[发明专利]基于系统动力学的高浓度有机废水集输管路结垢预测方法

说明书

本发明公开了一种基于系统动力学的高浓度有机废水集输管路结垢预测方法，综合考虑成垢离子浓度、热力学、流体动力学、晶体动力学、管材性质、结垢物特性等多个结垢控制因素对管道表面结垢率和去除率的综合作用影响，以解决现有技术中缺乏全面考虑各控制因素与结垢量变化的关系问题，以及预测结果与实际工程情况偏差较大的问题。本发明全面考虑了废水输运管道多种结垢影响因素，提高了结垢预测结果的准确性，时间因子的引入，可以有效预测一定时期内管道结垢量和结垢趋势；同时，本发明还可以推广应用到其他废水输运管道结垢问题中。

技术领域

本发明属于废水集输管路技术领域，具体涉及一种基于系统动力学的高浓度有机废水集输管路结垢预测方法的设计。

背景技术

有机废水由于其污染物成分复杂、浓度较高，在管路输运过程中易产生结垢，引起输运系统失效，增加运营成本。如何准确预测和控制结垢对于废水输运系统的稳定性至关重要。现有的结垢预测方法主要分两类：第一类是基于水质和热力学因素的饱和指数法，通过结垢离子强度与水温关系曲线建立水、含盐量和温度的函数关系，得到结垢指数，但这类模型未考虑流体动力学、溶解CO₂、溶解氧、共沉淀和粘附等因素，与实际情况存在偏差。第二类是考虑流体动力学和溶质扩散的动态数值模拟方法，通过对流速和污垢粒子扩散行为预测污垢沉积率，这类方法往往忽略外部环境条件和水质参数的影响。废水在管道中的输运过程涉及到水质参数、热力学、流体动力学、晶体动力学以及管材表面性质等多方面因素的动态系统，而现有结垢预测方法仅是基于单一因素作用分析，鲜有考虑影响因素的协同和交互作用。此外，现有管道结垢预测方法多是应用在冷却循环水系统管道，废水输运管道结垢机理复杂，尚无成熟可靠的模拟计算方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于系统动力学的高浓度有机废水集输管路结垢预测方法，综合考虑成垢离子浓度、热力学、流体动力学、晶体动力学、管材性质、结垢物特性等多个结垢控制因素对管道表面结垢率和去除率的综合作用影响，以解决现有技术中缺乏全面考虑各控制因素与结垢量变化的关系问题，以及预测结果与实际工程情况偏差较大的问题。

本发明的技术方案为：基于系统动力学的高浓度有机废水集输管路结垢预测方法，包括以下步骤：

S1、构建包括废水、管材以及管材表面结垢物的废水输运管道结垢问题模型。

S2、识别废水输运管道结垢问题模型的关键影响因子。

S3、获取废水输运管道结垢问题模型的系统数据。

S4、基于关键影响因子和系统数据确定结垢预测模型的主要变量，并找出变量间信息因果反馈机制，确定系统边界，绘制系统因果回路图。

S5、根据变量间信息因果反馈机制建立量化方程，确定量化方程中关键变量初始值及常量参数，利用计算机系统动力学软件包将系统因果回路图转化为系统存量流量图，得到结垢预测模型。

S6、通过计算机系统动力学软件对结垢预测模型进行结垢预测仿真模拟，将模拟结果与结垢实验结果进行对比，若模拟结果与结垢实验结果的相对误差小于10％，则结垢预测模型有效，进入步骤S7，否则返回步骤S5重新建立结垢预测量化方程，对结垢预测模型进行完善。

S7、采用结垢预测模型对高浓度有机废水集输管路结垢进行定量预测。

进一步地，步骤S2中废水输运管道结垢问题模型的关键影响因子包括废水水质因子、流体动力学及热力学因子和管材性质及结垢物性质因子。

废水水质因子包括废水总离子浓度、成垢离子浓度、碳酸根浓度、pH值、水温和颗粒物浓度。

流体动力学及热力学因子包括液体粘度、密度、流速、温度、雷诺数、水力半径、水力坡降、扩散系数、摩擦系数和反应速率。

管材性质及结垢物性质因子包括管径、管材线性膨胀系数、表面粗糙度、表面能、壁面剪切应力、晶体粒径、垢层厚度和颗粒间作用力。