RO膜的经济寿命估算方法及其经济寿命估算系统

摘要

本发明涉及水处理领域，公开了一种RO膜的经济寿命估算方法及其经济寿命估算系统。本发明中RO膜的经济寿命估算方法，包含以下步骤：在RO膜使用过程中的若干个性能恢复点，采集各性能指标的数据；其中，性能指标至少包含：标准化产水量；根据采集到的数据，计算得到每一性能指标对应的RO膜的第一类估算寿命；根据计算所得的各第一类估算寿命获取RO膜的经济寿命。利用本发明实施方式中的RO膜的经济寿命估算方法可以使得RO膜的经济寿命估算更为符合本地应用场景，提高RO膜的经济寿命估算准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及RO膜的经济寿命估算方法及其经济寿命估算系统。

背景技术

RO是英文Reverse Osmosis的缩写，中文意思是反渗透。一般溶剂的流动方式是由低浓度流向高浓度，当施加的压力高于渗透压的时候，溶剂将由高浓度流向低浓度，亦即所谓逆渗透原理。

RO反渗透技术是利用渗透压力差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。

RO膜孔径小至纳米级(1纳米＝10*^-9米)，在一定的压力下，水分子可以通过RO膜，而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。

反渗透系统在长期运行中，膜表面会逐渐积累各种污染物，如胶体、微生物、无机物垢、金属氧化物等。这些物质沉积在膜表面上，会引起反渗透系统性能的下降。为了恢复膜的性能，需对膜元件进行化学清洗，这个清洗过程称为反洗维护。在进行过反洗维护后，膜的性能会得到恢复，这个恢复的时间点称为性能恢复点。不过RO膜在性能恢复点的性能也不可能和初始性能一样，而且随着使用时间增长和反洗次数增加，每次恢复后的性能也会逐渐衰减。

另外，反洗维护还需要增加一定的成本，还可能由于实际环境给RO膜造成一定的效能衰减，这在RO膜的设计中无法考虑。所以，在RO膜的性能下降至一定程度时，或者，达到一定使用时间时，即使没有达到设计寿命，也没必要再继续反洗维护，反而及时更换新膜是更为节省成本的做法。

综上可见，这个基于经济利益考虑的使用寿命可以说是RO膜的经济寿命估算相当重要。如果估算寿命过早，可能导致过早报废使用中的RO膜，造成成本浪费；如果估算寿命过晚，就可能造成水处理的实际效能变差，需要更换膜时，而厂家并没有采购，造成无新膜可用。无论是哪种情况，显然对水处理厂家都会造成巨大的损失。

现有国内的水处理厂家应用的估算方法是单一指标的直接评价方法，其评价结果不够准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种RO膜的经济寿命估算方法及其经济寿命估算系统，使得RO膜的经济寿命估算更为符合本地应用场景，提高RO膜的经济寿命估算准确度。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种RO膜的经济寿命估算方法，包含以下步骤：

在RO膜使用过程中的若干个性能恢复点，采集各性能指标的数据；其中，所述性能指标至少包含：标准化产水量；

根据所述采集到的数据，计算得到每一性能指标对应的所述RO膜的第一类估算寿命；

根据计算所得的各第一类估算寿命获取所述RO膜的经济寿命。

本发明的实施方式还提供了一种RO膜的经济寿命估算系统，包含：信 号采集器、第一计算模块和获取模块；

所述信号采集器，用于在RO膜使用过程中的若干个性能恢复点，采集性能指标的数据；其中，所述性能指标至少包含：标准化产水量；

所述第一计算模块，用于根据所述信号采集器采集到的数据，计算得到每一性能指标对应的所述RO膜的第一类估算寿命；

所述获取模块，用于根据所述第一计算模块计算所得的各第一类估算寿命获取所述RO膜的经济寿命。

本发明实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：针对标准化产水量这个性能指标，采用现场采集到的数据进行计算，使实际衰减参与到经济寿命的估算过程中，使得估算结果更符合本地应用场景，同时，采用的标准化产水量指标更为体现RO膜使用中的效能，另外，还可以综合多个性能指标分别估算，并根据多个估算结果进行合理取舍，也使得经济寿命的估算结果更为准确。可见，本发明实施方式中的RO膜的经济寿命估算方法使得RO膜的经济寿命估算更为符合本地应用场景，提高RO膜的经济寿命估算准确度。

作为进一步改进，在所述计算每一性能指标对应的所述RO膜的第一类估算寿命的步骤中，包含以下子步骤：对采集到的同一性能指标的各个数据进行曲线拟合；比较所述拟合后的曲线和所述RO膜设计寿命的性能指标线，得到性能指标对应的所述RO膜的第一类估算寿命。进一步限定第一类估算寿命的方法，采用曲线拟合的处理方法，结合理论上的设计寿命，使得经济寿命的估算更为准确。

作为进一步改进，在所述对采集到的各个数据进行曲线拟合的步骤中，采用样条曲线方式或者贝塞尔曲线方式进行曲线拟合。进一步限定采用曲线拟合的具体曲线，使得拟合结果更为准确快速。

作为进一步改进，在所述根据计算所得的各第一类估算寿命获取所述 RO膜的经济寿命的步骤前，还包含以下步骤：计算各所述性能恢复点的标准化产水量的性能恢复变化量；根据计算所得的各所述性能恢复变化量推算所述性能恢复变化量和使用时间的关系；将所述性能恢复变化量收敛到预定阈值时对应的使用时间作为第二类估算寿命。

在所述根据计算所得的各第一类估算寿命获取所述RO膜的经济寿命的步骤中，根据计算所得的各第一类估算寿命和第二类估算寿命获取所述RO膜的经济寿命。

增加第二类估算寿命的计算方法，使实际应用中反渗透膜的反洗效率这一因素参与到经济寿命的计算中，同时，综合考虑两类估算寿命，使得获取到的经济寿命估算结果更为准确。

作为进一步改进，在所述根据计算所得的各第一类估算寿命和第二类估算寿命获取所述RO膜的经济寿命的步骤中，获取计算所得的各第一类估算寿命和第二类估算寿命中的最小值作为所述RO膜的经济寿命。进一步限定，选取第一类估算寿命和第二类估算寿命中的最小值作为本发明实施方式中的经济寿命，可以保证RO膜在使用时的高性能。

作为进一步改进，所述性能指标还包含：标准化透盐率，和/或标准化压差。进一步限定性能指标可以采用的具体指标，使得经济寿命的估算更为准确。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式中的RO膜的经济寿命估算方法流程图；

图2是根据本发明第二实施方式中的RO膜的经济寿命估算方法流程图；

图3是根据本发明第三实施方式中的RO膜的经济寿命估算系统结构图；

图4是根据本发明第四实施方式中的RO膜的经济寿命估算系统结构图；

图5a是根据本发明第一实施方式中的RO膜的经济寿命估算方法示意图；

图5b是根据本发明第二实施方式中的RO膜的经济寿命估算方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种RO膜的经济寿命估算方法。本实施方式以同一厂家在同一水环境中使用的同种型号的RO膜进行说明，其中的流程如图1所示，并结合示意图如图5a所示，具体如下：

步骤101，采集各性能指标的数据。

具体的说，本步骤是在RO膜使用过程中的若干个性能恢复点，采集各性能指标的数据。图5a中以“标准化产水量”为例，采集到的各个性能恢复点的数据为a1、a2、a3……a10。更具体的说，本实施方式中的性能指标至少包含：标准化产水量，当然，还可以包含标准化透盐率，和/或标准化压差，还有如膜的故障系数等。利用较多的性能指标参与运算，虽然会增加运算的复杂度，但是可以使得最后的估算结果更为准确。

步骤102，对采集到的同一性能指标的各个数据进行曲线拟合。

具体的说，在步骤101中可以对各个性能指标同时采集数据，采集到的数据也就是性能恢复点数据，但是数据处理时要分开，按照每个性能指标单 独处理，也就是分别进行曲线拟合。图5a中对各个点a进行曲线拟合，拟合后的曲线以虚线--表示。

需要说明的是，曲线拟合时可以采用样条曲线(Spline)方式或者贝塞尔曲线(Bezier Curve)方式进行曲线拟合。进一步限定采用曲线拟合的具体曲线，使得拟合结果更为准确。

步骤103，比较拟合后的曲线和RO膜设计寿命的性能指标线。

具体的说，由于设计寿命线(如图5a中的点虚线……)是膜性能最低点的体现，表示RO膜的标准化产水量一旦下降到这个值，RO膜的处理水质已经不能满足要求，需要更换新的RO膜以保障出水水质，可谓是个重要参考值。本步骤的比较是用步骤102所拟合的曲线和设计寿命曲线进行比较。

步骤104，根据比较结果得到性能指标对应的RO膜的第一类估算寿命。

具体的说，在步骤103的比较后，其比较结果为求出两条曲线的交点所对应的RO膜的使用时间。从图5a可以看出，两条线的交点的时间点为A点，A点就是利用标准化产水量这个性能指标所计算得到的一个第一类估算寿命。

上述步骤102至步骤104是利用采集到的一种性能指标对应的数据计算出第一类估算寿命的具体方法，在实际应用中还可以采用其他方法，比如将采集到的数据进行一元回归的统计方式，在此不再一一列举。同时，还可以利用其他性能指标，如标准化透盐率，和/或标准化压差，重复上述步骤，计算出多个第一类估算寿命。

步骤105，根据计算所得的各第一类估算寿命获取RO膜的经济寿命。

具体的说，本实施方式中取第一类估算寿命中的最小值作为本实施方式中的RO膜的经济寿命。比如，本实施方式中如果选择三个性能指标分别进行寿命估算，最终将获得三个第一类估算寿命，本步骤就是从这三个估算寿 命中选取一个最小值，将其确认为RO膜的经济寿命。选取第一类估算寿命中的最小值作为本实施方式中的经济寿命，可以保证RO膜在使用时的高性能。

此外，值得一提的是，在实际应用中，也可以不选取最小值，而根据实际控制要求选取其他值，也可以不直接选择，而是对三个指标设定对应的权重值，根据权重值的比重大小，对各个估算寿命按照所占权重的比例进行叠加，获得更符合实际情况的经济寿命。

本实施方式相对于现有技术而言，针对标准化产水量等各个性能指标，采用现场采集到的数据进行计算，使实际衰减参与到经济寿命的估算过程中，使得估算结果更符合本地应用场景，同时，采用的标准化产水量指标更为体现RO膜使用中的效能。另外，综合多个性能指标分别估算相当于用复合指标来评价，评价更加全面，考虑的因素更多，根据多个估算结果进行取舍，也使得经济寿命的估算结果更为准确。而且，采用了Spline或Bezier Curve的曲线拟合方式，更能加准确的体现出膜性能的真实趋势。可见，本实施方式中的RO膜的经济寿命估算方法使得RO膜的经济寿命估算更为符合本地应用场景，提高RO膜的经济寿命估算准确度。

值得一提的是，本实施方式中的RO膜是同一厂家在同一水环境中使用的同种RO膜，采集时，可以对一张RO膜采集数据也可以对多张同时采集数据，样本数量增多，可以增加准确性。而且，在实际应用中，还可以对多家水处理厂家进行分类，按照企业行业类型、工艺类型、原水水型、使用RO膜的厂家及型号等进行分类，将相同或相似场景进行合并，将同一分类下采集到的数据组成一组样本，对齐进行统一处理，这样，丰富了样本的数量，也就可以使得采集到的数据受环境干扰更小，得到的估算系数更为符合该应用场景，从而使得RO膜的性能估算更为准确。同样，调整后的估算系数也可以应用在相似企业行业类型、相似工艺类型、相似原水水型、使用相同RO 膜型号的厂家。

本发明的第二实施方式涉及一种RO膜的经济寿命估算方法。第二实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，增加第二类寿命估算方法，求得第二类估算寿命，并将其与第一实施方式中的第一类估算寿命综合考虑，最终获得经济寿命的估算结果。综合考虑两类估算寿命，使得获取到的经济寿命估算结果更为准确。

本实施方式中的方法流程如图2所示，结合示意图图5b进行说明，具体如下：

本实施方式中的步骤201至步骤204和第一实施方式中的步骤101至步骤104相类似，在此不再一一赘述。

步骤205，计算各性能恢复点的标准化产水量的性能恢复变化量。

具体的说，由于在每个性能恢复点，经过反洗维护后的RO膜性能会提升，提升前后的差值就是性能恢复变化量。如图5b中的各a点和各b点，就分别表示第一次反洗维护前后的数据，所以在每个性能恢复点采集数据的同时，再获取恢复点之前的各个数据b1、b2、b3……b10，即可计算得到各个恢复点的性能恢复变化量。如图5b中第一次性能恢复变化量的值就是(ya1-yb1)。

步骤206，推算性能恢复变化量和使用时间的关系。

具体的说，本步骤是根据计算所得的各性能恢复变化量推算性能恢复变化量和使用时间的关系。从图5b来看，就是根据每个恢复点的变化量(yan-ybn)，推算其与时间的对应关系。

步骤207，获得第二类估算寿命。

具体的说，本步骤是将性能恢复变化量收敛到预定阈值时对应的使用时间作为第二类估算寿命。

本发明的发明人还发现，由于随着RO膜使用时间的延长，反洗后每个性能恢复点的性能会逐渐下降，所以性能恢复变化量也会逐渐减小，直到即使反洗维护，RO膜也无法提升性能，那么在此之前，考虑到RO膜反洗维护的成本，在性能恢复变化量减小到一定程度时，就没有必要继续维护了。而且这个程度可以参照所用RO膜最大的性能恢复变化量，也就是第一次的恢复点的性能恢复变化量的5％至10％。所以步骤206中推算得到的性能恢复变化量和使用时间的关系，结合本步骤的预定阈值可以帮助推算出第二类估算寿命。

值得一提的是，本实施方式中预定阈值可以是一个固定值，如取第一个性能恢复点的性能恢复变化量的10％。当然，在实际应用中，预定阈值也可以是一个范围值。

从图5b中可见，(yan-ybn)的对应值在不断收敛，在收敛到B时间对应位置时，其值(yd-yc)达到了第一个性能恢复点的性能恢复变化量(ya1-yb1)的10％，那么B点就是基于标准化产水量计算得到的一个第二类估算寿命。

上述步骤205至步骤207就是第二类估算寿命的具体计算方法。

步骤208，根据计算所得的各类估算寿命获取RO膜的经济寿命。

具体的说，本步骤是根据步骤201至204计算所得的各第一类估算寿命和步骤205至207第二类估算寿命获取RO膜的经济寿命。比如说，本实施方式可以将各个估算寿命中的最小值确定为RO膜的经济寿命。当然，也可以取其中的其他值，还可以采用权重占比的方式计算出经济寿命，在此不再一一列举。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本发明的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引 入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种RO膜的经济寿命估算系统，如图3所示，包含：信号采集器、第一计算模块和获取模块。

其中，信号采集器，用于在RO膜使用过程中的若干个性能恢复点，采集性能指标的数据；其中，性能指标至少包含：标准化产水量。

第一计算模块，用于根据信号采集器采集到的数据，计算得到每一性能指标对应的RO膜的第一类估算寿命。

获取模块，用于根据第一计算模块计算所得的各第一类估算寿命获取RO膜的经济寿命。

进一步说，本实施方式中的第一计算模块可以包含以下子模块：

拟合子模块，用于对采集到的同一性能指标的各个数据进行曲线拟合；

比较子模块，用于比较拟合后的曲线和RO膜设计寿命的性能指标线，得到性能指标对应的RO膜的第一类估算寿命。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第四实施方式涉及一种RO膜的经济寿命估算系统。第四实施方 式是在第三实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第四实施方式中，增加计算第二类寿命估算的第二计算模块，求得第二类估算寿命，并将其与第三实施方式中的第一类估算寿命综合考虑，最终获得经济寿命的估算结果。综合考虑两类估算寿命，使得获取到的经济寿命估算结果更为准确。

本实施方式中RO膜的经济寿命估算系统如图4所示，进一步包含：

第二计算模块，用于计算各性能恢复点的标准化产水量的性能恢复变化量；根据计算所得的各性能恢复变化量推算性能恢复变化量和使用时间的关系；将性能恢复变化量收敛到预定阈值时对应的使用时间作为第二类估算寿命。

还需要说明的是，获取模块还用于根据第一计算模块计算所得的各第一类估算寿命和第二计算模块计算所得的第二类估算寿命，获取RO膜的经济寿命。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。