富含石灰的堿性廢水的來(lái)源十分普遍， 例如我國(guó)每年產(chǎn)生的建筑渣滓達(dá)4 000~5 000 萬(wàn)t，其中絕大局部未經(jīng)處置直接運(yùn)往郊區(qū)堆放或簡(jiǎn)易填埋。T. G. Townsend 等的研討標(biāo)明， 建筑渣滓滲濾液pH可到達(dá)11。制堿、鋼鐵制造、煤炭脫硫等過程中會(huì)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(huì)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(jìn)入水體則會(huì)影響水生生物的新陳代謝，造成消化系統(tǒng)失調(diào)，對(duì)水生生物有直接的毒害作用；另外，由于這些強(qiáng)堿性廢水中常含有大量石灰，碳酸鈣的蓄積沉淀會(huì)影響植物光協(xié)作用，毀壞底棲動(dòng)物的生存空間。因而，必需對(duì)該類廢水實(shí)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(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。人們經(jīng)過對(duì)自然濕地的長(zhǎng)期察看發(fā)現(xiàn)， 濕地對(duì)酸性和堿性廢水均有很強(qiáng)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(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低廉、環(huán)境友好、運(yùn)轉(zhuǎn)管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，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(jià)值。

　　1 機(jī)理

　　人工濕地常用于處置二級(jí)污水廠出水、市政污水、農(nóng)業(yè)廢水等。目前，對(duì)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(jìn)一步促進(jìn)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(dòng)力學(xué)還不是很分明， 但I. D. Clark 等以為，CO2向水溶液中的擴(kuò)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(gè)來(lái)源:一是大氣中的CO2向廢水中擴(kuò)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(shí)CO2的主要來(lái)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(jìn)Ca2+的沉淀， 進(jìn)而促進(jìn)HCO3- 對(duì)堿性廢水的中和作用。

　　2 濕 地面積計(jì)算

　　用來(lái)計(jì)算人工濕地大小的辦法很多，包括應(yīng)用一級(jí)動(dòng)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(shí)施計(jì)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(píng)價(jià)人工濕地對(duì)堿性廢水的處置效果的重要指標(biāo)，而且鈣的濃度易于測(cè)定，所以在人工濕地大小的設(shè)計(jì)計(jì)算中， 應(yīng)用鈣的去除效率來(lái)計(jì)算濕 地面積。其計(jì)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(jìn)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(shí)間對(duì)濕地中鈣的堆積速率實(shí)施了連續(xù)監(jiān)測(cè)，結(jié)果標(biāo)明鈣的堆積速率為0.4~13.6 g/(m2·d)，其中在進(jìn)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(jìn)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(duì)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(duì)穩(wěn)定的，均勻值為7.4 g/(m2·d)，并倡議在設(shè)計(jì)處置堿性廢水的濕 地面積時(shí)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(jìn)水鈣的濃度以及設(shè)計(jì)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(jī)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(zhǎng)繁衍大量的微生物來(lái)提供CO2， 所以需求基質(zhì)中含有更多的有機(jī)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(lái)說(shuō)，新穎的堆肥中微生物活性低，經(jīng)馴化后的堆肥會(huì)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(zhǎng)繁衍提供源源不時(shí)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(wú)機(jī)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(zhǎng)，主要有以下幾方面緣由:(1)OH-對(duì)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(zhǎng)；(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(zhǎng)。W. M. Mayes 的研討標(biāo)明，在石灰廢棄物滲濾液(pH=12.75)中生長(zhǎng)的香蒲，其地上局部生物量比對(duì)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(yǔ)

　　經(jīng)過對(duì)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(jī)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(shí)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(jìn)水鈣的濃度以及設(shè)計(jì)的出水鈣的濃度計(jì)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(zhǎng)繁衍， 從而有利于廢水中鈣的堆積和pH降低。

　　(4)強(qiáng)堿性對(duì)濕地植物的生長(zhǎng)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(duì)酸堿順應(yīng)性強(qiáng)的濕地植物。