透析用水处理的基本原理与维护

透析用水处理的基本原理与维护
一、血液透析用水处理的目的及设备发展
出于对人体安全的考虑，饮用水要经过一定的处理，才能提供给人们，饮用水在进入血液之前要经过肠道的屏蔽，但对与透析患者，水与血液仅被一层半透膜隔离，半透膜对通过它的物质没有选择。

与正常人每周饮用约14L水相比，透析患者每周使用300~400L水。

因此，作为透析用水的纯度要求非常高，如果水中含有害物质，很容易通过透析膜进入患者的血液中，即使是较低浓度的有害物质，长期积蓄也会导致慢性中毒。

为了保证透析患者的安全，水处理设备的发展，经过了漫长的不间断改进与提升过程。

国内的透析水处理技术从上世纪50~60年代的软化水、蒸馏水透析，发展到电渗析技术、阴阳离子交换装置，以及当前大多在使用的反渗透（Reverse Osmosis简称RO）水处理系统，经过了半个世纪的发展。

为提高水的进一步纯化以保证生物学指标和减少内毒素的污染，需要水处理系统更加精细的改进。

二、反渗透（RO）水处理系统
（一）反渗透工作原理：
图表5-1-1
1、渗透：是指稀溶液中的溶剂自发的透过半透
膜（如腹膜、反渗透膜）进入浓溶液流动的现象。

如图表5-1-1 初始状态
2、渗透压：随着稀溶液中溶剂不断流入浓溶液，
浓溶液测的页面不断升高，达到稳定后，渗透出
于平衡状态，此时半透膜两侧的压差既为渗透压。

如图表5-1-1平衡状态
3、反渗透：在浓溶液测加压力克服渗透压，使
溶剂渗透的流动方向逆转，使得浓溶液的浓度更
大，这一过程即渗透的相反过程。

如图表5-1-1。

血液透析反渗透水处理系统的核心元件是反渗
透膜如图表5-1-2
图表5-1-2
RO膜的离子去除特性：
离子透过膜的规律，一般来说，1价离子透过率大于2价、2价大于3价。

K+＞Na+ ＞Ca2+＞Fe3+
血液透析反渗透水处理系统由预处理部分、RO主机（图示为双极反渗透）和输送管道组成。

如图表5-1-3
图表5-1-3
（二）、预处理的组成及日常维护
预处理包括前级加压泵、介质过滤、锰砂过滤（按需）、炭滤、软化、保安过滤器及连接管路。

各部分组件功能如图表5-1-4
原水
图表5-1-4
组件功能工作方式原水加压泵提高水压（0.3MPa~0.5MPa）压力控制、流量控制
介质过滤去除胶体、颗粒杂质等自动正反冲洗
锰砂除铁自动正反冲洗
炭滤氯、氯胺、臭味、有机污染物、部分离子自动正反冲洗
软化去除钙镁离子，降低硬度自动冲洗、再生
保安过滤去除细微颗粒，精度一般为1um 过流，定期更换
1、介质过滤
当水流流过过滤介质的床层时，水中的悬浮物和胶体会附着在过滤介质表面。

过滤效果取决于介质的颗粒大小，填充高度和水流速。

最常用的过滤介质是石英砂，直径为
0.5~1.2mm，填充高度≥800mm，设计过滤流速10m~20m/h。

介质过滤器工作过过程中，随
着附着物的沉积，过滤器进出水压力降增大，床层除去杂质的能力下降，当压力降增大到一定程度时，过滤器的床层需要反洗，通过清洗（包括反冲洗和正清洗）清除过滤介质中附着的杂质，过滤器两次反洗之间的运行时间称为运行周期。

应根据进出水质及用水量来确定运行周期，一般情况下，每周设定1~2次。

目前大部分透析用水处理的过滤系统都采用自动控制器，自动控制器可根据需要设定一周内的清洗次数和清洗时间（清洗时间一般设在不影响治疗工作的夜间）。

2、锰砂过滤器
反渗透进水对含铁量有严格的限制，Fe离子会污染后级软化系统的树脂，同时也会损伤反RO膜，缩短膜的使用寿命。

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，他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：
4MnO2 + 3O2 = 2MnO7
MnO7+ 6Fe2++ 3H2O = 2MnO2 + 6Fe3+ + 6 OH-
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3
锰砂过滤的正反清洗同介质过滤器。

3、炭过滤
碳过滤器主要吸附水中的游离氯、氯胺、异色、异嗅等有机污染物，也可吸附少量金属离子。

血液透析水处理系统一般选用颗粒直径在0.6mm~1.6mm的优质椰壳或果壳活性炭，其比表面积≥500m2/g,微孔容积≥0.9cm3/g。

活性炭的多孔结构，吸附对细菌来说有营养的有机物，为细菌繁殖提供了有利的环境，为了保持其吸附能力和减少细菌的繁殖，定期的反
洗和更换活性炭是非常必要的。

活性炭的正反清洗同介质过滤器。

游离氯对透析患者可能造成致命性伤害，建议有条件的医院采用双级碳过滤。

4、软化过滤器
水的硬度指水中钙、镁、铁、锰、锶等离子总量之和，通常以钙、镁计算，硬度的单位为mEq/L，或者算成CaCO3以mg/L表示。

除去水的硬度的过程称为软化，血液透析水处理系统的软化过滤一般采用Na型阳离子交换树脂。

其交换反应如下：
2NaR + Ca（HCO3)2 = CaR2 + 2NaHCO3
2NaR + Mg（HCO3)2 = MgR2 + 2NaHCO3
2NaR + CaSO4 = CaR2 + Na2SO4
2NaR + MgSO4 = MgR2 + Na2SO4
树脂交换饱和后，树脂失效，可用再生液对其再生，常用的再生液为饱和盐水。

再生过程如下：
2NaCl + CaR2 = 2NaR + CaCl2
2NaCl + MgR2 =2NaR + MgCl2
软化过滤器的再生也是有自动控制器实现的，软化过滤器的周期制水量和再生周期可通过树脂的交换能力、原水硬度、和树脂的体积计算。

每次再生的耗盐量也可树脂的体积计算。

5、保安过滤器
一般采用不锈钢外壳或塑料外壳内装过滤芯的方式，可去除颗粒直径＞1um的颗粒，去除较小的杂质（如：活性炭颗粒、树脂颗粒、胶体物质等），保护反渗透装置免受颗粒物质的破坏，一般采用定期更换的方式使用。

具体更换周期视原水水质和用水量。

6、预处理的维护：
良好的预处理能够满足反渗透进水水质要求，以确保反渗透装置长期安全的运行，保证产品水量、水质、延长膜的使用寿命，降低运行成本。

预处理的设计出水量是反渗透纯水产水量的2.5倍以上。

（1）、每天检查记录各压力表显示数值（或数值范围）、记录各过滤器前后压差。

（2）、检查各个自动控制起的时钟是否正确，不正确的设置可能导致正反清洗或再生失效，导致RO出水水质不合格。

（3）、每天检查炭滤出水余氯残余量，评定炭滤器的情况，一旦接近超标，立即更换活性炭。

（4）、每天检查盐箱内盐的存量，检测软化过滤器出水硬度，评定软化过滤器的情况，若硬度超标，检查再生情况，查明原因；树脂失效，更换树脂。

（5）、定期检查保安过滤器滤芯情况，更换滤芯。

7、预处理常见故障：
（1）、原水增压泵：
a、水泵不启动，供水压力得不到提高。

可能原因：压力开关、电器控制故障；水泵电机故障。

b、水泵连续运转，供水压力得不到提高。

可能原因：供水不足；压力开关、电器控
制故障；水泵泵头损坏；后续管道严重泄露。

c、水泵频繁启动。

可能原因：压力容器内气囊漏水或气压不足；压力开关或交流接触器故障。

（2）、自动控制器时钟停止，正反清洗、再生不正常。

可能原因：停水；停电；控制器故障。

（三）、RO主机的组成及日常维护
RO主机包括高压泵、RO组件（RO膜和膜壳）、传感器、仪表、电气控制、连接管路和框架。

系统主机同时监测电导率、压力、液位、温度，经过控制器计算后，通过对泵、电磁阀等给类执行部件的控制，实现恒压供水，水质稳定。

1、高压泵
高压泵是RO系统的主要组成部分，它向膜组件提供平稳不间断的流量和合适的压力，对常规符合膜需要1.6MPa，对超低压复合膜需1.05MPa。

一般选用多级离心泵。

2、RO膜组件
RO膜是RO系统的核心组成部分，可除去0.1nm的颗粒杂质，一般可去除分子量大于150的有机物，除盐率高达95%~99.8%以上，是高含盐水采用的主要脱盐方法之一，也是当代公认的先进水处理技术。

RO膜的性能由不同的因素所决定，同时这些因素也将决定产水的质量，只有将这些因素控制在很好的范围内，RO膜才能发挥出最佳性能。

对透析RO水处理系统影响较大的因素有：
（1）、温度大部分膜要求有一个合适的工作温度范围：250C~280C。

温度每降低10C，产水量降低3%，对于气候变化明显原水为地表水的用户，在选择RO水处理系统是要考虑到水温对产水量的影响。

（2）、工作压力只有选择适合水处理工作范围的压力，反渗透装置才能更好的工作，低压膜合适的工作压力在1.06~1.6MPa。

（3）、游离氯游离氯会氧化RO膜，造成RO膜的不可逆损坏，并且游离氯可以透过RO膜，对透析患者造成致命性伤害。

3、仪表、传感器
RO水处理系统的仪表有：原水、产品水电导率计，产品水、排水流量计，不同压力段的压力表，部分机型配置在线余氯显示，温度显示，PH值显示等仪表。

RO水处理系统的传感器有：缺水保护压力传感器，电源缺相保护传感器，电机过热保护、压力传感器等。

4、电气控制
由于设备通过输送管道连接血液透析机，进而与透析患者存在间接电气连接，因此水处理设备被列为医用电子设备，所有项目需要符合国家相关电气安全标准。

RO主机动力电源一般为380V交流电源，控制电源为24V低压直流电源。

（四）、管路
整套RO水处理系统的输水管路分3部分，原水部分、RO主机部分和反渗水输送部分。

反渗水输送部分的管道必须选用卫生级管件，内壁光滑，弧形弯头，整体无死腔。

一般采用316L不锈钢或UPVC材质的管件。

三、双级反渗透
随着血液透析技术的发展，部分透析单位为获得更高品质的透析用水而采用双级反渗透水
处理系统。

双级反渗透系统即：一级反渗透的产品水作为二级反渗透的给水。

在一级反渗透去除98%以上的离子的基础上二级反渗透在去除80%以上的离子，其脱盐率大于：
1－（1－98%）×（1-20%）=99.6%
双级反渗透水处理系统提高脱盐率的同时，进一步降低了微生物和内毒素的污染。