海花岛位于儋州市西部海岸,由3座人工海岛组成,犹如3朵盛开的花朵,规划总面积为785万m²,是目前海南省最大的人工填海岛。海花岛规划定位为最美丽、最深海、最环保、配套设施最完善、规模最大的人工岛,世界级国际旅游度假胜地。海花岛市政设计中大量采用低影响开发技术控制初期雨水污染。通过设置雨水调蓄池,提高绿地覆盖率,增大透水路面比例,建设雨水回用设施等措施,让海花岛实现“海绵化”。

　　 降雨量参照儋州市降雨量,2012~2014年儋州市降雨数据统计见表1。

　　 从表1降雨量资料(见图1)可以看出,儋州市的降雨量较为充沛,年均降雨量超过1 300mm。但降雨量的年内分配很不均匀,主要集中在6~9月,降雨量最多的月份是7月。以降雨量超过150mm作为划分雨季的标准,则儋州6~9月为雨季,10月~次年5月为旱季(见图1)。另外,儋州的降雨日变化率也较大,雨季时可能出现日降雨量超过300mm的情况,同时也会出现1个月无降雨的情况。

　　 为落实海面城市的发展方针,节约宝贵的给水资源,海花岛道路用地和公共绿地用水拟采用再生水。再生水用水量采用分类用地用水量指标法进行计算(见表2)。

　　 根据计算结果,海花岛1#岛再生水需水量为2 206.8 m³/d,海花岛2#岛再生水需水量为1 210.6m³/d,花岛3#岛再生水需水量为577.8m³/d,海花岛再生水总需水量为4 000m³/d。

　　 本工程依托海花岛3个离岛分区分别设置3个独立的再生水回用系统,各区域内再生水管道形成环状管网,以保证供水安全。再生水供水水源为雨水回收站,其中1#岛设置雨水回收站两座(1a#、1b#);2#岛设置雨水回收站一座(2#);3#设置雨水回收站一座(3#)。

　　 再生水管网沿岛内主干道敷设干管,干管管径均为DN150,沿途为周边地块输送再生水。其余支管管径为DN100~125,其中纬十路段再生水敷设于管廊内。再生水系统具体布置如图2所示。

　　 根据海花岛再生水系统布置方案,海花岛共设有4座雨水回收站,各雨水回收站建设规模如表3所示。

　　 根据雨水系统设计,海花岛雨水采用管道收集后自排的方式,采用海口市最新暴雨强度公式:q=2 338(1+0.4lgP)/(t+9)^0.65,设计暴雨重现期3年,地面集水时间,取10~15min,综合径流系数取ψ=0.6。

　　 根据儋州市降雨数据统计,1a#、1b#雨水日平均降雨量见表4。

　　 由表4可见,1a#、1b#雨水回收站除7~8月降雨满足全部回用水需水量要求外,其余月份均无法满足再生水需水量。2#雨水回收站5~10月降雨满足全部回用水需水量要求外,其余月份均无法满足再生水需水量。3#雨水回收站4~12月降雨满足全部回用水需水量要求外,仅1~3月份无法满足再生水需水量。

　　 综上,海花岛各雨水回收站在降雨充足的月份降雨量完全满足再生水需水量要求。旱季雨水回用无法满足全部再生水需水量要求,需要以自来水作为再生水的备用水源,保证再生水系统的可靠供水。

　　 虽然雨水回用水量不能百分百满足再生水量需求,但可以大幅节省用于绿化灌溉、道路冲洗的市政供水水量,具有较高的实施意义。

　　 海花岛降雨不均匀,且具有来势猛和历时短的特点,因此必须建造雨水蓄水池,将降雨进行收集储存,调蓄峰值雨量,并供日常雨水处理站取用。

　　 雨水蓄水池储水容积的确定应经济合理,一方面应尽量多的收集雨水,另一方面由于蓄水池造价较高,考虑到经济性,又不宜建设过大。本工程雨水蓄水池的有效容积按照3~4天需水量确定。

　　 雨水蓄水池设计采用全地下式,池顶覆土3~4m以满足绿化种植的需要。该形式一方面可以使雨水重力自流接入雨水蓄水池,避免设置大功率的雨水提升设施;另一方面可以充分利用地下空间,提高土地利用率。

　　 经处理后的雨水回用于绿化,水质应达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)中的城市绿化标准以及中《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)中规定的处理后雨水COD、SS指标,相同指标执行最高标准。部分主要参数要求为:COD≤30 mg/L,BOD₅≤20mg/L,SS≤10mg/L。

　　 雨水收集后考虑将初期雨水弃流,再对雨水进行过滤、加药、消毒,再二次提升到再生水管网进行回用。具体工艺流程见图3。

　　 雨水处理设置絮凝池+沉淀池+滤池+消毒池,滤池进水前端设置絮凝池,在絮凝池内投加混凝剂,并设置快速混合反应搅拌机,絮凝后的水重力流入斜管沉淀池进行沉淀,沉淀池出水进入滤池进行过滤。再经过加氯消毒后进入清水池,经二次提升进入再生水管网。

　　 本工程雨水回用处理系统主要是对收集雨水通过物化方法去除部分SS和COD,同时去除部分的BOD₅,使其达到回用要求。

　　 常用的雨水处理方法有微絮凝-过滤、絮凝-过滤、絮凝-沉淀-过滤法,这几种方法可去除的污染物见表5。

　　 絮凝-沉淀-过滤工艺,由于原水经过加药混合-絮凝反应-沉淀,再进入滤池过滤,流程较长,工程所需投资较多,但系统缓冲能力强,因此对进水的水质、水量变化具有较强的适应能力,反冲洗周期长。该工艺适用于进水水质波动大的场合。

　　 微絮凝-过滤工艺,工艺流程较简单,建设费用较省,但会导致滤池的运行周期较短。国内近年来建设的一些工程实践表明,当投药量较高时,采用微絮凝+过滤反冲洗周期最短可能仅3~5h。该工艺适用于进水水质相对比较稳定的场合。

　　 絮凝-过滤工艺,与絮凝-沉淀-过滤工艺相比,省去了沉淀段,建设费用在一定程度上得到节省,水质波动对其影响不大;但由于省去了沉淀段,絮凝反应产生的化学污泥、由胶体转换而来的SS,大大增加了过滤段的负担,将缩短过滤的反冲洗周期,从而增加了滤池的运行维护费用。

　　 通过上述的比较分析,考虑本项目雨水水质很不稳定。因此推荐“絮凝+沉淀+过滤”工艺作为本工程处理工艺。

　　 混合的目的是将药剂迅速均匀地扩散到水中,以利于混凝剂快速水解、聚合、使水中的胶体颗粒脱稳并借助于布朗运动进行异向凝聚。良好的混合对提高深度处理的效果、降低药耗必不可少。混合效果的好坏直接关系到后续工序的处理效果。近年来,随着水处理技术的提高,为确保出水水质,混合设备的选用得到了普遍重视。

　　 管式静态混合器属水力混合范畴,其搅拌强度常随水力条件的改变而改变,要求具有一定较为恒定的管内流速。当水量发生变化时,将降低混合效果,同时管式静态混合器水头损失较大。但管式静态混合器设备简单,安装方便,维护几乎为零。

　　 机械搅拌快速混合的主要优点是混合效果好,配置调速电机后可随水量变化而调节搅拌机转数,不受水量变化的影响,可适用于各种不同处理规模,水头损失小。其缺点是增加了机械设备,相应维护工作量的增加。

　　 混合的作用主要是使混凝剂和污水进行充分有效的混合,良好的混合效果是絮凝反应和沉淀的有效保证,而管式静态混合器混合效果受水量波动的影响很大,同时其水头损失较大,因此本工程推荐采用机械搅拌混合,使用机械搅拌池作为絮凝池。

　　 过滤是雨水回用中最重要的一道工序,主要用于去除部分SS、COD、BOD₅,使其达到回用水的水质要求。本工程采用出水水质稳定可靠,反冲洗周期长,运行经验丰富、投资较低、目前国内使用较多的高效纤维束滤池。其工艺流程见图4。

　　 高效纤维束过滤技术采用一种新型的纤维束软填料作为滤元,具有比表面积和表面自由能大、过滤阻力小等特点,解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径的限制等问题。纤维束滤料巨大的比表面积和表面自由能,增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力,大大地提高了过滤效率和截污容量。

　　 为充分发挥纤维滤料的特点,在滤池内设有纤维密度调节装置,针对实际运行的水质和过滤要求对纤维束滤料的密度进行调节。高效纤维滤池运行时,纤维密度调节装置控制一定的滤层压缩量,使滤层孔隙度沿水流方向逐渐缩小,密度逐渐增大,相应滤层孔隙直径逐渐减小,实现了理想的深层过滤。当滤层达到截污容量需清洗再生时,纤维束滤料在气水脉动作用下即可方便地进行清洗,达到有效恢复纤维束滤料过滤性能的目的。滤层的加压及放松过程无需额外动力,均可通过水力自动实现。

　　 对滤料的清洗采用水洗-气水混洗(水气脉动)-水洗的工艺,具有清洗效率高、无需药剂浸泡清洗、自耗水量低等优点。滤层在反冲洗水的作用下被充分放松,纤维束滤料恢复到松弛的舒展状态,在气水混合擦洗的作用下,将过滤截留下的污染物从滤层中洗脱并排出,使滤料恢复过滤性能。

　　 在水处理中常用的消毒剂有臭氧、次氯酸钠和紫外线等,本工程处理后的尾水用途为绿化浇灌和道路冲洗,拟采用次氯酸钠消毒。

　　 海花岛4座雨水回收站各配套1座雨水蓄水池,其中1a#、1b#、2#雨水蓄水池设计规模1 200m³/d,有效容积4 500m³,平面尺寸30m×30m,有效水深5m,水力停留时间约3.75d。池内设3台潜水泵(2用1备,Q=50 m³/h,H=15 m,N=15kW,后续雨水处理装置每天运行时间按12h计);3#雨水蓄水池设计规模600 m³/d,蓄水池有效容积2 500m³,平面尺寸25m×20m,有效水深5m,水力停留时间约4.17d、池内设3台潜水泵(2用1备,Q=25 m³/h,H=15 m,N=7.5kW,后续雨水处理装置每天运行时间按12h计)。

　　 (1)絮凝池。海花岛4座雨水回收站各设置2座絮凝池,絮凝反应时间t=9.8min。1a#、1b#、2#雨水回收站絮凝池设计规模1 200m³/d,单座絮凝池平面尺寸1.4m×1.7m,有效水深1.7m;3#雨水回收站絮凝池设计规模600m³/d,单座絮凝池平面尺寸1.0m×1.2m,有效水深1.7m。

　　 (2)沉淀池。海花岛4座雨水回收站各设置2座沉淀池,沉淀池表面负荷:10m³/(m²·h)。1a#、1b#、2#雨水回收站沉淀池设计规模1 200m³/d,单座沉淀池平面尺寸1.4m×1.8m,有效水深1.0m;3#雨水回收站沉淀池设计规模600m³/d,单座沉淀池平面尺寸1.0m×1.3m,有效水深1.0m。

　　 (3)滤池。海花岛4座雨水回收站各设置2座滤池,过滤滤速:12.5m/h,反洗水强度:6~8L/(s·m²),反洗风强度:60~80L/(s·m²),反洗方式:水冲—气水混合冲洗—根部清洗—水冲洗。滤层高度:1 500mm(反洗高度),滤料材质:改性聚丙烯。1a#、1b#、2#雨水回收站滤池设计规模1 200m³/d,单座滤池尺寸:1.0m×2.0m;3#雨水回收站滤池设计规模600m³/d,单座滤池尺寸:1.0m×1.0m。

　　 (4)消毒。采用次氯酸钠消毒,加氯量5mg/L。

　　 海花岛4座雨水回收站各配套1座清水池,其中1a#、1b#、2#雨水回收站有效容积1 200m³,平面尺寸8m×30m,有效水深5m,水力停留时间约1d,池内设3台潜水泵,作为回用水供水泵(2用1备,Q=100m³/h,H=35m,N=45kW,岛内再生水用于绿化浇灌及道路冲洗,每天供水时间按6h计);3#雨水回收站有效容积800m³,平面尺寸8m×20m,有效水深5m,水力停留时间2d,池内设3台潜水泵(2用1备,Q=50m³/h,H=33m,N=37kW,岛内再生水用于绿化浇灌及道路冲洗,每天供水时间按6h计)。

　　 儋州海花岛雨水回收利用工程综合“蓄、净、用”等海绵城市理念,雨时可以削减雨水排放量,存蓄雨水经处理后作为再生水水源,以市政供水作为备用水源,保证再生水系统的可靠供水。收集的雨水采用“絮凝+沉淀+过滤+消毒”工艺处理后,水质达到回用标准。