基于C#編譯研究溫度對水處理出水量影響計算軟件的開發(fā)

王歷歷

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院 血透室，上海 200011

基于C#編譯研究溫度對水處理出水量影響計算軟件的開發(fā)

王歷歷

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院 血透室，上海 200011

本研究設(shè)計一個程序軟件，用于計算血液透析中溫度對水處理出水量的影響。通過數(shù)據(jù)采集與記錄，使用統(tǒng)計回歸方法得出水處理系統(tǒng)反滲透膜溫度與出水量的幾種函數(shù)關(guān)系曲線，利用C#高級程序編譯語言，編寫不同溫度下水處理出水量的計算程序軟件。該軟件為醫(yī)院采購水處理設(shè)備與評估反滲膜的更換時間提供必要的數(shù)據(jù)支持。

血液透析機(jī)；反滲膜；出水量；溫度

0 前言

眾所周知，溫度與血液透析水處理系統(tǒng)反滲膜的出水量有密切的關(guān)系[1-2]，溫度降低，系統(tǒng)脫鹽率升高，出水水質(zhì)變好，但系統(tǒng)產(chǎn)水量下降，要保證系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計產(chǎn)水量，必須在更高壓力下運行。

在一般情況下，醫(yī)院都是根據(jù)血液透析機(jī)的數(shù)量來評估配置相應(yīng)出水量的水處理設(shè)備，而溫度對水處理設(shè)備的出水量有很大影響，溫度越低，產(chǎn)水量越低[3-4]。但是，具體到影響程度的定量分析，還沒有太多相關(guān)報道[5-6]。

通過對我院血透室水處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，得到相關(guān)回歸公式，再利用C#高級程序編譯語言，對幾種方法進(jìn)行集成，編寫溫度影響下水處理出水量的計算程序軟件。

1 方法與研究

1.1 溫度對水處理反滲膜出水流量的影響

根據(jù)Lonsdale等提出的溶解-擴(kuò)散模型傳遞方程，在一定條件下，純水滲透系數(shù)A與進(jìn)水溫度正相關(guān)。而A值的改變主要體現(xiàn)在兩個層面：一是膜體性能；二是水體物理化學(xué)性質(zhì)[7]。

聚酰胺類復(fù)合膜及其衍生產(chǎn)品已經(jīng)取代了早期醋酸纖維素類分離膜。反滲透復(fù)合膜由多孔基膜和超薄皮層構(gòu)成。多孔基膜一般是在多孔織物支撐體上澆筑的聚砜膜，超薄皮層是由聚酰胺和聚脲通過界面縮合反應(yīng)技術(shù)形成的。溫度變化對高聚合物分子運動的影響非常顯著，溫度上升一方面提高了熱運動單元能力，另一方面使高分子體積膨脹，分子間距增加。

一般來說，溫度對于反滲膜通量的影響主要是通過改變膜體形變、水體粘度及表面張力等參數(shù)實現(xiàn)[8]。

（1）膜體形變：聚酰胺材料的形變與溫度呈線性關(guān)系，進(jìn)水溫度升高必然引起膜體升溫，膜體升溫直接導(dǎo)致膜體膨脹，即超薄皮層疏松，從而促使產(chǎn)水通量上升。

（2）水體粘度：根據(jù)泊肅葉經(jīng)驗公式，水體粘滯系數(shù)與溫度負(fù)相關(guān)，在相同進(jìn)水壓力下，進(jìn)水溫度升高，水體粘度降低，摩擦阻力減小，膜表面層流層厚度減小，引起濃度極化度降低，進(jìn)而降低膜表面滲透壓，系統(tǒng)產(chǎn)水通量增加[9]。

（3）表面張力：當(dāng)液體溫度升高時表面張力隨之減小[10]，通過蓋面脫鹽過程的純水層厚度與膜的親水角產(chǎn)生作用，使膜通量增加。

某些反滲透膜對水處理溫度-校正系數(shù)的關(guān)系，見表1。參考表1中的參數(shù)，按下式可以計算出產(chǎn)水量：Q實=Q × K。其中，Q為25℃水溫時的產(chǎn)水量，單位L/h；K為水溫校正系數(shù)；Q實為實測水溫產(chǎn)水量，單位L/h。溫度與反滲膜的出水量成正相關(guān)關(guān)系。表1中的校正系數(shù)的變化值△K并非固定值，而是非線性的關(guān)系。

表1 水處理溫度-校正系數(shù)的關(guān)系

1.2 線性回歸法

1.2.1 計算方法

（1）選取最靠近反滲膜前后的兩個采樣口進(jìn)行溫度檢測，測得的兩個溫度平均值即近似等于反滲膜處的溫度。

（2）由于水流量會對一級反滲膜供水產(chǎn)生影響，為使檢測的數(shù)據(jù)真實可靠，筆者主要測試二級反滲水供水流量。

（3）通過調(diào)整反滲膜前后的壓力閥門，可以在某一范圍內(nèi)控制反滲膜處的壓強(qiáng)，選擇在0.90、0.95、1.00、1.05 MPa處對出水流量值進(jìn)行檢測并記錄。

（4）通過SPSS軟件對壓強(qiáng)、溫度與流量的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性比較，通過線性回歸分析，檢查其相關(guān)程度，推算出相關(guān)函數(shù)公式。

（5）使用C#語言編程軟件進(jìn)行水處理流量的計算。

1.2.2 測量工具

（1）水處理系統(tǒng)型號與參數(shù)：測試對象為TCH-ROII型雙級反滲水處理系統(tǒng)，電源電壓380 V；額定功率：10 kVA；25℃時，標(biāo)稱一級兩支并聯(lián)反滲膜出水量2400 L/h，標(biāo)稱二級單支反滲膜出水量1200 L/h；反滲膜為HDN膜。

（2）溫度計：選擇精度為0.1 ℃的水銀溫度計。

（3）水處理系統(tǒng)自帶流量傳感器FLOWMETER，單位為LPM。

1.2.3 統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析

不同溫度下，在0.90、0.95、1.00、1.05 MPa處對出水流量值進(jìn)行檢測并記錄，具體數(shù)值見表2。

表2 水處理二級反滲膜出口的流量

對數(shù)據(jù)進(jìn)行兩元線性回歸分析，即反滲膜在不同的溫度和壓強(qiáng)下，出水量的變化，得出Q = 0.651 T + 12.223 P - 3.834，其中Q為流量，單位LPM；T為溫度，單位為℃；P為壓強(qiáng)，單位MPa。r值為0.971，存在理想相關(guān)性[11]；在實際運用中，新膜與舊膜都存在相應(yīng)的線性關(guān)系[12]。

考慮到水處理系統(tǒng)在具體使用時，反滲膜處的壓強(qiáng)值不會有較大變化，通過閥門控制，把采樣點定在0.90、0.95、1.00、1.05 MPa處，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，見圖1。

圖1 線性回歸分析

圖2 二次函數(shù)的回歸分析

1.3 二次函數(shù)回歸法

溫度與水處理反滲膜的出水量之間可能存在線性關(guān)系，但△K并非固定值，而是存在細(xì)微差別。因此，筆者假定其二者趨于二次函數(shù)關(guān)系[9]，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，見圖2。

可見，二次函數(shù)回歸比一元線性回歸數(shù)據(jù)的相關(guān)性更好。

1.4 編程

使用C#語言編程[13]，需要建立包含校正系數(shù)法、線性回歸法、二次函數(shù)法的計算界面，給予臨床醫(yī)師、臨床工程師與護(hù)師進(jìn)行計算的多樣選擇性。

程序運行后，可以選擇“系數(shù)法”、“線性回歸法”與“二次函數(shù)回歸法”3種算法。①系數(shù)法：輸入在25℃時的標(biāo)準(zhǔn)出水流量和測定溫度，點擊“計算”即可得到測試溫度下的出水量；②線性回歸法：需要輸入反滲膜處壓強(qiáng)數(shù)據(jù)以及測定時的溫度，點擊“計算”按鈕，即可得到二級反滲膜的出水流量數(shù)值，保留到小數(shù)點后四位。采用“分段計算”，得到的數(shù)值更加精確，點擊選擇某一壓強(qiáng)，輸入測定時的溫度，即可得到最后二級出水流量的數(shù)據(jù)，整個計算過程同樣也是采用雙精度計算（圖3）；③二次函數(shù)回歸法：與“線性回歸法”基本相同，區(qū)別在于內(nèi)部計算時使用的是二次函數(shù)回歸法，其相關(guān)性略高于線性法。

圖3 軟件線性回歸法操作界面

2 結(jié)果

通過對已有文獻(xiàn)的分析總結(jié)與實驗數(shù)據(jù)支持，筆者開發(fā)的水流量計算軟件能夠為醫(yī)院對血透室水處理的采購評估、維修維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

大多數(shù)血液透析機(jī)的工作條件為進(jìn)水壓力要求1.5-6.0 巴，進(jìn)水流速，1.3 L/min；透析液流速在標(biāo)準(zhǔn)模式下為300、500、800 m L/m in；透析液流速ARrT plus模式下為200、300、500 m L/min；清洗與化學(xué)消毒流速為600 m L/min[14]。如果把進(jìn)水流速按進(jìn)水流量評估，與實際用水情況不符，比如24臺血透機(jī)需要供水流量19.2 L/min，在廠商標(biāo)稱的供水?dāng)?shù)據(jù)中供水30臺水處理的二級流量值是20 L/m in[12]，符合供水要求的。若使用筆者編寫的軟件中二次函數(shù)計算選項，選擇壓強(qiáng)為0.9 MPa，在25℃時計算得到供水流量值為23.503 L/min，符合供水要求，在15℃時計算得到的供水流量值為17.143 L/m in，則無法達(dá)到供水要求，需要人為增高反滲膜處的壓強(qiáng)來滿足透析機(jī)的用水需求。

3 結(jié)論

通過數(shù)據(jù)采集與記錄，使用統(tǒng)計回歸方法得出水處理系統(tǒng)反滲透膜溫度與出水量的幾種函數(shù)關(guān)系曲線，利用C#高級程序編譯語言，編寫不同溫度下水處理出水量的計算程序軟件。該軟件為醫(yī)院采購水處理設(shè)備與評估反滲膜的更換時間提供必要的數(shù)據(jù)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

作者郵箱：easyrank@163.com