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龙图腾网获悉南京大学申请的专利一种电动辅助微生物修复过程的数值模拟方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115938466B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-31发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211484297.4，技术领域涉及：G16B5/00；该发明授权一种电动辅助微生物修复过程的数值模拟方法是由叶淑君;杨平;吴吉春;吴剑锋设计研发完成，并于2022-11-24向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种电动辅助微生物修复过程的数值模拟方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种电动辅助微生物修复过程的数值模拟方法，属于数值模拟方法体系，首先通过初始化研究区设置，确定研究区的概念模型、化学物质设置以及初始条件和边界条件。随后，基于网格的自适应剖分，设置模拟节点数量。基于迁移‑反应算子分离法在COMSOL软件中考虑以能斯特‑普朗克‑泊松方程建立的迁移模型，刻画与地下水中物质迁移相关的对流、弥散、电迁移、电渗流等过程；在PHREEQC中考虑微生物生长对渗透系数的影响、多元抑制Monod降解反应等过程；最后组合形成CPM‑BIO数值模拟方法，可以实现精细模拟电动辅助微生物修复过程。相较现有计算模型，CPM‑BIO能实现精细刻画多维、多反应的电动辅助微生物修复数值模拟过程。

本发明授权一种电动辅助微生物修复过程的数值模拟方法在权利要求书中公布了：1.一种电动辅助微生物修复过程的数值模拟方法，其特征在于，所述的方法步骤如下： 步骤一、对COMSOL和PHREEQC软件内的设置进行初始化，确定研究区的概念模型、涉及研究区结构定义、化学物质设置，初始和边界条件设置，并基于网格的自适应剖分，设置模拟节点数量； 步骤二、利用运移-反应算子分离法，分别计算迁移与反应过程；其中，迁移项由COMSOL进行多场耦合环境刻画，具体包括水力梯度下的对流，浓度梯度下的弥散，电势梯度下的电迁移、电渗流及可能发生的电极反应；反应项则由PHREEQC进行水相物质分配、以及对微生物修复多元抑制Monod方程的刻画；步骤二中是基于多元Monod方程的微生物修复过程刻画； 在对微生物降解速率的评估中，使用基于多元抑制的Monod方程来对其中的微生物生长和有机物降解进行刻画；Monod动力学方程可以刻画物质降解过程中发生的竞争性抑制现象： 其中，CEA,i与CED分别为第i种电子受体EA和电子供体ED的浓度；t为时间s；最大表观降解速率1s；Ks,ED和Ks,EA,i分别为ED和EA的半饱和系数；Kinh,j为除了第i种EA之外的其他j种EA对目标EA的抑制系数；Xk为微生物数量； 对降解过程引起的微生物数量随时间的变化，则由下式动力学反应来刻画： 其中，Y为微生物生长系数，bk为微生物消亡系数； 步骤三、在中定义微生物生长对渗透系数影响评估的模型，即微生物生长阻塞模型GBM的参数设置；步骤三中微生物生长阻塞模型GBM中： 实际修复过程中，须评估生物生长过程对水动力参数的影响，GBM模型在进行迁移-反应模拟时考虑微生物存在的两种相态，即吸附在固体表面上和游离于液体中，假定吸附相微生物是造成介质阻塞的原因；两种相态的微生物进一步考虑活性和死亡两种形态，能进行微生物降解的活性生物及不能进行微生物降解的死亡生物在两相上均有分配； 模型的相关设定如下：1设定存在最大吸附生物量Xsurface_max和最大渗透系数降低倍率Pmax，且表面吸附的微生物总量与渗透系数降低之间满足线性变化；2死亡的微生物在阻塞介质能力上与活性微生物具有相同效应；3溶液中的微生物同吸附在介质上的微生物服从平衡吸附且一旦吸附不会发生脱落，直至达到最大生物吸附量； GBM模型的主要由四个部分组成，一个模拟循环内包括迁移，生长，更新，分配等四个周期： 1、迁移期：包含具有活性效应的微生物Xsolution_Live和死亡微生物Xsolution_Dead在内的液相微生物Xsolution均发生迁移；而包含具有活性效应的微生物Xsurface_Live和死亡微生物Xsurface_Dead在内的固体表面的微生物Xsurface则保持静止；同时设定三个比率变量：液相内活性微生物的比率Rsolution，固相上活性微生物的比率Rsurface，及固-液两相上活性微生物的比率Rsolu_surf； 溶液相： Xsolution_Live＝Xsolution*Rsolution8 Xsolution_Dead＝Xsolution*1-Rsolution9 固体表面： Xsurface_Live＝Xsurface*Rsurface11 Xsurface_Dead＝Xsurface*1-Rsurface12 溶液-固体相： 该时间段内变量Xsolution_Live，Xsolution_Dead，Xsurface_Dead，Xsurface_Live为本步长内的一级变量；变量Rsolution，Rsurface，Rsolu_surf为本步长内的次级变量； 表述上，均省略用于指示本步长的上标i，其结果保存用于后续计算； 2、生长期：两相中的活性微生物XLive发生微生物降解、消耗底物，并根据多元抑制Monod方程设定的生长方式计算在本步长结束后总的活性生物量；与此同时，降解期内两相中死亡微生物XDead也同时被计算以评估死亡微生物存在对渗透系数的影响； XLive＝Xsolution_Live+Xsurface_Live15 XDead＝Xsolution_Dead+Xsurface_Dead16 该时间段内变量XLive，XDead经历了一个反应周期，数值发生了变化；表述上，均省略用于指示步长变化的上标值，本步长内变量上标为i，计算反应结束后变化到下一个步长，上标为i+1； 3、更新期：依据2得到的变量XLive，XDead更新两相内各部分微生物的生物量值，即更新一级变量在新步长下分配期前的初始值；一级变量更新后未经分配，因此在用上标波浪号～加以区分； 其中，i+1表示下一个步长； 4、分配期：根据两相中的生物量对生物进行重新分配，设定溶液相与固相之间的生物量服从平衡吸附，吸附参数为Kd，直至表面达到最大吸附量Xmax，且溶液相中的所有生物，即活性生物及死亡生物具有同等机率的吸附在固体相表面： 确定生物分配后，重新计算一级变量，并根据一级变量更新其余次级变量以完成一个数值模拟过程； 最后根据固相表面吸附的生物量Xsurface，建立渗透系数变化模型并得到变化系数Pcoef； 其中Ka为生物影响下的渗透系数，Xmax为最大生物生长量，Pmax为最大渗透系数降低倍率，X为生物生长量，K0为背景渗透系数值； 通过将上述本构方程结合数值模拟方法，即可实现对电动辅助微生物修复过程的精细刻画； 步骤四、迁移与反应模拟耦合过程是逐步长进行的：本步长内，COMSOL计算得到的物质空间分布结果被导入至PHREEQC内计算各类反应；之后PHREEQC中计算得到的新浓度数据被视为初始条件带入下一个步长进行运移模拟；由MATLAB内编译的子程序控制模拟步长及模拟时长；基于自编译得到耦合计算模块，组合形成CPM-BIO数值模拟流程，实现精细模拟电动辅助微生物修复过程； 步骤五、在完成指定数目步长的数值模拟后，将所有结果导入至COMSOL或在外部程序中进行后处理。

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