayes 等用1 a 的時間對濕地中鈣的堆積速率實施了連續(xù)監(jiān)測，結(jié)果標(biāo)明鈣的堆積速率為0.4~13.6 g/(m2·d)，其中在進水和出水處的鈣的堆積速率最低，分別低于2、5 g/(m2·d)。他們以為進水口處鈣的堆積速率較低是由于廢水中可應(yīng)用的CO2濃度低；而出水口處鈣的堆積速率相對較低是由于出口處廢水pH 已低于9.5，且大局部鈣曾經(jīng)得到有效去除，使得廢水中所含鈣的濃度較低。但是，他們也察看到濕地的主體局部的鈣的堆積速率還是相對穩(wěn)定的，均勻值為7.4 g/(m2·d)，并倡議在設(shè)計處置堿性廢水的濕 地面積時能夠思索應(yīng)用5g/(m2·d)的鈣的堆積速率，這能夠保證將pH 為12的廢水處置到pH<9 的程度。因而，根據(jù)鈣的堆積速率、廢水的流量、進水鈣的濃度以及設(shè)計的出水鈣的濃度，即能夠得到人工濕地所需面積。

　　3 濕地基質(zhì)填料和植物的選擇傳統(tǒng)的人工濕地主要用于去除有機污染物和氮磷，其基質(zhì)多采用含鈣高的礫石、石灰石和浸透性好的砂土等。與此不同，用于去除廢水中鈣質(zhì)、降低廢水pH 的人工濕地， 由于其需求生長繁衍大量的微生物來提供CO2， 所以需求基質(zhì)中含有更多的有機質(zhì)。因而，基質(zhì)填料多采用本地土壤摻加堆肥的混合物，而通常來說，新穎的堆肥中微生物活性低，經(jīng)馴化后的堆肥會具有更好的處置效果。

　　濕地植物的種植有利于富含石灰的廢水pH 的降低， 這主要是由于濕地植物可以為微生物的生長繁衍提供源源不時的碳源， 從而有利于微生物經(jīng)過呼吸作用產(chǎn)生更多的CO2，降低廢水pH。此外，濕地植物根系可以為無機物的沉淀提供更大的外表積，這也是濕地植物的種植有益于鈣沉降和廢水pH降低的緣由。高pH 廢水影響濕地植物生長，主要有以下幾方面緣由:(1)OH-對植物的直接毒害作用；(2)水中微量元素(Fe、Mn、B、Zn、Cu 等)因沉淀而減少，不利于濕地植物的生長；(3)高pH 下微生物活性降低；(4)高pH 下磷因與鈣、鎂等構(gòu)成沉淀而減少， 從而使水中缺乏磷而不利于濕地植物生長。W. M. Mayes 的研討標(biāo)明，在石灰廢棄物滲濾液(pH=12.75)中生長的香蒲，其地上局部生物量比對照組減少40%。雖然如此，仍然有很多濕地植物可以在高pH 條件下生存，見表1。

　　4 結(jié)語

　　經(jīng)過對人工濕地處置富含石灰的堿性廢水的總結(jié)討論，得到以下結(jié)論:

　　(1)應(yīng)用人工濕地處置富含石灰的堿性廢水的主要凈化機理為:經(jīng)過微生物呼吸作用產(chǎn)生CO2，使廢水中的鈣構(gòu)成碳酸鈣沉淀，同時降低廢水pH。濕地植物根系也可以產(chǎn)生CO2， 并可以為鈣沉淀提供更多的外表積， 因而濕地植物的種植有利于富含石灰的堿性廢水的凈化。

　　(2)所需人工濕 地面積可依鈣的堆積速率、廢水的流量、進水鈣的濃度以及設(shè)計的出水鈣的濃度計算得到。

　　(3)濕地基質(zhì)填料中通常要添加堆肥，以利于微生物生長繁衍， 從而有利于廢水中鈣的堆積和pH降低。

　　(4)強堿性對濕地植物的生長有一定抑止作用，因而用于處置堿性廢水的人工濕地通常選擇蘆葦、香蒲這些對酸堿順應(yīng)性強的濕地植物。