可持续发展型城市污水净化利用方法及其装置 【技术领域】
本发明涉及污废水的处理技术，特别是涉及一种可持续发展型城市污水净化利用方法及其装置。
背景技术
目前，在水资源方面突出存在的问题是：地球上的大多数有效淡水资源被城市消耗，而城市产生的大量污水得不到净化利用，直接排向海洋，造成日益严重的海洋污染；全球绝大多数地区，特别是城市正在面临着越来越严峻的淡水资源短缺危机；淡水资源危机导致大量的地表淡水水面消失，造成土地沙漠化和大量依赖湿地生存的物种灭绝和频临灭绝，同时也造成气候恶化，并给农业造成了巨大的损害，对全球的生态平衡造成了许多严重的不可挽回损害。众所周知，20-30年前在我国城市和乡村到处都有清澈见底的水面，这些水面给人们带来了说不尽的乐趣和环境利益，也养育着对人类生存至关重要的数不尽的动植物资源；现在却由于不恰当的经济发展方式，而使得这些对生物多样性和生态平衡至关重要地水面大量消失了。
现在普遍应用的过滤、沉淀和曝气式的城市污水处理方法突出存在成本高、效益低的缺陷，所以推广应用受到很大限制。因此目前，大量的城市污水都是向周边水系直接排放，给周边水域环境造成了很大的环境压力，同时也给内陆水系和入海口的水域环境造成了不可挽回的环境污染损害。而城市污水对水体的主要危害性就在于它的富营养化，同时许多可以收获的水生植物对富营养化的城市污水却具有很高的耐受性，并能够在其中茁壮成长，通过吸收其中营养能够大大降低其富营养化水平。众所周知城市中布满河道，城市周边分布沼泽地的环境是最适宜人类居住的城市环境。而目前，世界上绝大多数城市的最大环境问题和生态问题就是缺水，特别是缺少利于生态平衡的水环境；同时却有大量的城市污水白白流掉，不但会造成严重的环境污染，而且还浪费了宝贵的水资源；更值得注意的是城市是地球淡水资源的主要消耗者，城市大量消耗淡水资源是造成地球水资源危机的最主要的原因。因此，解决城市污水的净化再利用问题是关系着全人类生存与发展的头等大事。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种可持续发展型城市污水净化利用方法，本发明还涉及用于实施该方法的装置。
为实现上述目的，本发明可持续发展型城市污水净化利用方法是利用污水种植方便收获的水生植物。方便收获的水生植物可以是水葫芦、水葱、香蒲、凤眼莲、茭白、水莲、芦苇和高光效大米草等。水莲有净化水质以及吸收水中营养和某些金属元素的作用。水生维管束植物：水葱、茭白、芦苇等具有较好的适应性。产于北方沼泽地的香蒲、凤眼莲更适应北方的生长环境。水生植物与陆地植物相比，具有易繁殖，生长迅速，单位面积生物产量高的优势，其在在生长过程中能够大量吸收污水中的营养，一方面，可以起到净化污水的作用，另一方面可以获得有用的水生植物产品。水生植物产品的经济价值能够较好的补偿污水处理的成本支出，在净化后的水资源和水生植物产品得到充分开发利用的前提下，污水处理开发商能够获得可观的商业利润，更便于城市污水的全面净化再利用，有助于解决全球水资源问题。同时值得说明的是通过水生植物吸收污水中的营养物质更有利于污水中的营养物质的循环再利用，有助于优化地球能量循环和物质转化。因此，该城市污水的净化再利用技术具有较好的经济、社会和环境效益，非常符合人类的可持续发展战略要求。
作为优化，方便收获的水生植物用作饲料或生产沼气。收获的水生植物产品用于生产沼气和用作饲料，既简便易行又能获得较好的经济收益；水生植物产品用于生产沼气，既能缓解矿物能源紧张的压力，又能产生一种不可多得的清洁的可再生的燃气能源。沼气渣、水生植物产品作饲料过腹后还可以用于发展城市周边的有机农业，从而更有利于可持续发展。沼气用于发电或和作为燃气供给城市。沼气作为燃气供给城市能为城市源源不断地提供清洁的可再生的燃气能源，有助于解决城市中传统燃料污染的问题。用沼气发电可以提供水流动力，增强污水的流动性，增加水流的曝气机会，更有利于水生植物的健康生长和污水的彻底净化；同时也能为净化后的水流在城市中广泛分布和流动提供动力，从而更有利于从根本上改善城市的生态环境。
作为优化，种植方便收获的水生植物的水面呈椭圆形。椭圆形的水面有利于使水流在水面上均匀分布，从而全面发挥水生植物吸收污水中富营养物质的能力，又能尽可能少地占用土地，还能避免局部无水流的死角。当然，有条件的话，过滤沉淀池和人工沼泽地也可以采用椭圆形，同样也有利于水流均衡分布，提高净化效果。
作为优化，所述的方便收获的水生植物包括水葫芦和大米草。水葫芦根系吸收力强，能富集水中养分。可用作饲料和堆肥，可用于净化生活污水和工业废水。水葫芦既具有较强的耐污水能力，又具有较高的生物产量；大米草是高光效四碳植物，具有较强的生长能力。此技术方案，既有利于污水净化，又有利于获得较多的水生植物产品。
作为优化，种植方便收获的水生植物前，先用过滤和沉淀的方法初步回收固体物。此技术方案的采用更有利于水生植物的健康生长和污水的彻底净化。
作为优化，最后还包括经过种植有水生植物的人工沼泽地进行净化的步骤。人工沼泽地的植被优选人工红树林，红树林一方面具有较高的经济价值，另一方面又具有较好的生物多样化效益。红树林是生长在热带、亚热带，以红树为主的生物群落，生长在冲击盐土或含盐沙壤土中，生长在海岸和海湾。红树中的桐花树可适应较低盐份的生长环境。最北可分布在32度，最南可分布在42度。有较强的净化污水的作用。红树林具有较广泛的适应性和推广应用前景。因此，此人工沼泽地在起到进一步净化污水的作用的同时，还能增加对人类可持续发展至关重要的湿地面积，维护地球生物多样化，改善城市环境，为城市人提供十分难得的休闲娱乐场所。
作为优化，流出沼泽地的净化水再回输给城市或在城市中的人工河网之间循环或在城市人工河网与沼泽地之间循环或在城市人工河网与生物净化池、沼泽地之间循环；循环所用动力由沼气发电站供给。此技术方案，一方面可以有效补充城市淡水资源，另一方面还可以使城市河网密布，提高干旱地区城市的空气湿度，增加城市中的副氧离子含量，为城市绿地提供充足的水浇条件，使城市为碧水和绿树环绕，使城市成为水上花园，彻底改善城市生态环境，使城市成为最适宜人类居住的地方。另外，将城市河网中流出的水再通过生物净化池，人工沼泽地回流，有助于稀释污水，增加水流强度，强化曝气净化作用，也有助于增加水中的含氧量，更有利于使生物净化池和人工沼泽地适应更多的动植物物种生存。
用于实施本发明方法的装置包括带过滤网的沉淀池，种植有方便收获的水生植物的生物净化池，种植有水生植物的人工沼泽地。方便收获的水生植物包括水葫芦和大米草。人工沼泽地的植被更优选环境和经济效益好的红树林。此“两池一地”的技术方案，具有投资少，方便实施，污水净化效果好和环境效益优异的优点。
作为优化，种植有方便收获的水生植物的生物净化池还进一步配有沼气池；人工沼泽地的净化水出口进一步通过泵站连接城市中的非饮用水网或进一步连接城市中的人工河网，人工河网的回水再流入人工沼泽地或人工沼泽地的净化水出口进一步通过泵站连接城市中的人工河网，人工河网的回水再流入生物净化池，生物净化池再流入人工沼泽地。沼气池能为城市提供十分难得的清洁能源，能够很好地满足大量水生植物产品的无害化深加工需要。净化水直接进入非饮用水网则有助于解决缺水城市的水资源问题。净化水在生物净化池、人工沼泽地和城市人工河网之间循环，净化水在城市中的人工河网中的进一步流动能够对水质起到更进一步的净化作用，城市中的人工河水再回流入生物净化池、人工沼泽地又能够稀释从过滤沉淀池流入的污水，从而可以减轻生物净化池、人工沼泽地净化污水的负担，更为重要的是可以使人工沼泽地与城市人工河网形成一个完整的水系，延长水流路径，最有利于提高水的自净能力和吸纳消化污物的能力。
作为优化，沼气池进一步配有沼气发电站，沼气发电站为泵站提供动力；所述人工沼泽地的植被优选人工红树林，；所述沉淀池、生物净化池和人工沼泽地中的一个或多个是椭圆形。沼气发电站的引入有助解决泵站的耗能问题，从而能够保证此城市污水净化系统的长期运行。此人工红树林的优选方案，更重要的是红树林能够适应含盐较高的水质，因为城市污水中往往含有较多的无机盐，另外红树林也能更好地支持沼泽地的生物多样化，并且具有相对较高的经济价值。椭圆形的水面有利于水流的均匀分布。带过滤网的沉淀池、生物净化池、人工沼泽地数量都可以是多个，相同池、地之间的排列方式既可以是串联，也可以是并联，还可以是既串联又并联；具体布置方式根据需要和具体条件而定。椭圆形水面的短轴与长轴之比更优选黄金分割的比例即0.618或其近似值，如此设计更有利于水流的均匀分布、充分发挥水面作用以及节省土地。
值得注意的是淡水生物：浮游生物，游泳动物，底栖生物，周丛生物和漂浮生物都在不同程度上具有净化水质和维护生态的作用。因此不论生物净化池还是人工沼泽地都可以充分利用这些有益生物进行水质净化和改善生态环境。绿色水生植物在起到净化水质作用的同时，还具有如下环境保护作用：1、净化空气：保持大气中的氧和二氧化碳的平衡。降低大气中有害气体的浓度。减少空气中的放射性物质。减少空气中的灰尘。2、净化污水：3、降低噪声。4、调节气候。因此，本发明技术方案的实施能在根本上改善城市和周边地区的生态环境，并为城市的可持续发展提供强有力的环境支持。
采用上述技术方案后，本发明可持续发展型城市污水净化利用方法是充分应用城市污水中富营养物质的方式处理污水，实施方便，运行成本低，与城市发展的相融性好，既能净化污水，又能充分利用污水中的营养物质为人类造福，还能改善城市和周边地区的生态环境，为城市提供大量的经净化的方便使用的非饮用水，为城市增加对生物多样化和生态平衡至关重要的湿地环境及为城市人提供休闲娱乐水场所，特别是在取得环境、社会效益的同时，还能给城市污水开发商带来相当可观的经济效益，能够较好地支持城市和全人类的可持续发展，具有非常广阔的推广前景。
【附图说明】
图1是本发明可持续发展型城市污水净化利用方法的流程框图；
图2是椭圆形水面的水流示意图；
图3是用于实施本发明方法的装置的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具本实例作更进一步的说明：
如图1和2所示，本发明可持续发展型城市污水净化利用方法是城市污水汇集后，先用过滤和沉淀的方法初步回收固体物，再用种植水葫芦、大米草等方便收获的水生植物的方法除去污水中的富营养物质，最后再经种植有以红树林为主的水生植物的人工沼泽地进一步净化，流出人工沼泽地的净化水再在城市人工河网与生物净化池和人工沼泽地之间循环。生物净化池收获的水生植物产品，用于生产沼气，沼气用于发电和向城市供给燃气，沼气产生的电能用于提供水流动力。人工沼泽地还用于发展旅游业。过滤和沉淀的水面、种植水葫芦等方便收获的水生植物的水面和人工沼泽地都采用椭圆形。
如图2和3所示，用于实施本发明方法的装置包括与城市污水汇集口1相连的带过滤网的椭圆形沉淀池2，与沉淀池2相连的种植有水葫芦、大米草等方便收获的水生植物的椭圆形生物净化池3，与生物净化池3相连的种植有红树林为主的水生植物的椭圆形人工沼泽地4，人工沼泽地4的出口与城市中人工河网5的入口相连，城市中人工河网5的出口再与生物净化池3的入口相连、生物净化池3的出口再与人工沼泽地4的入口相连。生物净化池3配有沼气池6，沼气池6配有沼气储罐7和沼气发电站8，沼气储罐7还与城市的燃气管道9相连。在人工沼泽地4的出口与城市人工河网5之间设置有由沼气发电站8提供动力的泵站10。各椭圆形水面的长轴与短轴之比都为5/3。