[发明专利]一种介观膜表面污染模拟方法

权利要求书

1.一种介观膜表面污染模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确定膜分离体系中膜性质、污水性质表征参数以及系统工况参数；

S2：设计膜表面反应体系的几何空间构造，确定涉及模块、计算流程与计算精度，构建模型；

S3：将所有参数输入所构建模型，运算导出膜表面污染过程数据；

S4：代入膜通量计算公式，计算通量变化情况；

S5：可视化输出；

所述S2步骤的几何空间构造包括以下步骤：

1)根据过滤液体中颗粒的粒径分布进行分类，在考虑计算精度的前提下将膜表面空间进行网格划分，设计颗粒在网格空间的运动规则；

2)确定模型中颗粒与膜表面碰撞黏附、不同粒径颗粒出现概率；

所述碰撞粘附计算公式如下：

其中，所述N₁为粘附在膜表面颗粒物个数；所述N₂为未粘附颗粒个数；所述ΔE_b为颗粒粘附能垒；所述ΔE_IL为颗粒所受水力拖拽势能；所述β为渗透阻力；所述k_b为玻尔兹曼常数；所述J为水通量；所述γ为颗粒粘附概率；所述T为体系温度；

所述不同粒径颗粒出现概率计算公式如下：

P_d＝f(d)；

其中，所述d为颗粒物粒径；所述P_d为粒径为d的颗粒物出现概率；所述f(x)为颗粒物直径分布函数；

3)根据计算资源与体系实际运行情况设定计算精度与停止条件；

所述S3步骤的模型主体采用动力学蒙特卡罗方法，包括以下步骤：

S31：确定计算格位置与计算时间点；

S32：依次代入模块进行颗粒反应判定，确定该时刻的颗粒状态；

S33：依据颗粒变化更新格状态并更新系统时间；

S34：若满足终止条件则进入后续运算或输出可视化结果，反之则继续重复步骤(1)至(4)；

所述S4步骤中，根据所述S3步骤计算所得膜表面污染情况，通过其滤饼性质计算滤饼层阻力，并计算膜通量J；所述滤饼性质包括颗粒性质、污染层厚度和孔隙率：

R_f＝α_f×m_f；

其中，所述m_f为膜污染质量；所述C_b为膜表面附近颗粒物浓度；所述α_f为污染比阻；所述ΔP为跨膜压差；所述μ为流体粘度；所述R_f为滤饼层阻力；所述R_p为膜自身阻力；所述m_f为滤饼层质量；所述T为体系温度。

2.根据权利要求1所述的一种介观膜表面污染模拟方法，其特征在于，所述S1步骤通过实验法、经验法或文献法确定膜分离体系中膜性质、污水性质表征参数以及系统工况参数。

3.根据权利要求1所述的一种介观膜表面污染模拟方法，其特征在于，所述参数包括液体性质参数、膜性质参数和系统工况参数；所述液体性质参数包括液体比阻、液体浓度、液体粘度、污染物粒径；所述膜性质参数为膜自身阻力、膜与污染物颗粒间自由能；所述系统工况参数为过滤压力、过滤时间。

4.根据权利要求1所述的一种介观膜表面污染模拟方法，其特征在于，所述S32步骤的颗粒状态为是否碰撞粘附。

5.根据权利要求1所述的一种介观膜表面污染模拟方法，其特征在于，所述S33步骤中的颗粒变化为颗粒空间堆积、压缩情况；所述更新格状态并更新系统时间为：是否循环全部小格，若达到循环全部小格则达到停止条件，若未达到循环全部小格则进入下一格继续重复所述步骤S31-S33。

6.根据权利要求1所述的一种介观膜表面污染模拟方法，其特征在于，所述S5步骤为根据S3、S4计算结果进行可视化输出，输出的数据包括可绘制膜表面污染高程图、泥饼孔隙率随时间变化曲线图和通量变化图。