Windows環(huán)境下基于VS2010的超濾膜污染數(shù)據(jù)分析應(yīng)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(jī)物形成的超濾膜污染的微觀機(jī)制。但實際應(yīng)用中需要大量數(shù)據(jù)計算來定量分析有機(jī)物對超濾膜的污染，該過程計算結(jié)果的要求精度高，數(shù)據(jù)輸入繁瑣。針對以上情況，構(gòu)建了基于visual studio 2010的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用程序來計算有機(jī)物對超濾膜的污染情況，以直觀、簡便地進(jìn)行膜污染主導(dǎo)作用力的分析，是一個界面清晰、易操作的平臺。實驗結(jié)果顯示，此平臺方便計算，計算結(jié)果精確可靠。

關(guān)鍵詞：XDLVO Visual studio 數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)因具有常溫、低壓操作、無相變、能耗低等特點(diǎn)以及對水中懸浮物、微生物和部分大分子有機(jī)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(yīng)用中膜污染是制約超濾技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用和推廣的主要瓶頸問題，研究證明，有機(jī)物是造成膜污染的主要誘因[2]。膜污染的形成機(jī)理與控制技術(shù)研究是水處理行業(yè)的熱點(diǎn)和前沿問題，近年來基于XDLVO理論的膜污染形成作用機(jī)制及其主導(dǎo)微觀作用力研究受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)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(guān)變量多、計算公式繁雜，大部分計算過程依靠excel進(jìn)行，使得數(shù)據(jù)的計算和分析速度較慢。如何快速地輸入、計算并分析數(shù)據(jù)是本程序開發(fā)的主要目的和內(nèi)容。

針對XDLVO計算變量繁多、計算量大、要求精度高、過程復(fù)雜等問題，該文基于visual studio 2010設(shè)計了數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用程序，針對有機(jī)物對超濾膜產(chǎn)生的膜污染中主導(dǎo)作用力及其相互作用能的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與應(yīng)用分析，實現(xiàn)快速精確計算，以滿足數(shù)據(jù)計算的要求。

1 數(shù)據(jù)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(jī)物造成超濾膜污染的微觀過程與作用機(jī)理。采用XDLVO理論研究有機(jī)物對膜污染的作用能變化，揭示水中不同特性有機(jī)物與超濾膜材料間膜污染形成的微觀過程與主要作用關(guān)系，可為膜污染控制研究提供理論依據(jù)和科學(xué)基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計

2.1.1 Visual C++.NET

該系統(tǒng)采用.NET平臺下的Visual C++設(shè)計：“.NET”是Microsoft的XML Web服務(wù)平臺，能使應(yīng)用程序在Internet上傳輸和共享數(shù)據(jù)，“.NET”類庫統(tǒng)一了VC++的MFC、Java的WFC和VB APls這些不同的基礎(chǔ)類庫，通過創(chuàng)建一套跨編程語言的通用API，NE r類庫可以實現(xiàn)跨語言繼承、糾錯處理以及程序調(diào)試[9]；C++作為C語言基礎(chǔ)上開發(fā)的一種面向?qū)ο缶幊陶Z言，支持多種編程范式，應(yīng)用廣泛。使用Visual C++.NET能夠方便地做出人機(jī)交互界面，程序設(shè)計環(huán)境簡單，語言簡潔、運(yùn)行高效。該文用到的大體圖示結(jié)構(gòu)如表1所示。

2.1.2 MVC架構(gòu)

系統(tǒng)的框架采用的MVC架構(gòu)。MVC即Model view controller，是一種存在于桌面程序中的軟件結(jié)構(gòu)模式[10]，M指業(yè)務(wù)模型，View用來與用戶進(jìn)行交互，主要功能是負(fù)責(zé)輸入數(shù)據(jù)以及結(jié)果顯示，Controller（控制器）用來控制程序的運(yùn)行流程。使用MVC可以改變應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)規(guī)則，重用性高、部署快，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)輸入輸出

根據(jù)前文要求，該系統(tǒng)需要處理的變量為電位、粒徑和接觸角。在Visual C++分別創(chuàng)建如下變量以滿足數(shù)據(jù)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(dǎo)官能團(tuán)，分別創(chuàng)建以下值來滿足計算輸出要求（見表3）。

2.3 系統(tǒng)界面設(shè)計

依據(jù)數(shù)據(jù)等級將系統(tǒng)界面分為3個部分：原始收集數(shù)據(jù)的“基本測量值”部分、初步計算數(shù)據(jù)的“界面作用能”和分析數(shù)據(jù)得到的污染主導(dǎo)官能團(tuán)部分。同時設(shè)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(jié)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(diǎn)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(jìn)而由算法分析出污染主導(dǎo)官能團(tuán)，計算完成后，點(diǎn)擊“推出”按鈕即可。

將不同數(shù)據(jù)輸入測量值窗口中，點(diǎn)擊運(yùn)行，結(jié)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(jī)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(yùn)行結(jié)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(tuán)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(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

依據(jù)實驗結(jié)果測試，該界面計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，計算結(jié)果精度高，能夠完成實驗中對數(shù)據(jù)結(jié)果的要求。

此外，該界面結(jié)構(gòu)清晰、操作簡單，能夠大大簡化數(shù)據(jù)計算分析過程，由電腦代完成，能夠大大節(jié)約數(shù)據(jù)分析時間與精力。

4 結(jié)語

“有機(jī)物對超濾膜污染”數(shù)據(jù)分析界面的出現(xiàn)使得計算復(fù)雜大大簡化，使得界面作用能、污染主導(dǎo)官能團(tuán)的結(jié)果呈現(xiàn)清晰簡潔。但該系統(tǒng)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(jié)果向Excel中導(dǎo)入的模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析更加方便地使用。

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