血液透析用水系統(tǒng)及水質控制

1、血液透析用水系統(tǒng)組成及水質控制,廣東省人民醫(yī)院腎內血液凈化中心李永友,透析用水對透析治療的重要性,超過 99.3 % 透析液是水每個病人一次透析用120-150L透析液每個病人一年將用15000-26000 L透析液Online HF、HDF 的置換液由透析液在線產(chǎn)生，對透析用水和透析液要求極其嚴格,中國SOP(2010)透析用水允許的化學污染物最大濃度,細菌及內毒素標準,* ND = Not detected. The lo

2、wer detection limits are different according to the measuring methods.,透析用水的來源,水處理用水的來源稱為原水地表水 -- 自來水;淺井水地下水 -- 井水（深）,原水中潛在的污染物,不溶性顆粒和纖維如膠體、泥沙、鐵銹、肉眼可見物等化學污染物自由氯、氯胺鋁 、銅 、鋅 、硝酸鹽、硫酸鹽、氟化物等微生物如細菌、熱原體、藻類、真菌、芽胞

3、等,水處理系統(tǒng)的組成,水處理系統(tǒng)包含三個基本部分:水預處理系統(tǒng)反滲透系統(tǒng)供水系統(tǒng),,,自來水,原水,去除懸浮物,,,氯、氯胺去除,,,防止膜元件結垢,軟化器,,,介質過濾器,活性炭過濾器,預處理系統(tǒng),水預處理系統(tǒng),預(前)處理系統(tǒng)包含 精密過濾器壓力泵組介質過濾(砂濾，砂鐵過濾)軟水器(單罐或雙罐)活性炭(單級或雙級),精密過濾器,由過濾器外殼和濾芯組成不同材質和精度的濾芯可有效除去以濾芯孔徑為準的懸浮物、鐵銹

4、等各種微小雜質。常見濾芯孔徑有100u、50u、40、20u、10u、5u、1u等檢查過濾器前后水壓，當壓差＞10 ~ 15psi ( 0.7 ~1.0kg/cm2)時更換濾芯,壓力泵組,前級壓力泵的作用是提高進水壓力，克服前處理各級對水的阻力，保障反滲機進水壓力與流量。一般由壓力或流量控制。,介質過濾器,砂濾(雙介質)內部填料是石英砂和無煙煤砂鐵濾器(多介質)內部填料是石英砂、無煙煤和錳綠石砂砂鐵濾器可去除水中Fe2+、Mn

5、2+及懸浮的顆粒物質當進出水壓>10PSI時，進行反沖洗，把沉積污垢沖走。,介質過濾器運作過程,,軟水概念及單位,軟化：除去水中硬度離子(Ca2+、 Mg2+ )的過程稱為軟化。硬度：用度數(shù)表示鈣鎂鹽含量的方法。   ppm：1升水中所含Ca、Mg鹽類相當于1mg CaCO3稱1ppm。odH：1升水中所含鈣鎂鹽類相當于10mgCaO3 （17.8mgCaCO3）稱1odH(德國度)。G

6、PG(grain per gallon )：即格令/美加侖，1GPG相當于17.1mg/l （1格令=0.0648克 ， 1美加侖=3.785升 ，1 ft3=28.3L）,軟水器特點,陽離子樹脂作交換劑。樹脂中的 Na+ 交換水中 Mg2+ & Ca2+ 2RNa+ + Ca2+ → R2Ca 2+ + 2Na+ 2RNa+ + Mg2+ → R2Mg2+ + 2Na+樹脂的交

7、換能力一般為20K grain/ft3樹脂。桶體尺寸由被處理水的硬度和要求的交換能力來決定。一般采用普通閥門或多路控制閥來控制。,軟水器的再生,再生目的使樹脂上吸附的鈣鎂離子置換下來，恢復樹脂的正常使用 再生特點:是軟化的逆過程?？刂品绞讲捎脮r間型或流量型或手動啟動。一般采用順流再生。再生周期與進水硬度、用水量等有關實際應用中用測定軟水器出水硬度的方法確定,軟水器的監(jiān)測及維護,監(jiān)測出水硬度<17ppm維護

8、加鹽，確保再生鹽水為飽和狀態(tài)。,硬度滴度測試（定性）,軟 水,硬 水,,,硬度滴度測試（定量）,,,注入硬水測定劑的刻度數(shù)即為水的硬度,,鋁鋇鎘鉻氯氯胺銅氟化物汞有機物硫酸鹽,,軟水器,鈣鎂,軟水器效果圖,活性炭濾器,水通過活性炭過濾器的過程類似雙介質過濾器.活性炭所能去除物質:余氯、氯胺(余氯對反滲透膜造成不可恢復的損害)低分子量有機物顏色和氣味三氯甲烷(THM)氯和活性炭(C)的反應: 　　Cl

9、2 + H2O → HCl + HOCl (1)　　C + 2Cl2 + 2H2O → 4HCl + CO2 (2),活性炭濾器,空床接觸時間指利用活性炭去除余氯或氯胺時，水流過濾器內活性炭的時間 EBCT=V/Q V--活性炭的體積（立方英尺） Q--水流量（立方英尺/分鐘） EBCT--空床接觸時間（分鐘）去余氯EBCT至少6分鐘去氯胺EBCT至少10分鐘

10、活性炭的多孔結構以及其吸附有營養(yǎng)的有機物，提供了細菌繁殖的環(huán)境?；钚蕴繛V器的反洗洗去部分吸附物防止隧道效應,余氯檢測,通過余氯檢測確定活性炭是否有效標準：自由氯<0.5mg/l, 氯胺<0.1mg/l,,鋁鋇鎘鉻銅氟化物汞硫酸鹽鋅,,活性炭濾器,活性炭濾器效果圖,前處理作用及要求,水經(jīng)預處理可除去水中較大顆粒、鐵離子、鈣鎂離子、余氯、氯氨和部分有機物。保障后級反滲透膜長期、高效、安全使用。前處

11、理必須能去除能透過反滲膜或對反滲膜造成堵塞及毀壞的物質。前處理的設計出水流量應該是反滲機產(chǎn)水量的 2.5 倍以上,反滲透（RO）系統(tǒng),反滲透系統(tǒng)是水處理的核心反滲透系統(tǒng)之所以在透析用水中得到廣泛的應用，是因為它能有效地去除可溶無機物、細菌、內毒素、病毒、大于200D的有機物反滲透是膜法分離的一種。,反滲透原理,,即在濃溶液側施加操作壓力以克服自然滲透壓，水分子滲透的流動方向就會逆轉,RO膜的分類,按膜的材質分類醋酸纖維素膜

12、芳香族聚酰胺膜 按膜的結構分類非對稱膜為同一種材質，制作成致密的表皮層和多孔支持層復合膜為不同材質制成的幾層膜的復合體按膜加工外形分類卷式、板框式和管式,RO膜的結構,,RO膜的透過機理,有多種模型優(yōu)先吸附-毛細孔流理論 溶液擴散理論 干閉濕開模型,RO膜的理想化孔徑,,卷式ＲＯ膜解剖圖,Product tube集水管,Feed water原 水,Brine seal密封件,Permeate滲透液,Conce

13、ntrate濃縮液,Reverse Osmosis membrane RO 膜,Permeate carrier滲透液流向,,Feed water原 水,,Tricot導 布,,Mesh spacer導 網(wǎng),RO膜性能的主要指標,1、脫鹽率和透鹽率脫鹽率—通過RO膜從系統(tǒng)進水中去除可溶性雜質濃度的百分比。 脫鹽率=（1–產(chǎn)水含鹽量/進水含鹽量）×100%透鹽率—進水

14、中可溶性雜質透過膜的百分比。 透鹽率=100%–脫鹽率 膜元件的脫脫鹽率的高低取決于膜元件表面超薄脫鹽層的致密度，脫鹽層越致密脫鹽率越高，同時產(chǎn)水量越低。反滲透對不同物質的脫鹽率主要由物質的結構和分子量決定對高價離子及復雜單價離子的脫鹽率可以超過99%對單價離子如：Na+、K+、Cl+的脫鹽率稍低，但也超過了98%對分子量大于100的有機物脫除率也可過到98%對分子量小于100的有

15、機物脫除率較低,反滲透膜對正離子的脫鹽率,反滲透膜對負離子的脫鹽率,反滲透膜對其他物質的脫除率,RO膜性能的主要指標,2、  產(chǎn)水量（水通量）產(chǎn)水量—指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)能，即單位時間內透過膜水量，通常用噸/小時來表示。滲透流率—指單位膜面積上透過液的流率，通常用加侖每平方英尺每天（GFD）表示。過高的滲透流率將導致垂直于膜表面的水流速加快，加劇膜污染。,RO膜性能的主要指標,3、  回收率回收率——指膜系統(tǒng)中給水

16、轉化成為產(chǎn)水（或透過液）的百分比?；厥章?（產(chǎn)水流量/進水流量）×100%RO膜回收率一般≤15%,RO機的組成,RO膜組件高壓泵電器控制部分各種閥門、傳感器、管路等,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,反滲透膜分離層,反滲透膜支撐層,淡水,濃水,進水,,,Cavg,,高壓泵,模擬反滲透機,提高系統(tǒng)回收率的方法：,增加濃水回流,,,,,泵,,

17、,,,,,進水,濃水,淡水,0.15 m3/h,,最小流量= 300gph,0.85 m3/h,1.0 m3/h,,,,,,泵,,,,,,,,,進水,回流,濃水,淡水,0.15 m3/h,,0.15 m3/h,0.3 m3/h,1.0 m3/h,最小流量= 300gph,回收率: 15 %,回收率: 50 %,RO膜回收率與系統(tǒng)回收率,濃水回流提高了系統(tǒng)回收率；膜元件回收率仍然維持15%，符合設計要求；濃差極化得到了有效控制；沖洗

18、流速得到保證；,,Cfeed,(1 - RECOVERY),,=,Cconc,Cfeed =1 ppm,回收率與溶液濃縮倍數(shù),影響RO系統(tǒng)性能的因素,1、反滲透膜特性2、進水壓力的影響 進水壓力本身并不會影響鹽透過量，但是進水壓力升高使得產(chǎn)水量加大，RO膜的回收率會升高，加大了濃差極化，易導致RO膜堵塞3、進水溫度的影響 反滲透膜產(chǎn)水電導對水溫的變化十分敏感，水通量隨著水溫的增加線性的增加，進水水溫每升高1

19、℃，產(chǎn)水量就上升2.5%-3.0%；（以25℃為標準）4、進水PH值的影響 進水PH值對產(chǎn)水量幾乎沒有影響，面對脫鹽率有較大影響。反滲膜可容忍 pH 2-11， PH值在7.5-8.5之間，脫鹽率達到最高。5、進水鹽濃度的影響 滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度的函數(shù)，進水含鹽量越高，濃度差也越大，從而導致脫鹽率下降。,反滲透膜的污染,污染可由以下過程引起：無機物的沉積（結垢）； 碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、

20、硫酸鍶、 氟化鈣、硅化物有機物分子的吸附（有機污染）；金屬氧化物積垢（鐵、錳、鋁等金屬之氫氧化物）顆粒物的沉積（膠體污染、懸浮固體物）；微生物的粘附及生長（生物污染）。在RO運行中，所有上述過程都將使透過性能下降。不同類型的污染常常同時發(fā)生，并相互影響。,生物污染的控制和預防,以下是一些可能增加生物污染危險的因素：① 設計：伸展的管道系統(tǒng)，光線的射入，死端，龜裂，帶有死區(qū)的附件，未消毒的貯槽等。② 進水特性：高溫（＞2

21、5oC），大量的有機及無機營養(yǎng)物，大量的細菌（＞104CFU/mL），高SDI等。③ 操作特性：不經(jīng)常監(jiān)控操作性能，較低的錯流流速，長貯存周期等。,生物污染的控制和預防,加強預處理有效的預處理可降低膜的堵塞，減少膜的清洗。使用抗污染膜控制生物污染的最新手段，對膜表面結構進行改進，能抑制微生物的附著生物污染物的消毒處理 在許多情況下，引起問題的是生物薄膜的存在，無活性的生物薄膜可繼續(xù)引起生物污染作用。因此，去除生物薄膜才是有效

22、清除毒害的關鍵所在。此外，死端、角落和縫隙都可以帶有生物薄膜，而這些地方是殺生劑不易到達的。 頻繁地和定期地清洗RO膜或許是最好的方法 。,膜的使用壽命,膜的使用壽命取決于膜的化學穩(wěn)定性、元件的物理穩(wěn)定性、可清洗性、進水水源、預處理、清洗頻率、操作管理水平等。根據(jù)經(jīng)濟分析通常為5 年以上。,水處理系統(tǒng)的附件,尚有多種附件:(a)細菌控制器材，如紫外線照射器，臭氧產(chǎn)生器 與熱水消毒系統(tǒng)等，可使系統(tǒng)中的細菌增值降

23、 至最低；(b)添加化學品的化學品注入系統(tǒng)，如添加酸以調 整pH值；(c)管路系統(tǒng)、調節(jié)閥與防止倒流器等。,供水系統(tǒng),,直接供水示意圖,供水系統(tǒng),間接供水示意圖,透析用水質量控制,,,,微生物,,,,,介質過濾器,軟水器,活性炭,反滲機,供水系統(tǒng),透析用水處理過程與微生物,,,,,,,供水系統(tǒng),,細菌在反滲膜濃水側表面生長,細菌在反滲膜純水側生長,美國AAMI標準對水處理及透析液管理要求,,美國AAMI標準對水處理及透

24、析液管理要求,,美國AAMI標準對水處理系統(tǒng)管理的要求,中國SOP(2010)透析液及水質監(jiān)控,水質監(jiān)控項目及措施,精密過濾器前后壓差>10~15 PSI 時更換濾芯介質過濾器前后壓差>10~15 PSI ，手動或自動反沖洗， 一般3-6次/周軟水器出水硬度<1GPG(17.2ppm)手動或自動再生，一般 1-6次/周，樹脂失效后進行更換活性炭出水要求：余氯<0.5mg/L，氯胺<0.1m

25、g/L1-3次/周，手動或自動反沖洗；活性炭失效后進行更換反滲機及供水管路供水管路末端，細菌<200cfu/ml,內毒素<2EU/ml定期進行系統(tǒng)清洗和消毒；定期更換保安濾芯、反滲膜,水處理系統(tǒng)常規(guī)消毒方法,化學消毒：消毒劑常用過氧乙酸(0.1~0.2%)，或廠家提供的以及商品化專業(yè)膜消毒液(按說明書使用)注意消毒劑的種類、濃度、適用范圍以及使用方法物理消毒：常見高溫、紫外線、臭氧等方法注意各種方法的適用

26、范圍以及使用方法,水處理系統(tǒng)常規(guī)消毒,反滲機的消毒反滲水供水系統(tǒng)的消毒反滲機與供水管路聯(lián)合消毒反滲機與供水管路與透析機聯(lián)合消毒,反滲機的消毒,定期消毒，消毒頻率由水質檢測結果和廠家要求決定（中國SOP2010)系統(tǒng)連續(xù)停超過48小時要求消毒定期除鈣(在消毒前進行)，使用2%檸檬酸溶液除鈣，要求溶液2.0<PH<11.0(可用氨水或鹽酸來調節(jié)PH值)某些反滲機具備熱消毒功能消毒劑常用過氧乙酸(0.1~0.2%)，

27、或廠家提供的及商品化專業(yè)膜消毒液,反滲機的消毒,外接式消毒器具式示意圖需外接消毒器具手動操作自帶消毒系統(tǒng)式進消毒模式后按提示操作,反滲水供水系統(tǒng)的消毒,直接供水系統(tǒng)消毒與反滲機聯(lián)合消毒供水管路單獨熱消毒間接供水系統(tǒng)消毒可單獨消毒可用消毒劑范圍更廣,供水系統(tǒng)化學消毒專用設備,供水系統(tǒng)熱消毒(內置水箱式),供水系統(tǒng)熱消毒(外置水箱式),反滲機與供水管路與透析機聯(lián)合消毒,消毒劑常用過氧乙酸(0.1-0.2%)，或廠家提

28、供的及商品化專業(yè)膜消毒液消毒時每一臺血透機都進行一定時間的水洗，確保消毒液進入到最終支路為節(jié)省消毒液，在確定消毒液達到每臺血透機后關閉血透機沖洗消毒液時，先沖洗好主管路，再打開血透機進行水洗有效濃度和殘余濃度檢測應該覆蓋各個部位，包括透析機的排水口,勞爾RO機與供水管路聯(lián)合熱消毒,水處理系統(tǒng)其他消毒方法,紫外線消毒利用C波段紫外光(Ｔ254nm)照射,紫外線會穿透微生物的細胞膜和細胞核，破壞核酸（ＤＮＡ或ＲＮＡ）的分子鍵，使其

29、失去復制能力或失去活性，從而殺滅細菌及病毒。 判斷紫外線是否有效，要確保30mWs/cm2的照射強度。紫外線對內毒素的清除能力非常低，因此它被限制在水處理系統(tǒng)一些部位的使用。臭氧消毒美國AAMI（RD52，2004）推薦在血液凈化領域中供水管路使用。認為臭氧是減少和清除生物膜最有效的消毒方法同時在歐洲消毒標準中作為綠色環(huán)保的消毒方式也被推薦采用。我國衛(wèi)生部也給以予相關的使用規(guī)范。,水處理系統(tǒng)消毒注意事項,消毒必須由受過訓練的專

30、人執(zhí)行，嚴格按規(guī)程執(zhí)行并記錄在案了解消毒劑的性質,選擇既有效又安全的消毒液用化學消毒，必須監(jiān)測消毒液有效濃度和消毒后殘余濃度(過氧乙酸<3ppm, 次氯酸鈉<0.1ppm,2001AAMI)注意RO機的消毒的特殊性把握時機，根據(jù)檢驗結果結合具體情況合理調整消毒頻率,如何改善水質,定期的系統(tǒng)清洗消毒，日常的監(jiān)測及細心維護舊式系統(tǒng)改進間接水箱供水增設內毒素過濾器選用新式先進設計系統(tǒng)選用衛(wèi)生級材料（反滲膜、水管路）

31、無死腔設計(膜殼元件、供水環(huán)路)采用反滲水直供式定時自動沖洗（非透析時間）采用雙級反滲透系統(tǒng),傳統(tǒng)技術與先進技術,傳統(tǒng)技術,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

32、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,在傳統(tǒng) RO 設備中存在大量死腔, 例如：螺旋卷繞反滲膜的外側與壓力容器的內側之間,膜單元內的死腔 細菌生長 消毒劑的污染,,由于化學消毒液不能到達死腔區(qū)，從而造成消毒的不徹底。同樣隨后的沖洗也不能徹底完成。? 極少的消毒液殘留都將危害到病人。,傳統(tǒng)技術與先

33、進技術,先進技術,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,