Windows環境下基于VS2010的超濾膜污染數據分析應用

劉云濤 苑帥 黃敏杰 祁巖博 孫聽雪

摘 要：XDLVO理論可用來解析不同特性有機物形成的超濾膜污染的微觀機制。但實際應用中需要大量數據計算來定量分析有機物對超濾膜的污染，該過程計算結果的要求精度高，數據輸入繁瑣。針對以上情況，構建了基于visual studio 2010的數據分析應用程序來計算有機物對超濾膜的污染情況，以直觀、簡便地進行膜污染主導作用力的分析，是一個界面清晰、易操作的平臺。實驗結果顯示，此平臺方便計算，計算結果精確可靠。

關鍵詞：XDLVO Visual studio 數據分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0063-04

Abstract：XDLVO theory can be used to parse the microscopic mechanisms of UF membrane fouling formed by different characteristics of organic，but it needs a lot of data to the quantitative analysis of the organic matter of UF membrane pollution.This process requires high precision of calculation results as well as the data input.So a data analysis application based on visual studio 2010 was established to calculate them.The experimental results show that the application can provide accurate and reliable calculation results with its clear and handy interface.

Key Words：XDLVO；Visual studio；Data analysis

目前，超濾技術因具有常溫、低壓操作、無相變、能耗低等特點以及對水中懸浮物、微生物和部分大分子有機物等良好的去除效果，已成為給水處理工藝升級改造的主流方向之一[1]。實際應用中膜污染是制約超濾技術大規模應用和推廣的主要瓶頸問題，研究證明，有機物是造成膜污染的主要誘因[2]。膜污染的形成機理與控制技術研究是水處理行業的熱點和前沿問題，近年來基于XDLVO理論的膜污染形成作用機制及其主導微觀作用力研究受到業內的廣泛關注[3]。然而在膜污染研究中微觀作用力、相互作用能定量計算的相關變量多、計算公式繁雜，大部分計算過程依靠excel進行，使得數據的計算和分析速度較慢。如何快速地輸入、計算并分析數據是本程序開發的主要目的和內容。

針對XDLVO計算變量繁多、計算量大、要求精度高、過程復雜等問題，該文基于visual studio 2010設計了數據分析的應用程序，針對有機物對超濾膜產生的膜污染中主導作用力及其相互作用能的數據進行計算與應用分析，實現快速精確計算，以滿足數據計算的要求。

1 數據模型的建立

XDLVO理論是研究球體與平面之間相互作用能的有力工具，可用XDLVO方法研究有機物造成超濾膜污染的微觀過程與作用機理。采用XDLVO理論研究有機物對膜污染的作用能變化，揭示水中不同特性有機物與超濾膜材料間膜污染形成的微觀過程與主要作用關系，可為膜污染控制研究提供理論依據和科學基礎。

2 系統設計

2.1 系統框架設計

2.1.1 Visual C++.NET

該系統采用.NET平臺下的Visual C++設計：“.NET”是Microsoft的XML Web服務平臺，能使應用程序在Internet上傳輸和共享數據，“.NET”類庫統一了VC++的MFC、Java的WFC和VB APls這些不同的基礎類庫，通過創建一套跨編程語言的通用API，NE r類庫可以實現跨語言繼承、糾錯處理以及程序調試[9]；C++作為C語言基礎上開發的一種面向對象編程語言，支持多種編程范式，應用廣泛。使用Visual C++.NET能夠方便地做出人機交互界面，程序設計環境簡單，語言簡潔、運行高效。該文用到的大體圖示結構如表1所示。

2.1.2 MVC架構

系統的框架采用的MVC架構。MVC即Model view controller，是一種存在于桌面程序中的軟件結構模式[10]，M指業務模型，View用來與用戶進行交互，主要功能是負責輸入數據以及結果顯示，Controller（控制器）用來控制程序的運行流程。使用MVC可以改變應用程序的數據層和業務規則，重用性高、部署快，系統架構圖如圖2所示。

2.2 系統輸入輸出

根據前文要求，該系統需要處理的變量為電位、粒徑和接觸角。在Visual C++分別創建如下變量以滿足數據處理的要求（見表2）。

需要計算并顯示的量為范德華力、出極性作用力、雙電層作用力，計算最終的界面相互作用能并推出污染主導官能團，分別創建以下值來滿足計算輸出要求（見表3）。

2.3 系統界面設計

依據數據等級將系統界面分為3個部分：原始收集數據的“基本測量值”部分、初步計算數據的“界面作用能”和分析數據得到的污染主導官能團部分。同時設計“計算”按鈕與“退出”按鈕，使得操作清晰簡便。

具體界面如圖3所示。

3 實驗結果及討論

將實驗測得的電位、粒徑與接觸角輸入“基本測量值”一欄，點擊右下方“計算”按鈕，即可計算出界面作用能、界面作用總能，進而由算法分析出污染主導官能團，計算完成后，點擊“推出”按鈕即可。

將不同數據輸入測量值窗口中，點擊運行，結果如下。

3.1 實驗一

已知在疏水性組分較多時（大于60%），疏水性有機物是造成膜污染的主要原因[2]。

輸入基本電位值、粒徑、接觸角分別為-0.27，0.01，2.374，運行結果如圖4所示。

3.2 實驗二

已知，在疏水性組分較少（小于40%）時，膠團的可壓縮性成為造成膜污染的主要原因[2]。

輸入電位值、粒徑、接觸角分別為1.24，0.05，3.17，運行結果如圖5所示。

依據實驗結果測試，該界面計算數據準確，計算結果精度高，能夠完成實驗中對數據結果的要求。

此外，該界面結構清晰、操作簡單，能夠大大簡化數據計算分析過程，由電腦代完成，能夠大大節約數據分析時間與精力。

4 結語

“有機物對超濾膜污染”數據分析界面的出現使得計算復雜大大簡化，使得界面作用能、污染主導官能團的結果呈現清晰簡潔。但該系統還有不足之處，比如功能比較簡單，下一步我們將加入計算結果向Excel中導入的模塊，實現數據分析更加方便地使用。

參考文獻

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