[发明专利]一种介观膜表面污染模拟方法

说明书

本发明提供一种介观膜表面污染模拟方法，包括以下步骤：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；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；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；代入膜通量计算公式，计算通量变化情况；可视化输出。所述方法通过对膜表面空间网格化，采用动力学蒙特卡罗方法对污染物颗粒相对膜表面运动进行仿真，还原膜污染过程，从而实现对膜分离系统膜污染、膜通量等关键参数的实时模拟。针对不同性质的膜材料、运行工况可以高效的建模计算，为膜分离系统的设计提供理论基础，也可以在系统运行期间提供实时监控的手段与维护管理的依据。

技术领域

本发明属于污水处理模拟仿真算法技术领域，具体涉及一种介观膜表面污染模拟方法。

背景技术

随着膜分离技术的日渐成熟，膜技术在污水处理、饮用水深度净化、资源回收、物质分离等领域有着广阔的前景与发展动力。此外，在新型污染物去除、微藻培养固液分离等方面也日益受到关注，对水中藻类、病原微生物、细菌、消毒副产物、药物及个人护理品(PPCPs)等的去除效果良好。相对于传统污水处理与资源化技术，膜分离技术有着运行管理简便、自动化程度高、占地面积小、维护成本低、出水水质稳定等特点，尤其在微污染物去除方面有着巨大的优势。

虽然微滤、超滤等膜分离技术有着诸多优点，但是运行过程中，随着过滤的进行，膜污染问题也会愈发严重。膜污染会提高系统运行成本、降低系统出水水质与膜组件寿命，对系统的稳定运行造成威胁，这也是膜分离技术发展的主要瓶颈问题之一。因此对膜污染的预测模拟也是膜分离技术发展的关键研究，精确地模拟不仅能帮助运维团队制定膜分离系统反冲洗策略，也能实时监测系统运行情况，提高管理精细度。

膜污染过程难以观测且复杂，受到压差、通量等运行工况、水质水量、等一系列外界因素的影响，模拟预测难度大。现在主流上采用半经验公式，将膜污染过程简化为完全堵塞模型、标准堵塞模型、中间堵塞模型、滤饼层过滤模型四个机理进行模拟，只能对通量、压强等表观物理量进行预测，缺少对膜表面污染的物理性质与形成过程等重要特征的模拟。膜过滤现在普遍采用实验手段进行设计以及工况优化，导致实验周期长、成本高，且无法获取反应器内实时信息。因此急需开发能够对膜表面污染进行更准确、更全面预测的模型。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种可提供三维视角的膜污染过程并突破性的实现膜表面污染物形态的模拟的介观膜表面污染模拟方法。

本发明提供如下技术方案：一种介观膜表面污染模拟方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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：