第二节　水处理设备

一、水体污染物

水体是江河湖海、地下水、冰川等的总称,是地球表面被水覆盖部分的自然综合体,它不仅包括水,还包括水中溶解物质、悬浮物、底泥及水生生物等。水体污染是指水体因某种物质的介入,超过了水体的自净能力,导致其物理、化学、生物等方面特性的改变,从而影响水的利用价值,危害人体健康或破坏生态环境,造成水质恶化的现象。造成水体水质、水中生物群落及水体底泥质量恶化的各种有害物质(或能量)都可称为水体污染物。

自然界中的水体污染,根据认识的角度不同有不同的分类划分方法。

从污染成因上划分可以分为自然污染和人为污染。

指由于特殊的地质或自然条件,使一些化学元素大量富集、天然植物腐烂产生的某些有毒物质、生物病原体等进入水体,从而污染了水质。

指由于人类活动(包括生产性的和生活性的)引起地表水水体污染。

指污染物质从集中的地点(如工业废水及生活污水的排放口)排入水体。它的特点一是规律性排污,其变化规律服从工业生产废水和城市生活污水的排放规律;二是污染物相对集中,容易鉴定,污染物的量可以直接测定或者被定量化,污染的影响可以被直接评价。

指污染物质来源于集水面积的地面上(或地下),如农田施用化肥和农药,灌排后常含有农药和化肥的成分;城市、矿山在雨季,雨水冲刷地面污物形成的地面径流等。面源污染的排放是以扩散方式进行的,排放时间不规律,主要与气象因素有关。

从污染的性质划分可分为物理性污染、化学性污染和生物性污染。

指水的浑浊度、温度和水的颜色发生改变,水面的漂浮油膜、泡沫以及水中含有的放射性物质增加等。

包括有机化合物和无机化合物的污染,如水中溶解氧减少,溶解盐类增加,水的硬度变大,酸碱度发生变化或水中含有某种有毒化学物质等。

指水体中进入了细菌等污水微生物等。

水体污染物从化学角度可分为无机有害物、无机有毒物、有机有害物及有机有毒物4 类。从环境科学角度可分为病原体、植物营养物质、需氧有机物、石油、放射性物质、有毒化学品、酸碱盐类及热能8 类。有机物污染的特征是耗氧,有毒物的污染特征表现为生物毒性。

(1)含色、臭、味的废水影响水体外观、工业产品质量,水生生物受此类废水的影响,也带有臭味,这不仅使鱼贝类的质量下降,而且使之无法食用。

(2)有机物污染:微生物快速繁殖,使水中缺氧,引起有机物的发酵,分解出恶臭气体,污染环境,毒害水生生物,它是水体污染最主要来源。

(3)无机物污染:使水体pH 值发生变化,破坏其自然缓冲作用,消灭或抑制细菌及微生物的生长,阻碍水体自净作用。同时,增加水中无机盐类和水的硬度,给工业和生活用水带来不利因素,也会引起土壤盐渍化。

(4)有毒物质污染:可毒害生物,影响人体健康,造成水俣病、骨痛病(镉污染)等疾病。

(5)富营养化污染:造成藻类大量繁殖,使水体缺氧,导致鱼类死亡。水中氮化合物的增加,对人畜健康带来很大的影响,轻则中毒,重则致癌。

(6)油的污染:不仅影响水的利用,还造成鱼类死亡、海滩变坏,休养地、风景区被破坏,鸟类等也遭到危害。

(7)热污染:热电厂等的冷却水是热污染的主要来源,直接排入水体,可引起水温升高,溶解氧减少,某些毒物的毒性升高,导致鱼类死亡或水生生物种群改变。

(8)病原微生物污水:使受污染地区疾病流行。

事实上,水体污染很少是单一类型,多数是多种性质的污染同时存在,并且各种污染互相影响,不断地发生着分解、化合或生物沉淀作用。

水中物质包括:①不溶解颗粒;②溶解的物质,如溶解的有机物、溶解的无机物;③细菌;④致热原。

水中铁粒、砂、硅土等不溶解颗粒物质随水进入透析水处理系统和透析机,使设备阻塞,仪器失灵。机械过滤可以除去这些颗粒物质。

自来水中的有机物较多,如氯和氯胺等。氯胺家族包括:①氯气(通常用于杀死饮用水中的细菌、真菌和病毒等);②氯漂白剂。

氯胺是强氧化剂,患者如暴露于高浓度的氯胺中可能会发生如下情况:①高铁血红蛋白血症,使红细胞失去携氧能力;②溶血,导致红细胞破裂,严重时出现溶血性贫血,因红细胞破裂而使红细胞减少。《上海市血液透析室血液透析水处理系统透析用水和透析液质量控制要求(2014 修订版)》规定了游离氯的限值为0.5mg/L,氯胺的限值为0.1mg/L。生活用自来水常采用氯胺作为杀菌剂,目前国内执行的《生活饮用水卫生标准(GB5479-2006)》规定了出厂水中的总氯限值为3mg/L。

氯和氯胺可采用色度计或测试条(试纸)进行测试,测试人员须通过色盲测试。氯胺无法直接测量,只能通过总氯和游离氯的测定来计算氯胺含量。氯胺的含量=总氯-游离氯。例如测量的总氯值为1.2mg/L,游离氯为0.8mg/L,那么氯胺的含量为0.4mg/L。

氯胺对透析治疗的危害包括:①引起患者急性溶血性贫血和变性血红蛋白血症;②损害反渗透膜。可通过活性炭吸附的方法去除氯。美国医疗器械协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)对透析用水中的总氯含量规定如下:①总氯含量应低于0.1mg/L;②若总氯为0,则意味着不含氯胺。

为避免造成透析患者伤害,必须高度重视对氯和氯胺的测试。美国医疗保险和医疗补助服务中心(Centers for Medicare and Medicaid Services,CMS)对氯和氯胺的测试要求包括:①开始每次治疗前;②更换治疗患者前;③若透析中心未设置班次,则每4 小时一次。

水中溶解的无机物种类繁多,临床实践中需重点关注的无机物如下:

饮水中含有铁,一般<0.3mg/L。过多的铁进入体内可以引起脑、肝、皮肤、关节等损害及内分泌异常。

饮水中的锰含量约为0.05mg/L,锰可以蓄积于肝、骨、肾,特别是中枢神经系统中,可选择性损害纹状体、苍白球,还可以引起内分泌紊乱。

排除方法:氧化装置和反渗装置。

硬水中含有钙和镁。如果患者接触到大量此类矿物质,可能出现“硬水综合征”,表现为:①恶心和呕吐;②肌肉无力;③剧烈的头痛;④皮肤发红;⑤血压升高或降低;⑥软组织钙化等,随着时间推移,引起患者疼痛、伤害甚至死亡。此外,过多的钙和镁还可堵塞水处理设备,并损伤反渗膜。

AAMI 规定透析用水中钙含量不应超过2mg/L(0.1mEq/L),镁含量不应超过4mg/L(0.3mEq/L)。

透析患者血液中的钠离子和钾离子必须保持在相对精确和恒定的水平。AAMI 规定透析用水中钠含量不应超过70mg/L(3.0mEq/L),钾含量不应超过8mg/L(0.2mEq/L)。钠和钾可通过反渗及去离子作用系统从原水中去除。

酸性水可使管道内的铜释放。体内铜含量过高可引起患者不适,表现为:①恶心、呕吐;②头痛;③发冷;④胰腺炎;⑤代谢性酸中毒;⑥肝损伤;⑦严重溶血。

水处理系统或者输送过程中使用的镀锌铁材质配管可使水中的锌含量升高。体内锌含量过高可引起患者不适,表现为:①恶心、呕吐;②发热;③贫血等。

AAMI 规定透析用水中铜和锌含量水平不应超过0.1mg/L,铜和锌可通过反渗及去离子作用系统从原水中去除。

饮用水中添加氟是许多地区作为有助于防止蛀牙的公共卫生措施。透析液中的氟化物浓度过高可使患者发生骨病,长期接触含氟水可导致骨硬化。过多的氟化物还可导致患者出现以下症状:①恶心、呕吐;②肌肉抽搐;③低血压;④癫痫等。

AAMI 规定透析用水中的氟含量不应超过0.2mg/L。氟可通过反渗及去离子作用系统从原水中去除。

新生儿体内不含镉,随着年龄增长,镉在肾脏和肝脏中的含量增加。镉的危害包括:①骨病,表现与肾性骨病相似;②阻止肠道中铁的吸收而引起贫血;③高血压和动脉硬化等。

自来水中镉的含量<0.05mg/L。镉可通过反渗装置去除。

铝是一种常见的金属,可出现在生活用水中。含铝明矾添加至水中具有净水及灭菌的作用。铝还能通过食物被人体吸收,经肾脏排出。当肾脏功能丧失后,铝便可积聚在大脑和骨骼中。

铝含量高可导致透析患者出现如下表现:①贫血;②损害神经系统,引起致命脑病,出现透析相关痴呆,表现为思维混乱、短期记忆衰退、性格改变、语言表达困难、肌肉痉挛、产生幻觉、癫痫、思考能力受损,甚至死亡;③长期暴露于高浓度的铝可引起铝相关骨疾病(aluminum related bone disease,ARBD),引起患者骨痛、肌肉无力以及骨折等。

透析液是铝的主要来源,铝可通过透析膜进入患者的血液中。此外,铝还可来源于透析设备。有条件的透析中心应监测患者的血铝水平,并仔细检查水处理、浓缩液及透析液输送系统等。由于供水中的铝含量可随季节变化,建议对透析用水铝含量检测至少每年1 次以上。AAMI 规定透析用水中铝含量不应超过0.01mg/L。铝可通过反渗和去离子作用系统从原水中去除。

自来水中铅浓度的增加可导致贫血及神经系统损害。铅可通过反渗装置去除。

一些硝酸盐可以在井水中被发现,可能来源于细菌或农业化肥。硝酸盐可导致高铁血红蛋白症,患者还可伴有低血压及恶心等症状。

AAMI 规定透析用水中硝酸盐含量不应超过2.0mg/L。硝酸盐可通过反渗装置和去离子作用系统从原水中去除。

硫酸盐是蛋白质和氨基酸的正常代谢产物,通常由尿排出,肾衰竭患者可有硫酸盐蓄积,出现代谢性酸中毒。如透析液中硫酸盐过多,患者可出现恶心、呕吐、代谢性酸中毒以及贫血等。

透析液中细菌不应超过100CFU/ml,高于此值时患者可出现发热,若发生透析膜破裂,还可导致脓毒症。透析废液容易滋生细菌、产生内毒素或其他毒性物质,若通过透析膜逆流入血,可引起毒血症。

死亡细菌的残骸、铁、硅酸盐、黏土胶粒、细菌毒素或多糖类物质等可通过透析膜进入血液循环或直接存在于血液管道中,引起患者寒战、发热、恶心、呕吐、背痛等致热反应。

二、透析用水制造装置及其管理

血液透析治疗过程中存在许多对人体有影响的物质(表4-2-1)。血液透析时,血液与透析液进行接触交换,而透析液的配制需要透析用水,因此血液透析治疗必须使用透析用水制造装置。使用经净化后的透析液进行血液透析治疗,可减少血液透析相关的不良反应,并提高透析质量。

透析用水制造装置的基本组成如图4-2-1 所示,主要包括前处理装置(如炭罐、硬水软化装置等)、反渗透(reverse osmosis,RO)装置、供水装置等。其中反渗透装置是透析用水制造装置的核心部件,可通过对原水的反渗透处理将水中99%的溶解物质去除。原水中的悬浮物、有机物以及难溶性盐类等会在反渗膜的表面蓄积,导致其处理能力降低。为充分发挥透析用水制造装置的功能并获得优质的处理水,正确的使用与日常定期的维修保养必不可少。

指符合自来水法规中水质标准的自来水或经过适当处理的地下水。地下水的水质因季节、地域的变化,相差较大,需定期进行水质检查。为保证透析用水制造装置更好地运行与管理,需掌握原水水质最差的程度。

水处理系统的运行需要一定的流速和压力。若流速和压力不能达到要求或不能维持,可借助增压泵予以解决。增压泵在防回流装置和温度混合阀的下游开始起作用,增压泵的前端和后端均设置有压力表。

在无原水加温与储水槽时,可预测水源供给的压力与容量。

加热设备可避免因原水温度过低时,反渗膜处理的水量下降及膜上硅垢的附着。加热温度可因原水水质、反渗运转条件等而不同,通常设置在25℃左右。

为防止反渗装置、硬水软化装置和活性炭过滤装置的堵塞,需设置滤芯式过滤器(10～20μm)(图4-2-2)以去除较大的悬浮颗粒(黏土、铁胶粒、铁锈等)。过滤器的堵塞通常是由压力和流量的下降引起,须确保过滤器出、入口的压力差即每小时的流量。在更换过滤器时可通过压差进行管理。根据供给水(原水)的水质情况,建议更换的频率为每2 周～2 个月更换一次。

简称砂罐(图4-2-3)。反渗水对含铁量有严格的限制,铁(Fe)离子会污染后级软化系统的树脂,同时也会损伤反渗膜,缩短反渗膜的使用寿命。如果原水中含铁较高,则需加装锰砂过滤,其作用主要用来清除水中的铁离子。锰砂的主要成分是MnO₂,它是二价铁氧化成三价铁良好的催化剂。只要原水pH>5.5,原水中的Fe²⁺便会氧化成Fe³⁺,Fe³⁺立即与OH^-结合成Fe(OH)₃ 沉淀下来。反应如下:

简称软化装置(图4-2-4)。该装置主要是把水体中的Ca²⁺、Mg²⁺去除,常使用的材料为阳离子交换树脂。其原理为:原水中若含有难溶性盐类,如Ca²⁺、Mg²⁺等,则会在反渗膜表面析出并形成水垢,导致处理的水量下降、水质恶化,故应在反渗膜前将其去除。硬水软化就是利用Na⁺与Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子进行置换,经软化处理后,水中的Na⁺增加,但由于Na⁺较难析出,可通过反渗膜轻易去除。

注意事项:①原水中残留的氯气可引起硬水软化装置中的强酸性阳离子交换树脂发生氧化反应,在Fe、Cu 等离子作为催化剂的情况下,可加强这种反应,使离子交换树脂因氧化而膨胀,导致对水流的抵抗增加,在灌水逆向清洗时可有细微的树脂流出,发生逆向清洗不良(即离子交换能力低下)等情况。理论上讲应在硬水软化装置前去除原水中残留的氯气,但为了抑制透析用水制造装置中的细菌增殖,一般不在硬水软化装置前除去残留的氯气。②当水处理不充分(即硬水漏出)时,需确认再生时的盐量、盐水罐内有无盐桥、供给水(原水)的硬度等情况,以便及时进行盐量的补充及对盐水罐进行搅拌等。当原水硬度增加或处理水需求量增加时,应改变再生频率。在使用地下水时,需考虑季节等变化,加强检测以确保供给水的硬度。离子交换树脂可因供给水中残留的氯气而发生氧化变质,须每2～3 年更换一次。

由活性炭作内衬的铁制或纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)制容器中填充而成,使用的颗粒状活性炭主要是椰壳活性炭,用以去除残留的氯气,见图4-2-5。若残留氯气未完全去除而随透析液流出,可通过透析膜引起患者溶血。

由于反渗膜多采用合成高分子类材质,可因氧化变性导致处理的水质降低。建议在活性炭过滤装置丧失功能前更换活性炭,以保证残留氯气的去除。同时出于对氯气杀菌作用的考虑,建议1～2 年更换一次活性炭。

在使用滤纸型活性炭过滤装置时,需加强监测与管理:①监测处理水中的残氯:在滤纸型过滤装置的过滤过程中,由于停滞的水量较少,虽有利于防止细菌污染,但也导致氯气残留过多;②监测压力差:滤纸型过滤装置将所有的过滤过程合并,容易发生供给水中的悬浮物、微粒子(硬水软化装置的氧化膨胀细微树脂片)等堵塞通路的现象,造成处理水量的下降。

设置滤芯式二次过滤装置以去除经硬水软化装置、活性炭过滤装置后漏出的细微物质或通过的一次滤过粒子。作为反渗膜前的最后一段过滤,二次过滤采用的是孔径为3～5μm 的过滤膜。滤纸型活性炭过滤装置也具有二次过滤的作用。

透析用水制造装置、透析液供给装置以及患者监测装置之间由专用配管连接。配管的材质最初为氯乙烯材料,随着对透析液净化的重视,转而采用液体接触面磨光的氯乙烯清洁管道、特氟隆或硅制软管等。为保证配管内的光滑,还可采用生物膜难以形成的聚偏氟乙稀(polyvinylidene difluoride,PVDF)材料。PVDF 对热和化学物质的抵抗力较强,作为配管材料具有相当的前景,但相较其他配管材料,价格较高。

以压力为推动力的膜分离技术又称为膜过滤技术,它是深度水处理的一种高级手段。根据膜选择性的不同,可分为微滤(micro filtration,MF)、超滤(ultra filtration,UF)和反渗透等,见表4-2-2。

微滤膜过滤技术是筛分过程,属于精密过滤的一种。超滤膜利用的是筛分原理分离,适用于大分子物质与小分子物质分离、浓缩和纯化过程。反渗透是指在高浓度溶液侧外加的压力大于渗透压时,高浓度侧的溶剂会克服渗透压向低浓度侧移动,从而达到溶剂与溶质的分离(图4-2-6)。根据不同的目的,可采用不同的分离技术。

反渗膜根据材质,可分为“纤维素类膜”“芳香族聚酰胺膜”与“合成复合膜”;根据形状,可分为“板块-框架模块”“螺旋形模块”“中空型模块”和“管型模块”。反渗膜的构造见图4-2-7。

透析用水制造装置中的反渗膜材质多为“芳香族聚酰胺膜”“合成复合膜”,形状多为“螺旋形模块”或“中空型模块”。多数反渗装置采用“合成复合膜”与“螺旋形模块”的组合,优点在于体积较小但膜面积较大,与“中空型模块”相比,不易污染。

反渗膜是反渗装置的核心,获得的水质和水量根据供给水的性状以及系统运转情况(水温、回收率、运转压力等)而不同。反渗膜的寿命、理化损伤情况和膜表面污染程度相关,降低理化性因素的损伤以及膜表面的污染可延长反渗膜的寿命。由于理化性损伤与膜表面的污染不可避免,必须加强对反渗前处理装置的管理。

在反渗膜的正常使用过程中,水量随供给水的温度、水压的上升而增大,水质随水量的增大而不断改善。反渗装置多在定量处理模式下运行,在供给水温变动时,须予以校正。通常以25℃时的水量作为标准水量,通过增减温度(1℃)来上调或下调整水量(2%～4%)。

当反渗装置的去除率下降或处理水量降低时,需对反渗模块进行清洗或更换。反渗模块的清洗可使用化学性物品,以低压、低流量的状态从模块入口至出口循环流动。可根据供给水的性状、运转条件、运转状态、水质情况等判断膜表面的污染物,选择相应的清洗药品。通常情况下,无机类污染物常用酸(盐酸、枸橼酸等)清洗液,有机类污染物可用碱(NaOH 或表面活性剂等)清洗液。

在发现反渗装置有功能下降的迹象时,应尽早进行清洗以获得良好的清洗效果。判断清洗的时机主要有以下3 项:①水量:较最初下降10%～15%;②水质:较最初下降10%～15%;③反渗模块入口与出口的压力差:较最初增加10%～15%。

随着反渗水槽内的水量变化,水槽内的湿气通过空气过滤器(0.2μm)与外部空气进行交换。为避免湿气造成的通气能力下降,过滤器应采用疏水性材料。在使用过程中,空气过滤器可因拦截外部空气中的微粒子和灰尘等而发生堵塞,导致通气量极度降低,水槽内、外的压力差增大,引起控制水位的浮球开关误操作,甚至造成反渗水槽破损、变形。更换时机因装置的环境、反渗装置的工作频率而不同,建议至少1 年更换一次。

反渗膜处理后的水可储存在反渗水槽内,起到应对反渗水需求量增大的缓冲作用。作为装置故障或紧急时需要的缓冲槽,其容量必须较大;但出于减少污染的可能,又希望其容量较小。为避免在反渗槽排水时的液体滞留,目前已引入了水槽底面四角锥形化的设计。

活性炭过滤装置后的处理水因游离氯气的去除而易发生细菌污染,即使是缺乏营养的反渗水也可能存在菌种的繁殖。为避免在储存时的再次污染,可设置紫外线杀菌装置。

紫外灯是人工制造的低压水银灯,能辐射出波长主要为253.7nm 的紫外线,杀菌能力强而且稳定,在反渗水槽中多采用浸泡式,从反渗水槽的上方以及侧面插入,将收纳于石英管内的杀菌灯浸泡在反渗水槽内,对处理水进行杀菌(图4-2-8)。由于紫外线的杀菌能力随着时间会不断降低,建议在规定时间内进行更换。不同种类杀菌灯的更换时间不同,但一般为使用8000 小时左右后更换。

三、水处理系统的监控

对水处理系统的监控是透析监护的一个重要部分,如果水处理系统无法正常运转,将会给患者带来巨大危害。水处理系统的监控指标、监测点和监测模式见表4-2-3。

水处理监控是血液净化中心(室)质量持续改进计划的关键组成部分。通过对水处理系统各部分参数指标的测试,可了解水处理系统的运转状态。各血液净化中心(室)可根据自身实际情况制订水处理设备的每日登记内容。若所在地的供水处理方式发生了改变,则需要经常测试或改变水处理系统的某些部分。

水厂的供水处理方式若改变可影响水质,需要及时向血液净化中心(室)发出警告,故所有的血液净化中心(室)都应与当地水厂保持密切联系。一旦水厂原有的水处理发生改变,需及时通知血液净化中心(室)。一般情况下,每年至少与当地水厂交流一次,以提醒血液净化中心(室)对当前的水处理设备进行必要的更新与升级。

供水温度过高会对反渗膜造成损害。为保护反渗膜并保证反渗水的出水量,需要将供水温度控制在25～28℃(77～82 ℉)。如果水温发生了变化,反渗水的质量也会发生变化。

每天需对温度混合阀后的温度进行检测,温度应在设定范围内,除非设备发生故障,每日不应有太大变化。

防回流装置可降低水的流量和压力,必须每年进行一次检测。若能测定防回流装置的前、后压力,需保证两者之间的压力差不大于10 磅/英寸²。若只能对防回流装置后的压力进行测定,需确保有足够的压力和流量。

随着时间的变化,设备可能因堵塞而导致压力发生改变。在正常情况下,系统的压力水平均有一定的变化,需确定压力的基线及其波动情况。通常,一个大型反渗系统的反渗水流量约10～12 加仑/分,压力约30 磅/英寸²

过滤器可因吸附离子而导致堵塞,从而使水流量减少。每日需对过滤器的前、后压力进行检测,以确保其处于正常的流速状态。若△P 较新滤器大于10 磅以上,则需更换或反冲过滤器;若过滤器自带反冲定时器,则检查定时器设置,以确保其只在非透析时进行反冲。

按要求,反渗系统与软水器为连锁控制,反渗系统不能在软水器再生时工作。

水软化装置的检测包括:①每日透析治疗结束后,测量水软化装置的水硬度,水硬度值不得超过1 格令数(GPG)/加仑,即17.5mg/L。②盐水罐中应有足够的盐,以保证再生。若盐水平太高,则可能发生盐桥,由于盐的顶部变硬,即使盐量不足也看似已满;若盐水平太低,则因盐水浓度太低而无法进行再生。③检测再生系统的时间设置,确保在再生过程中不会进行透析治疗。

炭罐与反冲定时装置连用,需检测定时装置的准确性,确保在反冲过程中不会进行透析治疗。在第一次测试运行前,需保证水处理系统已工作15 分钟以上;否则当系统启动时,得到的是罐中存放了一晚的样本,而非真正由炭罐在以正常流速下产生的样品。在检测时,需确保测试条的敏感度不超过允许的最大极限。

可通过对反渗设备参数的测定反映其运行状况。通常需检测以下几个部位的压力:①入水水压(为能保证通过反渗装置,通常为10～12 加仑/分,30～40磅/英寸²),但可根据不同的系统而变化;②压力泵将水推向反渗膜所产生的压力;③反渗水的压力。

可采用流量计对水流量进行测量,通过对以下部位水流量的测定,可了解:①反渗水水流量,即通过反渗膜的纯净水量;②废水水流量,即流入下水道的水量;③直供系统水流量,即通过循环的反渗水与原水的混合量。

需每日检查反渗系统中的流量和压力参数。反渗系统中的压力与流量相关,若反渗透泵的压力降低,则反渗水流量及废水流量也会相应下降。需注意:①如果水泵压力没有改变而出水量下降了,那么反渗膜可能发生堵塞;②泵与废水排出端之间的压力差(△P)过大可能意味着反渗膜遭到了污染或损坏。

对反渗系统的监测包括:①了解系统中压力和流量的基线值,并检查其有无偏差;②观察并分析压力和流量随时间变化的趋势;③检测水中总体溶质的含量,监测反渗水的水质情况。

去离子作用(deionization,DI)系统无相应的移动部件,监测非常简便。需不断监测产水电阻率,使其大于1 兆欧/厘米。按CMS 要求,血液净化中心(室)的去离子作用系统底部应设有一个自动转移排水系统,以避免消耗完结的罐内水与患者接触。

通过每日对罐体前、后的压力检测,以监测去离子作用罐的压力差(△P)。新装去离子作用罐的压力不应大于正常操作压力10 磅/英寸²。

通过对供水端水质的化学分析,可了解水质的状况,并判断其是否符合标准。水质的情况至少每年测定一次,可参见AAMI 透析用水标准。

每日均需检测电导度以反映水质情况。通过测量水的电导率,可间接反映水中溶解物质的总含量(total dissolved solids,TDS)。在物理意义上来说,水中溶解物越多,水的TDS 值就越大,水的导电性也越好,电导率值也越大。测得的电导率可代表TDS 值,单位为mg/L。TDS 的去除率计算公式为:[1-(输出电导度值/输入电导度值)]×100%。

例如,输入TDS 为100ppm,输出TDS 为8ppm,则总TDS 去除率=[1-(8/100)]×100%=92%。

CMS 规定,若总TDS 除率低于90%,则应采取相应措施。各国对TDS 去除率有不同的限定。电导率的测定受温度影响,为比较物质在不同温度状况的电导率,必须设定一个共同的参考温度。应设置报警范围,以保证水质符合AAMI 标准或根据当地的原水水质分析情况予以规定。

经去离子作用后的水较反渗水更纯净,因此电导度也更低,增加了测定难度,可监测水的电流阻力,即逆向或相反电导率。若经去离子作用后的水电阻率小于1 兆欧/厘米,则不能用于透析治疗。不同系统的监测方式可能不同,需了解各自血液净化中心(室)的去离子作用系统是如何工作的。通常,发光二极管(light emitting diode,LED)指示灯可提示当前的水质状况。

血液净化中心(室)应对水质进行持续监测,需时刻注意水处理的报警提示,以确保TDS去除率满足AAMI 标准(即>90%),同时应保证经去离子作用后的水电阻率大于1 兆欧/厘米。

四、水处理系统消毒

水处理系统必须尽可能避免污染,为此需要定期进行消毒。最常见的消毒方式为化学消毒(如过氧乙酸),此外还有臭氧消毒和热消毒方式。这些方式不会对水处理系统的材质造成损害。生物膜是影响水处理系统消毒的一个主要问题,生物膜一旦形成就无法去除。避免生物膜的有效方法是精心设计输水管道系统和完备的消毒计划。不能等到生物膜形成一定量后再去消毒,而要在第一次出现迹象就开始,这样的消毒效果更好、成本更低。必要时还需更换全部或部分的输水管道以去除生物膜。

透析用水制造装置的微生物污染管理主要针对反渗膜之后的装置,并不包括从原水到硬水软化装置以及活性炭吸附装置等。

透析用水制造装置、透析装置以及将其连接的配管系统可以认为是一个系统。低浓度药液自动填充(封入)法就是用低浓度药液对这个系统进行整体消毒。具体操作为:在夜间透析用水制造装置停止运行时,用低浓度药液(主要为浓度高于0.2%～0.3%的过氧乙酸或200～1000ppm 的次氯酸钠)填充整个系统:“药液填充”“洗出洗净”“透析准备”三个步骤的工作从深夜一直持续到早上。一般每次消毒时间持续120 分钟,这一系列的步骤都是自动运行的。

与低浓度药液自动填充法的方法相似,主要是利用热水(85℃以上)以及热传导的方法进行消毒;相较于药剂消毒具有环境污染少的优点。工序与使用药液时一样,分为“热水供给”“降温洗净”以及“透析准备”三个步骤。热水消毒需要注意的是,热水可能使连接材料老化,因此需要明确透析用水制造装置和配管使用的材料性质。一般每次消毒时间持续约90 分钟,这一系列的步骤都是自动运行的。

不同品牌及型号反渗机的化学消毒方式会有不同,需参考水处理设备厂商的操作手册。以下举例DWA 的S-TP 型号水机及金宝(GAMBRO)的CWP 60系列水机做简要介绍。

DWA 的S-TP 5-5 型号水机对反渗与环路部分消毒简易步骤如下:

反渗膜的消毒,要求过氧乙酸的浓度不高于0.2%。

已知modula S-TP 5-5的反渗部分容积为V1=104L,所需过氧乙酸浓度为C1=0.2%,过氧乙酸原液的浓度为C2=15%,则需准备的过氧乙酸原液量为V2=V1×C1/C2=104×0.2%/15%=1.39L(可以准备1.5L)。

见图4-2-9。

1)关闭水机到等候状态。

2)设置三通阀(V3)位置到RING 环路位置。

3)在主机服务模式下,选择消毒模式。

4)按确认键,选择“ROandRING”模式。

5)关闭软水进水阀,关闭水机的V6 手动阀。

6)等到水机出现水箱内液位报警,把水箱盖子打开。

7)加入准备好的一半过氧乙酸原液0.7L 左右。

8)打开软水进水阀。

9)水机再次启动后,一级膜出水的CD2 达到限值后,水机会停下来等候加入另一半过氧乙酸原液。

10)加入另一半过氧乙酸后,按键4 继续运行过氧乙酸注入,当二级膜出水CD4 达到限值(65μS)或用试纸在排放口测到过氧乙酸浓度达到0.15%,按4 键停下来进入 浸泡阶段(会显示剩余时间,可在LIMITVALUE 第23 选项内进行设置),此时可将V6 回复至原来最大排放位置,到浸泡时间结束时,会自动进入冲洗阶段;当检测到基本无过氧乙酸(残留<10μS/cm)时,在界面上按4 键返回待机状态。若此时在排放口检测还有过氧乙酸残留,则将三通阀(V3)位置调到排放,然后可多次开机运行,直到排水口与环路各终端口检测均无过氧乙酸残留(一般情况<10μS/cm),消毒结束。

GAMBRO“CWP60”系列型号水机反渗膜化学消毒简易步骤如下:

(1)“CWP60”系列型号水机操作界面:见图4-2-10。

(2)反渗膜化学消毒简易步骤

1)进入消毒模式:①按键直到显示;②按键移动光标至此;③利用数字键输入消毒代码并按;④然后按将光标移至;⑤按键进入消毒模式,屏幕显示。

2)内部循环,加入消毒剂:见图4-2-11:①打开CWP60 型水机的前门;②关闭阀门(129、126、127),打开阀门128;③按启动内部循环,显示内容变为;④移去进水箱上的盖子,在1 分钟内向水箱缓慢加入指定量的消毒剂,然后盖上盖子;⑤现在主泵将间断运行(动作1 分钟,暂停5 分钟);⑥让消毒剂循环约30 分钟,按两次可显示已用时间:;⑦当达到指定时间后,按下,屏幕显示:。

3)冲洗:见图4-2-12:①关闭128 阀门并打开129 和127 阀门,126 阀门须处于常闭状态;②按下,屏幕显示并启动冲洗;③冲洗CWP60 至少100 分钟,按两次可显示已用时间:;④关闭127 阀5 秒钟,冲洗产品水一侧的溢出液阀门,然后再次打开127 阀门;⑤打开128 阀门30 秒钟,冲洗再循环管道,然后再次关闭128 阀门;⑥残留物测试1:在冲洗周期结束时,必须进行残留消毒剂测试,以确保CWP60 已被彻底冲洗干净,在CWP60 的右侧漏斗中采集样品,并验证水中检测不到残留消毒剂;⑦测试完成后,打开126 阀并关闭127 阀,让产品水流入分配系统;⑧残留物测试2:对治疗室中所有水开关处进行消毒剂残留量检测,并验证水中检测不到残留的消毒剂;⑨按下,显示内容变为,消毒结束。

部分型号反渗机的反渗膜可进行热消毒,这主要取决于反渗膜本身的特性,热消毒由反渗机内部程序自动控制。以下举例CWP 60 系列水机做简要介绍:

CWP 60 系列水机手动启动热消毒步骤如下:

(1)请确保光标处于屏幕的左上角,输入操作员代码并按下,此时屏幕会显示。

(2)按键,启动热消毒,同时黄色灯开始闪烁,延迟3 分钟后供水管路开始热消毒,同时黄色灯开始常亮,此时会显示:。

(3)按键,热消毒停止,此时屏幕会显示:。

而CWP 60 系列水机自动启动热消毒步骤为远程控制盒的键处于AUTO 位置,如果已选择自动启动功能并且没有执行任何操作,则热消毒将在Time channels 中编排/预设的时间点自动启动。

目前反渗膜的化学消毒多为使用过氧乙酸和过氧化氢类的混合物进行消毒。过氧乙酸和过氧化氢类混合物的原材料为过氧化物。

为减少对膜的影响,在使用时须注意以下几点:

消毒液的温度要控制在25℃以下。

消毒液中过氧化氢浓度应控制在0.2%～0.25%以下。

膜表面不应附着铁、锰等可引起氧化催化反应的金属。

常使用最终浓度为不低于0.2%的过氧乙酸消毒水箱及配管。根据所使用水箱的体积及配管的长度,估算总容积,并计算所需使用的过氧乙酸量。注入相应容量的过氧乙酸并循环30 分钟,使消毒液滞留2～6 小时,反渗水冲洗2 小时,最后在配管的出水口、中段、回水口使用过氧化物测试纸检测残余量,以确认无消毒液残留,如仍有残留则需继续冲洗,直至消毒液检测不出为止。

部分型号的反渗机可每天对其配管进行热消毒,这取决于所用配管材料的特性。热消毒由反渗机内部程序自动控制。

反渗膜处理后的水可储存在反渗水槽内,起到应对反渗水需求量增大的缓冲作用。作为装置故障或紧急时需要的缓冲槽,其容量必须较大;但出于减少污染的考量,又希望其容量极小。为避免反渗槽排水时的液体滞留,目前已引入了水槽底面四角锥形化的设计。

活性炭过滤装置之后,由于游离氯的去除,处理水容易发生细菌污染。即使在反渗水缺乏营养的条件下,也存在能够繁殖的菌种。为防止在储存时的再次污染,可设置紫外线杀菌装置。多采用浸泡式,从反渗水槽的上方以及侧面插入,将收纳于石英管内的杀菌灯浸泡在反渗水槽内,对处理水进行杀菌。由于紫外线的杀菌能力随着时间会不断降低,建议在规定时间内进行更换。不同种类杀菌灯的更换时间不同,但一般为使用8000 小时左右后更换。

五、水处理系统的管理维护

血液净化中心(室)水处理系统是价格比较昂贵且对安全要求极高的治疗用水生产系统,需定期进行维护保养。水处理系统的维护保养通常由设备生产厂家的维修人员专门负责。医院血液净化中心(室)须要求厂家相关维修人员定期(通常每半年或一年一次)对水处理相关设备进行全面的专业保养,包括对反渗机的各个参数及压力进行校正和测试,对各系统、各管道进行检查等。医院血液净化中心(室)专职工程师则主要负责水处理系统的日常维护与保养。

在原水增压泵的前、后各有一个压力表,用于监测增压泵前、后的压力变化。通常增压泵后的压力大于泵前的压力,当泵前压力低于0.5kg/cm²时就要检查供水水源的压力,以防止增压泵空转造成损坏。

安装时需要有阀门,包括增压泵进水阀、增压泵出水阀和增压泵旁路阀,目的是为了在遇到紧急情况时(如增压泵发生故障),可关闭进水阀和出水阀,使原水通过旁路阀应急使用。

在原水过滤器前、后各有一个压力表,用于监测原水过滤器前、后的压力变化。通常过滤器后压小于前压,当原水过滤器前后压力差大于0.5kg/cm² 时就要注意检查过滤器中的滤芯是否发生阻塞,如果阻塞,则需及时进行更换。在平时使用过程中定期更换原水过滤器中的滤芯。

在砂滤罐前、后各有一个压力表,用于监测砂滤罐前、后的压力变化。通常罐后压小于罐前压。当砂滤罐的前、后压力差大于0.5kg/cm²时就要注意检查砂滤罐是否发生阻塞,必要时需进行反冲。反冲程序的频率由原水水质及反渗机使用频率决定。每天治疗开始前需检查罐体控制头时间是否准确。

安装时需要有阀门,通常包括砂滤罐进水阀、砂滤罐出水阀和砂滤罐旁路阀,目的是为了在遇到紧急情况时(如控制头或罐体发生故障),可关闭砂滤罐进水阀和出水阀,使水流通过旁路阀应急使用。

在炭罐前、后各有一个压力表,用于监测炭罐前、后的压力变化。通常罐后压小于罐前压。当炭罐的前、后压力差大于0.5kg/cm² 时就要注意检查炭罐是否发生阻塞,必要时需进行反冲,如果反冲后仍然达不到要求,则建议更换活性炭填料。炭罐反冲程序的频率由原水水质及反渗机使用频率决定。每天需对炭罐出水采样口进行采样,以检测水中游离氯及总氯是否符合质控要求,这是反冲频率设定的重要参考。每天治疗开始前需检查罐体控制头时间是否准确。

安装时需要有阀门,通常包括炭罐进水阀、炭罐出水阀和炭罐旁路阀,目的是为了在遇到紧急情况时(如控制头或罐体发生故障),可关闭进水阀和出水阀,使水流通过旁路阀应急使用。

在树脂软化罐前、后各有一个压力表,用于监测树脂软化罐前、后的压力变化。通常罐后压小于罐前压。当炭罐的前、后压力差大于0.5kg/cm² 时就要注意检查软化罐是否发生阻塞,必要时需进行再生程序,如果再生后仍然达不到要求,则建议更换树脂填料。软化罐反冲程序的频率由出水硬度值及反渗机使用频率决定。每天需对软化罐出水采样口进行采样,以检测水硬度是否符合质控要求,这是再生程序设定的重要参考。每天治疗开始前需检查罐体控制头时间是否准确。

安装树脂软化罐时需要有阀门,通常包括软化罐进水阀、软化罐出水阀和软化罐旁路阀,目的是为了在遇到紧急情况时(如控制头或罐体发生故障),可关闭进水阀和出水阀,使水流通过旁路阀应急使用。盐缸内需定期加入纯净的氯化钠,以保证树脂再生时所需盐水的饱和度。

每天需检查水处理系统的反渗机是否正常启动与运行、时间显示是否准确、各项参数显示是否正常、进水压力是否≥2.5mPa、出水压力是否≥2kg/cm、流量是否达到输出要求、电导度值是否<30μs/cm、各级管道有无滴水等情况。

由于水处理系统是一个高成本、系统自动化程度较高且运行较复杂的系统,对水处理系统的检修必须由设备厂商的专业维修人员进行。

(黄华敏　宋羽成　柯晓洁　丁小强)

参考文献

1.International Organization for Standardization.ISO 26722:Water treatment equipment for haemodialysis applications and related therapies.2nd ed,2014.

2.International Organization for Standardization.ISO 13959:Water for haemodialysis and related therapies.3rd ed,2014.

3.Association for the Advancement of Medical Instrumentation.ANSI/AAMI/ISO 26722:Water treatment equipment for hemodialysis applications and related therapies.2015.

4.Association for the Advancement of Medical Instrumentation.ANSI/AAMI/ISO 13959:Water for hemodialysis and related therapies.2015.

5.Association for the Advancement of Medical Instrumentation.ANSI/AAMI/ISO 11663:Quality of dialysis fluid for hemodialysis and related therapies.2015.

6.国家食品药品监督管理总局.中华人民共和国医药行业标准YY0572-2015:血液透析及治疗相关用水.2015.

7.陈斌,王艳丽.血液透析水处理的质量控制.医疗设备信息,2001,16(12):32-33.