臭氧在血液透析水消毒处理系统中的作用

臭氧在血液透析水消毒处理系统中的作用

作者：詹承

来源：《中国医药科学》2012年第10期

[摘要] 简单介绍臭氧的特性及其在血液透析水消毒处理系统中的作用和消毒原理，列举臭氧消毒灭菌方法与常规消毒灭菌方法相比具有高效、方便、经济等特点，并对臭氧消毒的前景提出了自己的看法。

[关键词] 臭氧；净化；水处理；透析

[中图分类号] R692.5 [文献标识码] B [文章编号] 2095-0616（2012）10-197-02

臭氧（O3）具有强氧化性和广谱性，在其消毒杀菌过程结束后具有自解还原成氧气，不产生任何残留和二次污染的特性，可杀灭细菌繁殖体、病毒、真菌及芽胞等，并可破坏肉毒杆菌毒素[1-2]。最近，臭氧消毒由于其更快且强大的微生物活性，更多替代氯气消毒使用。在血液透析中，臭氧可用于机器或清洗透析浓缩液容器消毒水处理，但目前公布的有关文献非常有限的。现就臭氧在血液透析水消毒处理系统中的应用现状予以综述。

1 臭氧的特性

1.1 臭氧的基本性质

臭氧在大气中微量存在，密度为1.68（空气为1），在水中的溶解度较低（3%），是无色无臭不可燃的气体。低浓度时具有特殊的草腥味，高浓度时呈淡蓝色。臭氧化学性质活泼，在水中其氧化还原电位仅次于氟，是氯的600倍，为已知最强的氧化剂之一，具有很强的消毒、杀菌能力[3]。

1.2 与臭氧相容的材料

臭氧是一种强氧化剂，可以摧毁大多数类型的材料。例如，臭氧与聚氯乙烯（PVC）不兼容，大多数水管都是PVC制成的。然而，在用于消毒的目的状态下，PVC不受影响。臭氧还会氧化大多数塑料、橡胶O型圈和密封垫。因此，使用臭氧必须要有合适装载容器，如聚氯乙烯，聚四氟乙烯，聚偏二氟或不锈钢（AISI型316L）[4]。这种限制不仅适用于管道和任何储存罐，整个系统中如泵、阀及其他配件、O型圈和密封垫也都要考虑。

1.3 消毒的特性

臭氧消毒是非常突出的，性能远远优于次氯酸钠，甲醛和过氧乙酸，通常在水消毒系统使用。臭氧浓度0.2~0.5 mg/L，接触时间在10 min，能杀死细菌、细菌孢子、水中病毒。与其他消毒剂相比，O3在对付非活跃的微生物方面最有效，紧随其后是氯氧化物、次氯酸钠、氯

胺。在不同浓度下杀菌效果，臭氧是氯氧化物的9倍和氯胺的4倍。臭氧在一定浓度和时间条件下，对于降低内毒素也相当有效。

1.4 生物膜预防和去除

臭氧在自由气体形式下，在较高浓度下比其他潜在消毒剂如氯等更容易作用到生物膜。生物膜具有很强亲水性，使得其水分充足。此属性以及高极性多糖，使生物膜成为臭氧对象。作为预防性治疗的常规应用，臭氧限制生物膜向下游累积。臭氧还具有较高的去除功效，但限制了破坏生物膜。如果可以实现超氧化物达到一定浓度，生物膜的破坏可能是可能的。然而，较高的臭氧水平会使一些材料的寿命缩短。

2 血液透析的臭氧系统设计

水处理应用中臭氧系统由4个主要组成部分构成。包括气体供应、产生臭氧，臭氧注入或吸入，并销毁多余的臭氧。

2.1 臭氧发生器

臭氧发生器由3个部分组成：自动空气干燥机组、高压变压器和臭氧发生器管。该机组产生的臭氧气体，通过喷油器控制流量注射入水中。血液透析应用的臭氧发生器应使用氧气作为原料气，不能使用空气，因为其含有78％的氮气，最后气体混合物除了氧气和臭氧，还含有剧毒的氮氧化物。

2.2 臭氧注入或吸入

臭氧通过接触水形成富含臭氧的传输水，并留出消毒接触时间。臭氧气体一旦转移到水中，臭氧与有机和无机成分，包括任何病原体发生溶解反应。未转移到水中的臭氧，通过尾气释放。臭氧消毒的转移效率通常要＞80％。

2.3 销毁多余的臭氧

含有臭氧的水，对人体是有害的，需要将臭氧除去。可以利用紫外线照射水来去除臭氧。过程中让臭氧分子分解成一个氧气分子加上一个氧原子，它会与另一个原子结合要形成一个新的的氧分子。去除的有效性取决于紫外线照射强度。其他安全方法消除臭氧的方法有，使水温升高，超过30℃，臭氧就会离开。

3 臭氧测量和控制

可以使用氧化还原电位分析仪、紫外分光光度仪、色度计或传感器、臭氧与乙烯的光化学反应来监视和控制溶解臭氧量。美国医疗仪器协会推荐使用靛蓝三磺酸盐比色法测试，或当量

测量，测试每个时点的消毒效果，并定期测试臭氧在环境空气含量，以确保遵守职业安全及健康管理局允许暴露限值为0.1 ppm要求。

4 与臭氧接触相关的安全问题

4.1 患者安全

臭氧半衰期很短约25 min，在20℃的水中，在紫外线照射下很快就会去除。为确保彻底去除臭氧，在透析水循环前最少1 h应停止输入臭氧。此外，所有的透析用水必须首先通过紫外线单元。紫外灯的辐射能量几乎是瞬间会使臭氧变成氧分子。最后，透析机本身作为一个水通气主要功能。

4.2 操作安全性

操作臭氧系统的安全注意事项包括臭氧接触的可能性。

臭氧是一种有毒气体。它安全可闻浓度是0.02~0.04 ppm，毒性临界0.4 ppm。毒性临界浓度是可闻浓度的10倍，这也是其与环氧乙烷气体相比的安全考虑之一。

大多数国家职业法规，臭氧的最大临界浓度是0.1~0.2 ppm。在超过1 ppm浓度下呆24 h，臭氧对眼和呼吸道的刺激性是不可逆转的。

5 臭氧在血液透析中的实际应用

臭氧似乎是一个最有前途的非化学供水系统消毒血液透析的方法。最近，欧洲单位（即瑞士所有州医院）及美国越来越多的透析正在使用臭氧消毒其配水系统和透析液集中容器。从实际应用的结果来看，臭氧在透析系统中水处理方面效果良好且最为经济：（1）与其他透析消毒方法的比较。臭氧是一种非常有效的和有前途的血液透析消毒剂，优于二氧化氯、过氧酸、次氯酸钠、甲醛。（2）操作考虑。每天晚上透析结束后，臭氧生成器生成臭氧对输送环路，容器，浓缩系统进行消毒。为确保合适的杀菌效果，美国全国肾脏技术员协会技术手册推荐浓度为：10 min下臭氧浓度1 ppm或20 min下臭氧浓度0.5 ppm。定期监测水及周边空气中臭氧浓度（靛蓝trisulfonate或数字色度计）。（3）成本分析。臭氧消毒与其他方法相比，如消毒用过氧乙酸或加热消毒法，是最为经济的透析水消毒方法。如表2所示，在12个工作站中，臭氧消毒在能源消耗和成本上比巴氏杀菌都更具优势。见表1、2。

6 展望

臭氧消毒与其他消毒方法相比，具有快捷、高效、稳定、无二次污染等特点，并且存在低能耗、节省人力资源等优势。由于臭氧的强氧化性，利用臭氧进行工作站水处理是一种很有前途的微生物、内毒素和生物膜控制的方法。但如果在血液透析中广泛推广还需要开展更为广泛深入的调查。