污水处理、25000 m3/d MBR膜系统设计计算书实例
1.1、膜元件的设计计算
膜通量是膜分离单元中最主要的工艺参数，是指单位时间内单位膜面积的透过水量。市政污水设计膜通量范围：15～25L/m2·h设计计算取平均值，即J平均=17 L/m2·h，膜通量是一个变化的量，膜通量有设计平均膜通量，设计峰值膜通量和最大实际膜通量。
设计平均膜通量---指设计处理规模下设计膜面积上的通量。
设计峰值膜通量---指水量峰值情况下设计膜面积上的通量。
最大实际膜通量---指MBR水量峰值情况下总产水量（包括反冲洗水等系统自用水量）时，实际参与工作的膜面积（考虑抽吸泵的运行方式，在线水反洗，在线化学清洗的间隔时间）的通量，但不包括膜的离线化学清洗。
1.1.1膜元件的选择
设计平均通量为J平均=17 L/m2·h 每片膜元件有效过滤面积S=1.5m2
Q平均=25000 m3/d =1042m3/h Qmax=25000 m3/d×1.33（变化系数）=1385m3/h
膜的片数=Qmax÷S÷Jmax=1385m3/h÷1.5m2/片÷0.022m3/m2·h≈41970片（Jmax为膜运行的最大膜通量取22 L/m2·h）
1.1.2膜组件的设计计算
依据XXX污水处理厂一期工程可行性研究 告中的设计，膜车间设有17.4m×4m×4.5m膜池22个。
※考虑到在实际大型MBR膜处理工程中长时间运行膜通量的衰减和随着城市人口的增加造成产水量的提高，设计预留一个膜池作为5年以后随着膜通量的衰减补充和提高整体产水量的保障手段。并考虑模块化设计，在每个膜池中预留2个膜组件的安装位置。
膜组件型号选用：XXXX-150-100×2，含膜滤面积1.5m2的膜元件100×2片，即每个膜组件有效膜滤面积为300 m2。
则需膜组件=41970÷（100×2）=209.85组
1.1.3膜组件的设置
本次设计膜池设计共22个膜池，实际使用21个膜池，考虑整体模块化设计选用膜组件21×12=252组（每个膜池中设有二个膜组件作为检查维护、离线清洗之备用组件）。
※设计处理规模25000m3/d，共设计膜池22个池，预留一个膜池，每个膜池安装膜组件12组，预留2个膜组件安装位置。
膜组件与膜池槽壁的间距，在考虑配管的连接和维护等因素满足要求时，此间距尽可能小。膜池宽度尺寸4m过宽，膜池宽度必须改小为3m。
膜池高度，XXXX-150-100×2型膜组件膜支架高3900mm，建议膜池净高设计为4.9～5.0m（未计管廊高度）。
1.1.4最大实际膜通量Jmax的核算
最大实际膜通量由膜运行方式和影响膜实际产水的因素来确定。运行抽吸方式设定为每10分钟一个循环，8分钟抽吸出水，2分钟停吸，则每天停吸时间为4.8小时；每24小时进行一次净水反洗，反洗时间为每次20分钟，设每次反洗补入净水在2分钟内抽出，则每天因反洗影响出水时间为22/60小时；膜曝气散气管的清洗每天进行一次，每次5分钟，曝气管清洗务必停止抽吸出水，影响出水时间为5/60小时。则模块化中每一个膜池中每天实际运行时间为：24-4.8-22/60-5/60=18.75小时
设计峰值水量Qmax=Q平均×1.33= 25000 m3/d×1.33=33250m3/d；分成21个膜池，则每个膜池峰值净产水为Qmax÷÷21=33250m3/d÷21=1583.33m3/d÷18.75小时≈84.44m3/h
核算最大实际膜通量Jmax=峰值净产水量÷膜过滤总面积=84.44m3/h÷（12×300m2）≈23.4 L/m2·h
1.1.5设计平均通量J平均的核算
1.1.5.1设计平均水量Q平均=25000m3/d=1042m3/h 设计膜池数量21个，每个膜池安装膜组件12组，预留2个膜组件安装位置
核算设计平均膜通量J平均=设计平均水量÷膜过滤总面积=25000m3/d÷24h/d÷21个池÷（12-2）×300m2≈16.5L/m2·h≤17 L/m2·h 符合设计要求
1.1.5.2大型MBR膜处理工程设计考虑到膜系统的安全性，当一个膜池需要进行检修或维护时，考察其安全平均通量J，平均的值：
核算设计安全平均膜通量J，平均=设计平均水量÷膜过滤总面积=25000m3/d÷24h/d÷20个池÷（12-2）×300m2≈17.3L/m2·h ≤Jmax=22 L/m2·h 符合设计要求
1.2、膜组件构型
1.2.1膜组件XXXX-150-100×2主要由上部膜组件箱与下部曝气箱组合而成，下部曝气箱由下支架和曝气装置组成，下支架固定安装于膜池中，下支架上设有用于安装定位上部膜箱的导向柱；上部膜组件箱由上部膜元件安装支架（双层垂直重叠）、集水管、吊环等，上部膜组件箱可通过安装的定位导套及吊具将膜组件箱方便地安装到曝气箱上，使膜组件箱与曝气箱组合成一个整体。将膜组件箱集水管连接拆卸后，经行车及膜组件箱专用吊具可轻易将膜组件箱吊出，便于膜元件的检查、维护和离线清洗。
1.2.2上部膜组件箱为垂直重叠式双层膜箱，由上下二层膜箱叠合而成，上下层膜箱通过螺栓紧固，可拆卸。上层膜箱与下层膜箱均分别设2支集水管。
1.2.3膜组件型号选用：XXXX-150-100×2，含每片膜滤面积
1.5m2的膜元件100×2片，即每个膜组件有效膜滤面积为300 m2。
XXXX-150-100×2膜组件净重（干重）：1060kg，曝气箱净重（干重）：100kg
XXXX-150-100×2膜组件膜箱（含膜元件）湿重：1660kg
1.3、产水抽吸泵
1.3.1产水抽吸泵的选型及运行方式
产水抽吸泵通常采用有一定自吸力的泵，正常运行时产水抽吸负压很低，一般平均跨膜压差为5～30KPa，原则上产水抽吸负压不得超过50KPa。系统处理规模较小时可采用自吸泵，吸上真空高度为5m的泵即能满足抽吸要求；系统规模较大时选用离心式水泵较好，采用负压真空抽吸系统。
浸没式平板膜组件通常采用恒流量间歇出水方式运行，连续出水会加快混合污泥在膜表面堆积，形成滤饼层，影响产水量。采用间歇出水方式，当停止抽吸时，膜两侧的压差减小甚至降低为零，吸积在膜表面的污物容易在气液两相流的冲刷扰动下脱落，达到清洗的效果，防止膜的污染。
抽吸泵工作方式推荐选用以下方式运行：
抽吸产水时间：8分钟，停吸时间：2分钟。
1.3.2抽吸泵的设计计算
系统处理规模下膜池设计数量为21个，以每个膜池为一单元计算，膜组件上层与下层抽吸出水因其在膜池混合液中的静压头不同，必须调整其膜通量（膜通量上层与下层之比为5.5:4.5），因此建议分别设置独立的抽吸系统和对应的抽吸泵。
依据本工程的规模，采用二套独立的上下二层分别抽吸系统还是采用一套综合的抽吸系统，应由业主、设计院、膜厂家共同商定。
1.4、膜池曝气
MBR中膜单元的曝气十分重要，膜池曝气主要起到以下三方面的作用：一是搅拌，使混合液在膜组件中形成从下部向上部的循环流动；二是提供溶解氧以维持一定的微生物量；三是曝气与混合液形成的气液两相流可以将固体物质从膜表面冲刷下来，对膜面具有重要的防止膜污染的作用。
1.4.1曝气量的设计
膜组件需要的曝气量=n×q
n: 每个膜组件中膜元件数量（片）,本案取n=100(上下层)；
q：单片膜所需曝气量（L/min）,通常q≥10 L/min，本案双层重叠式膜组件，按每片14L/min（上下两层膜元件合计）。
则单个膜组件XXXX-150-100×2型膜组件所需曝气量=100×14L/min =1.4m3/min。每个膜池中共设计安装膜组件12组，预留2个膜组件；则
单个膜池所需曝气量=14×1.4m3/min=19.6 m3/min
22个膜池共需曝气量=22×19.6 m3/min=431.2 m3/min
设计选用多级离心鼓风机215.6 m3/minH=5m 3台2用1备
每个膜池设进气电动阀（或气动阀）和手动蝶阀，加设热空气流量计，调整每个膜池的进气量。
1.4.2膜池曝气风机应为膜池专用，不要与好氧池曝气等混用，以确保膜池曝气量的稳定。
1.5、清洗
膜面上发生污堵，在恒压出水时，产水量将下降，如果不采取措施继续运行会使系统产水持续下降，因此必须进行清洗维护使膜性能得到及时恢复。
1.5.1净水反洗
1.5.1.1事实上膜的污堵肯定是存在的，我们采取的办法是尽量延长膜污堵造成影响正常运行出水的时间，停止抽吸2分钟，膜两侧的压差将减小甚至降低为零，但当膜略有污堵时膜两侧的压差降低为零的可能性不高，即膜不能在2分钟停吸时处于完全松弛的状态，故对膜每24小时进行一次净水反洗，反洗时间为每次20分钟，让膜间断性地彻底松弛，使膜在反洗水和气两相流的冲刷作用下，让膜面污物彻底脱落。
1.5.1.2反洗所用净水为平板膜组件系统产水，反洗水量按膜滤面积计算，取2.5L/m2，反洗时同一膜池14个膜组件同时反洗，则反洗水量为：
2.5/1000×14×300=10.5 m3
膜池内净水反洗时不可使用水泵压入，应利用重力注入，故设置水洗高位贮槽一台，有效容积取10m3，水洗高位贮槽出水与膜组件设计液面的垂直距离不超过1m。水洗高位贮槽水位采用自动控制，低水位时由系统产水旁路系统电动阀（或气动阀）开启补入，至高水位停止。
1.5.2在线化学清洗
1.5.2.1在线化学清洗的时机：在同一过滤流量下跨膜压差比初期稳定运行时的跨膜压差增加一倍时，或者当抽吸负压达35KPa时，或者每半年一次，择三者间更短时间内进行一次在线化学清洗。
1.5.2.2清洗药液的配制及用量
碱洗药液：2000～4000mg/L次氯酸钠+1000mg/L氢氧化钠的混合水溶液；
酸洗药液：柠檬酸溶液5000～10000mg/L。
在线清洗一般选用碱洗，但因原水水质不同，碱洗后应视情况来决定是否使用酸洗。
清洗时间：当清洗药液注入膜元件后，碱洗药液浸泡3小时，酸洗药液浸泡1小时为宜。
在线清洗药液用量按2L/m2计。
1.5.2.3清洗设备配置
一般对药品首先应在搅拌计量箱中稀释后，再泵入化洗高位贮槽。
按每个膜池14个组件同时进行在线清洗量计算，则所需化洗药液量为：2×14×300=8400L=8.4m3 化洗系统需药量分三次投配过程，从搅拌计量箱配比稀释后泵入化洗高位贮槽
碱洗药液的配置：8.4m3÷3÷2（次氯酸钠和氢氧化钠1:1）=1.4m3设计选用1.5m3的搅拌计量箱2台。
酸洗药液的配置：8.4m3÷3÷2（设计统一）=1.4m3设计选用1.5m3的搅拌计量箱2台。
化学系统配置：
1、药剂储存：
次氯酸钠贮罐一台有效容积5m3配套液位计倒药泵2台
氢氧化钠贮罐一台有效容积5m3配套液位计倒药泵2台
柠檬酸贮罐一台有效容积5m3配套液位计倒药泵2台
2、配药系统
次氯酸钠：
搅拌计量箱一台有效容积1.5m3配套搅拌机液位计1台、药液输送泵2台
氢氧化钠：
搅拌计量箱一台有效容积1.5m3配套搅拌机液位计1台、药液输送泵2台
柠檬酸：
搅拌计量箱二台有效容积1.5m3配套搅拌机液位计、药液输送泵4台
3、投药系统
碱洗高位贮槽一台，有效容积取10m3配套液位计
酸洗高位贮槽一台，有效容积取10m3配套液位计
水洗高位贮槽一台，有效容积取10m3配套液位计
1.5.3物理清洗
当在线化学清洗无法解决问题时，需要将膜元件从组件中取出，用低压水枪冲洗膜表面，或用软纯棉布边用水冲刷边轻擦膜表面。
1.5.4离线化学清洗
膜元件经物理清洗后，再置于专用容器内，向容器内加入与在线化学清洗相同的清洗药液，浸泡5小时以上，可使滤膜的过滤性能得到最有效的恢复。
