基于C#编译研究温度对水处理出水量影响计算软件的开发

王历历

上海交通大学医学院附属第九人民医院 血透室，上海 200011

基于C#编译研究温度对水处理出水量影响计算软件的开发

王历历

上海交通大学医学院附属第九人民医院 血透室，上海 200011

本研究设计一个程序软件，用于计算血液透析中温度对水处理出水量的影响。通过数据采集与记录，使用统计回归方法得出水处理系统反渗透膜温度与出水量的几种函数关系曲线，利用C#高级程序编译语言，编写不同温度下水处理出水量的计算程序软件。该软件为医院采购水处理设备与评估反渗膜的更换时间提供必要的数据支持。

血液透析机；反渗膜；出水量；温度

0 前言

众所周知，温度与血液透析水处理系统反渗膜的出水量有密切的关系[1-2]，温度降低，系统脱盐率升高，出水水质变好，但系统产水量下降，要保证系统达到设计产水量，必须在更高压力下运行。

在一般情况下，医院都是根据血液透析机的数量来评估配置相应出水量的水处理设备，而温度对水处理设备的出水量有很大影响，温度越低，产水量越低[3-4]。但是，具体到影响程度的定量分析，还没有太多相关报道[5-6]。

通过对我院血透室水处理系统进行数据采集分析，得到相关回归公式，再利用C#高级程序编译语言，对几种方法进行集成，编写温度影响下水处理出水量的计算程序软件。

1 方法与研究

1.1 温度对水处理反渗膜出水流量的影响

根据Lonsdale等提出的溶解-扩散模型传递方程，在一定条件下，纯水渗透系数A与进水温度正相关。而A值的改变主要体现在两个层面：一是膜体性能；二是水体物理化学性质[7]。

聚酰胺类复合膜及其衍生产品已经取代了早期醋酸纤维素类分离膜。反渗透复合膜由多孔基膜和超薄皮层构成。多孔基膜一般是在多孔织物支撑体上浇筑的聚砜膜，超薄皮层是由聚酰胺和聚脲通过界面缩合反应技术形成的。温度变化对高聚合物分子运动的影响非常显著，温度上升一方面提高了热运动单元能力，另一方面使高分子体积膨胀，分子间距增加。

一般来说，温度对于反渗膜通量的影响主要是通过改变膜体形变、水体粘度及表面张力等参数实现[8]。

（1）膜体形变：聚酰胺材料的形变与温度呈线性关系，进水温度升高必然引起膜体升温，膜体升温直接导致膜体膨胀，即超薄皮层疏松，从而促使产水通量上升。

（2）水体粘度：根据泊肃叶经验公式，水体粘滞系数与温度负相关，在相同进水压力下，进水温度升高，水体粘度降低，摩擦阻力减小，膜表面层流层厚度减小，引起浓度极化度降低，进而降低膜表面渗透压，系统产水通量增加[9]。

（3）表面张力：当液体温度升高时表面张力随之减小[10]，通过盖面脱盐过程的纯水层厚度与膜的亲水角产生作用，使膜通量增加。

某些反渗透膜对水处理温度-校正系数的关系，见表1。参考表1中的参数，按下式可以计算出产水量：Q实=Q × K。其中，Q为25℃水温时的产水量，单位L/h；K为水温校正系数；Q实为实测水温产水量，单位L/h。温度与反渗膜的出水量成正相关关系。表1中的校正系数的变化值△K并非固定值，而是非线性的关系。

表1 水处理温度-校正系数的关系

1.2 线性回归法

1.2.1 计算方法

（1）选取最靠近反渗膜前后的两个采样口进行温度检测，测得的两个温度平均值即近似等于反渗膜处的温度。

（2）由于水流量会对一级反渗膜供水产生影响，为使检测的数据真实可靠，笔者主要测试二级反渗水供水流量。

（3）通过调整反渗膜前后的压力阀门，可以在某一范围内控制反渗膜处的压强，选择在0.90、0.95、1.00、1.05 MPa处对出水流量值进行检测并记录。

（4）通过SPSS软件对压强、温度与流量的数据进行相关性比较，通过线性回归分析，检查其相关程度，推算出相关函数公式。

（5）使用C#语言编程软件进行水处理流量的计算。

1.2.2 测量工具

（1）水处理系统型号与参数：测试对象为TCH-ROII型双级反渗水处理系统，电源电压380 V；额定功率：10 kVA；25℃时，标称一级两支并联反渗膜出水量2400 L/h，标称二级单支反渗膜出水量1200 L/h；反渗膜为HDN膜。

（2）温度计：选择精度为0.1 ℃的水银温度计。

（3）水处理系统自带流量传感器FLOWMETER，单位为LPM。

1.2.3 统计数据分析

不同温度下，在0.90、0.95、1.00、1.05 MPa处对出水流量值进行检测并记录，具体数值见表2。

表2 水处理二级反渗膜出口的流量

对数据进行两元线性回归分析，即反渗膜在不同的温度和压强下，出水量的变化，得出Q = 0.651 T + 12.223 P - 3.834，其中Q为流量，单位LPM；T为温度，单位为℃；P为压强，单位MPa。r值为0.971，存在理想相关性[11]；在实际运用中，新膜与旧膜都存在相应的线性关系[12]。

考虑到水处理系统在具体使用时，反渗膜处的压强值不会有较大变化，通过阀门控制，把采样点定在0.90、0.95、1.00、1.05 MPa处，对这些数据进行线性回归分析，见图1。

图1 线性回归分析

图2 二次函数的回归分析

1.3 二次函数回归法

温度与水处理反渗膜的出水量之间可能存在线性关系，但△K并非固定值，而是存在细微差别。因此，笔者假定其二者趋于二次函数关系[9]，并对数据进行回归分析，见图2。

可见，二次函数回归比一元线性回归数据的相关性更好。

1.4 编程

使用C#语言编程[13]，需要建立包含校正系数法、线性回归法、二次函数法的计算界面，给予临床医师、临床工程师与护师进行计算的多样选择性。

程序运行后，可以选择“系数法”、“线性回归法”与“二次函数回归法”3种算法。①系数法：输入在25℃时的标准出水流量和测定温度，点击“计算”即可得到测试温度下的出水量；②线性回归法：需要输入反渗膜处压强数据以及测定时的温度，点击“计算”按钮，即可得到二级反渗膜的出水流量数值，保留到小数点后四位。采用“分段计算”，得到的数值更加精确，点击选择某一压强，输入测定时的温度，即可得到最后二级出水流量的数据，整个计算过程同样也是采用双精度计算（图3）；③二次函数回归法：与“线性回归法”基本相同，区别在于内部计算时使用的是二次函数回归法，其相关性略高于线性法。

图3 软件线性回归法操作界面

2 结果

通过对已有文献的分析总结与实验数据支持，笔者开发的水流量计算软件能够为医院对血透室水处理的采购评估、维修维护提供数据支持。

大多数血液透析机的工作条件为进水压力要求1.5-6.0 巴，进水流速，1.3 L/min；透析液流速在标准模式下为300、500、800 m L/m in；透析液流速ARrT plus模式下为200、300、500 m L/min；清洗与化学消毒流速为600 m L/min[14]。如果把进水流速按进水流量评估，与实际用水情况不符，比如24台血透机需要供水流量19.2 L/min，在厂商标称的供水数据中供水30台水处理的二级流量值是20 L/m in[12]，符合供水要求的。若使用笔者编写的软件中二次函数计算选项，选择压强为0.9 MPa，在25℃时计算得到供水流量值为23.503 L/min，符合供水要求，在15℃时计算得到的供水流量值为17.143 L/m in，则无法达到供水要求，需要人为增高反渗膜处的压强来满足透析机的用水需求。

3 结论

通过数据采集与记录，使用统计回归方法得出水处理系统反渗透膜温度与出水量的几种函数关系曲线，利用C#高级程序编译语言，编写不同温度下水处理出水量的计算程序软件。该软件为医院采购水处理设备与评估反渗膜的更换时间提供必要的数据支持。

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Development of a Program for Calculation of the Inf uence of Tem perature on Water Treatment Discharge Volume Based on C#

WANG Li-li
Blood Puri fi cation Center, Shanghai Ninth People’s Hospital A ffiliated to Shanghai Jiaotong University School of Medicine, Shanghai 200011, China

This study focused on development of a program for calculation of the im pact of temperature on water treatment discharge volume.Through collection and record of data, the statistical regression method was utilized to obtain the correlation function curve between the reverseosmosis membrane temperature and water discharge volume of the water treatment system.Then, the program was compiled for calculation of the water treatment discharge volume under different temperature by using C# advanced programm ing language.The program could provide the necessary basis for the hospital to procure water treatment equipment and evaluate the replacement time of reverse-osmosis membrane.

hemodialysis system；reverse-osmosis membrane；water discharge volume；temperature

TP311

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.012

1674-1633（2015）12-0045-04

2015-08-21

2015-09-08

作者邮箱：easyrank@163.com