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

王歷歷

上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院 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

王歷歷

上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院 血透室，上海 200011

本研究設計一個程序軟件，用于計算血液透析中溫度對水處理出水量的影響。通過數據采集與記錄，使用統計回歸方法得出水處理系統反滲透膜溫度與出水量的幾種函數關系曲線，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。該軟件為醫院采購水處理設備與評估反滲膜的更換時間提供必要的數據支持。

血液透析機；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反滲膜的出水量有密切的關系[1-2]，溫度降低，系統脫鹽率升高，出水水質變好，但系統產水量下降，要保證系統達到設計產水量，必須在更高壓力下運行。

在一般情況下，醫院都是根據血液透析機的數量來評估配置相應出水量的水處理設備，而溫度對水處理設備的出水量有很大影響，溫度越低，產水量越低[3-4]。但是，具體到影響程度的定量分析，還沒有太多相關報道[5-6]。

通過對我院血透室水處理系統進行數據采集分析，得到相關回歸公式，再利用C#高級程序編譯語言，對幾種方法進行集成，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Lonsdale等提出的溶解-擴散模型傳遞方程，在一定條件下，純水滲透系數A與進水溫度正相關。而A值的改變主要體現在兩個層面：一是膜體性能；二是水體物理化學性質[7]。

聚酰胺類復合膜及其衍生產品已經取代了早期醋酸纖維素類分離膜。反滲透復合膜由多孔基膜和超薄皮層構成。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技術形成的。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實現[8]。

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

（2）水體粘度：根據泊肅葉經驗公式，水體粘滯系數與溫度負相關，在相同進水壓力下，進水溫度升高，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，進而降低膜表面滲透壓，系統產水通量增加[9]。

（3）表面張力：當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-校正系數的關系，見表1。參考表1中的參數，按下式可以計算出產水量：Q實=Q × K。其中，Q為25℃水溫時的產水量，單位L/h；K為水溫校正系數；Q實為實測水溫產水量，單位L/h。溫度與反滲膜的出水量成正相關關系。表1中的校正系數的變化值△K并非固定值，而是非線性的關系。

表1 水處理溫度-校正系數的關系

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生影響，為使檢測的數據真實可靠，筆者主要測試二級反滲水供水流量。

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

（4）通過SPSS軟件對壓強、溫度與流量的數據進行相關性比較，通過線性回歸分析，檢查其相關程度，推算出相關函數公式。

（5）使用C#語言編程軟件進行水處理流量的計算。

1.2.2 測量工具

（1）水處理系統型號與參數：測試對象為TCH-ROII型雙級反滲水處理系統，電源電壓380 V；額定功率：10 kVA；25℃時，標稱一級兩支并聯反滲膜出水量2400 L/h，標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）水處理系統自帶流量傳感器FLOWMETER，單位為LPM。

1.2.3 統計數據分析

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

表2 水處理二級反滲膜出口的流量

對數據進行兩元線性回歸分析，即反滲膜在不同的溫度和壓強下，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，單位MPa。r值為0.971，存在理想相關性[11]；在實際運用中，新膜與舊膜都存在相應的線性關系[12]。

考慮到水處理系統在具體使用時，反滲膜處的壓強值不會有較大變化，通過閥門控制，把采樣點定在0.90、0.95、1.00、1.05 MPa處，對這些數據進行線性回歸分析，見圖1。

圖1 線性回歸分析

圖2 二次函數的回歸分析

1.3 二次函數回歸法

溫度與水處理反滲膜的出水量之間可能存在線性關系，但△K并非固定值，而是存在細微差別。因此，筆者假定其二者趨于二次函數關系[9]，并對數據進行回歸分析，見圖2。

可見，二次函數回歸比一元線性回歸數據的相關性更好。

1.4 編程

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

程序運行后，可以選擇“系數法”、“線性回歸法”與“二次函數回歸法”3種算法。①系數法：輸入在25℃時的標準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數據以及測定時的溫度，點擊“計算”按鈕，即可得到二級反滲膜的出水流量數值，保留到小數點后四位。采用“分段計算”，得到的數值更加精確，點擊選擇某一壓強，輸入測定時的溫度，即可得到最后二級出水流量的數據，整個計算過程同樣也是采用雙精度計算（圖3）；③二次函數回歸法：與“線性回歸法”基本相同，區別在于內部計算時使用的是二次函數回歸法，其相關性略高于線性法。

圖3 軟件線性回歸法操作界面

2 結果

通過對已有文獻的分析總結與實驗數據支持，筆者開發的水流量計算軟件能夠為醫院對血透室水處理的采購評估、維修維護提供數據支持。

大多數血液透析機的工作條件為進水壓力要求1.5-6.0 巴，進水流速，1.3 L/min；透析液流速在標準模式下為300、500、800 m L/m in；透析液流速ARrT plus模式下為200、300、500 m L/min；清洗與化學消毒流速為600 m L/min[14]。如果把進水流速按進水流量評估，與實際用水情況不符，比如24臺血透機需要供水流量19.2 L/min，在廠商標稱的供水數據中供水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計算選項，選擇壓強為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，則無法達到供水要求，需要人為增高反滲膜處的壓強來滿足透析機的用水需求。

3 結論

通過數據采集與記錄，使用統計回歸方法得出水處理系統反滲透膜溫度與出水量的幾種函數關系曲線，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。該軟件為醫院采購水處理設備與評估反滲膜的更換時間提供必要的數據支持。

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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