富含石灰的碱性废水的来源十分普遍， 例如我国每年产生的建筑渣滓达4 000~5 000 万t，其中绝大局部未经处置直接运往郊区堆放或简易填埋。T. G. Townsend 等的研讨标明， 建筑渣滓渗滤液pH可到达11。制碱、钢铁制造、煤炭脱硫等过程中会产生大量富含石灰的固体废弃物，这些固体废弃物经风化、雨水冲刷，可产生碱性渗滤液。此外，水泥、混凝土的制备以及建筑施工过程中也会产生大量含有石灰和碳酸钙的碱性废水。假如这些碱性废水不经处置直接排放进入水体则会影响水生生物的新陈代谢，造成消化系统失调，对水生生物有直接的毒害作用；另外，由于这些强碱性废水中常含有大量石灰，碳酸钙的蓄积沉淀会影响植物光协作用，毁坏底栖动物的生存空间。因而，必需对该类废水实施恰当处置，使废水pH 降低后，方能排放到受纳水体。

　　目前碱性废水的处置办法主要有酸碱中和法和CO2曝气法，有些制度管理不严厉的地区则采用直接稀释的办法。由于碱性废水排放量大，且多数废水排放流量随时间变化显著， 造成应用传统办法处置碱性废水的设备投资和运转费用高。人们经过对自然湿地的长期察看发现， 湿地对酸性和碱性废水均有很强的缓冲才能，因而应用人工湿地降低碱性废水pH 成为一种很有潜力的技术办法。另外由于人工湿地具有建立运转费用低廉、环境友好、运转管理简单等优点，使得应用人工湿地技术处置碱性废水具有重要的研讨应用价值。

　　1 机理

　　人工湿地常用于处置二级污水厂出水、市政污水、农业废水等。目前，对应用人工湿地缓冲酸性废水的pH 也已有普遍的研讨和应用，而将其用于碱性工业废水处理还处于初步研讨阶段。富含石灰(CaO)的废水呈碱性是由于石灰水解生成Ca(OH)2，Ca(OH)2溶于水产生OH-。

　　人工湿地基质中的腐殖酸关于中和废水的碱性有一定作用，但碱性废水的pH 在人工湿地中得到有效降低，主要还是由于CO2的作用。CO2溶于水生成HCO3-，而HCO3-能够中和废水中的OH-，并使Ca2+与CO32-分离构成CaCO3沉淀， 碳酸钙的堆积又进一步促进HCO3-中和废水中的OH-， 从而使得废水的碱度降低。目前关于这一过程的反响动力学还不是很分明， 但I. D. Clark 等以为，CO2向水溶液中的扩散，以及经过水解反响生成CO32-，这两步为速率限制步骤。人工湿地中的CO2主要有两个来源:一是大气中的CO2向废水中扩散溶解，但经过这种方式传送CO2速率慢， 特别是关于潜流型湿地，经过大气传输的CO2更是有限；二是湿地中的微生物和湿地植物的根系经过呼吸作用释放CO2，使得废水中CO2含量增加，这是人工湿地处置碱性废水时CO2的主要来源。另外，湿地植物兴旺的根系可为碳酸钙的堆积提供更大的外表积，从而促进Ca2+的沉淀， 进而促进HCO3- 对碱性废水的中和作用。

　　2 湿 地面积计算

　　用来计算人工湿地大小的办法很多，包括应用一级动力学模型、体积标化的去除效率等，但是最常用的是应用面积标化的污染物去除效率实施计算。在处置富含石灰的碱性废水的湿地中，废水的pH 随着钙的堆积而降低， 因而钙的堆积效率是评价人工湿地对碱性废水的处置效果的重要指标，而且钙的浓度易于测定，所以在人工湿地大小的设计计算中， 应用钙的去除效率来计算湿 地面积。其计算公式为:

　　式中:

　　A———湿 地面积，m2；

　　Qd———废水流量，m3/d；

　　Ci，Ct———分别为进水和出水中钙的质量浓度，mg/L；

　　Ra———钙的堆积速率，g/(m2·d)。

　　W. M. Mayes 等用1 a 的时间对湿地中钙的堆积速率实施了连续监测，结果标明钙的堆积速率为0.4~13.6 g/(m2·d)，其中在进水和出水处的钙的堆积速率最低，分别低于2、5 g/(m2·d)。他们以为进水口处钙的堆积速率较低是由于废水中可应用的CO2浓度低；而出水口处钙的堆积速率相对较低是由于出口处废水pH 已低于9.5，且大局部钙曾经得到有效去除，使得废水中所含钙的浓度较低。但是，他们也察看到湿地的主体局部的钙的堆积速率还是相对稳定的，均匀值为7.4 g/(m2·d)，并倡议在设计处置碱性废水的湿 地面积时能够思索应用5g/(m2·d)的钙的堆积速率，这能够保证将pH 为12的废水处置到pH<9 的程度。因而，根据钙的堆积速率、废水的流量、进水钙的浓度以及设计的出水钙的浓度，即能够得到人工湿地所需面积。

　　3 湿地基质填料和植物的选择传统的人工湿地主要用于去除有机污染物和氮磷，其基质多采用含钙高的砾石、石灰石和浸透性好的砂土等。与此不同，用于去除废水中钙质、降低废水pH 的人工湿地， 由于其需求生长繁衍大量的微生物来提供CO2， 所以需求基质中含有更多的有机质。因而，基质填料多采用本地土壤掺加堆肥的混合物，而通常来说，新颖的堆肥中微生物活性低，经驯化后的堆肥会具有更好的处置效果。

　　湿地植物的种植有利于富含石灰的废水pH 的降低， 这主要是由于湿地植物可以为微生物的生长繁衍提供源源不时的碳源， 从而有利于微生物经过呼吸作用产生更多的CO2，降低废水pH。此外，湿地植物根系可以为无机物的沉淀提供更大的外表积，这也是湿地植物的种植有益于钙沉降和废水pH降低的缘由。高pH 废水影响湿地植物生长，主要有以下几方面缘由:(1)OH-对植物的直接毒害作用；(2)水中微量元素(Fe、Mn、B、Zn、Cu 等)因沉淀而减少，不利于湿地植物的生长；(3)高pH 下微生物活性降低；(4)高pH 下磷因与钙、镁等构成沉淀而减少， 从而使水中缺乏磷而不利于湿地植物生长。W. M. Mayes 的研讨标明，在石灰废弃物渗滤液(pH=12.75)中生长的香蒲，其地上局部生物量比对照组减少40%。虽然如此，仍然有很多湿地植物可以在高pH 条件下生存，见表1。

　　4 结语

　　经过对人工湿地处置富含石灰的碱性废水的总结讨论，得到以下结论:

　　(1)应用人工湿地处置富含石灰的碱性废水的主要净化机理为:经过微生物呼吸作用产生CO2，使废水中的钙构成碳酸钙沉淀，同时降低废水pH。湿地植物根系也可以产生CO2， 并可以为钙沉淀提供更多的外表积， 因而湿地植物的种植有利于富含石灰的碱性废水的净化。

　　(2)所需人工湿 地面积可依钙的堆积速率、废水的流量、进水钙的浓度以及设计的出水钙的浓度计算得到。

　　(3)湿地基质填料中通常要添加堆肥，以利于微生物生长繁衍， 从而有利于废水中钙的堆积和pH降低。

　　(4)强碱性对湿地植物的生长有一定抑止作用，因而用于处置碱性废水的人工湿地通常选择芦苇、香蒲这些对酸碱顺应性强的湿地植物。