第二節　水處理設備

一、水體污染物

水體是江河湖海、地下水、冰川等的總稱,是地球表面被水覆蓋部分的自然綜合體,它不僅包括水,還包括水中溶解物質、懸浮物、底泥及水生生物等。水體污染是指水體因某種物質的介入,超過了水體的自凈能力,導致其物理、化學、生物等方面特性的改變,從而影響水的利用價值,危害人體健康或破壞生態環境,造成水質惡化的現象。造成水體水質、水中生物群落及水體底泥質量惡化的各種有害物質(或能量)都可稱為水體污染物。

自然界中的水體污染,根據認識的角度不同有不同的分類劃分方法。

從污染成因上劃分可以分為自然污染和人為污染。

指由于特殊的地質或自然條件,使一些化學元素大量富集、天然植物腐爛產生的某些有毒物質、生物病原體等進入水體,從而污染了水質。

指由于人類活動(包括生產性的和生活性的)引起地表水水體污染。

指污染物質從集中的地點(如工業廢水及生活污水的排放口)排入水體。它的特點一是規律性排污,其變化規律服從工業生產廢水和城市生活污水的排放規律;二是污染物相對集中,容易鑒定,污染物的量可以直接測定或者被定量化,污染的影響可以被直接評價。

指污染物質來源于集水面積的地面上(或地下),如農田施用化肥和農藥,灌排后常含有農藥和化肥的成分;城市、礦山在雨季,雨水沖刷地面污物形成的地面徑流等。面源污染的排放是以擴散方式進行的,排放時間不規律,主要與氣象因素有關。

從污染的性質劃分可分為物理性污染、化學性污染和生物性污染。

指水的渾濁度、溫度和水的顏色發生改變,水面的漂浮油膜、泡沫以及水中含有的放射性物質增加等。

包括有機化合物和無機化合物的污染,如水中溶解氧減少,溶解鹽類增加,水的硬度變大,酸堿度發生變化或水中含有某種有毒化學物質等。

指水體中進入了細菌等污水微生物等。

水體污染物從化學角度可分為無機有害物、無機有毒物、有機有害物及有機有毒物4 類。從環境科學角度可分為病原體、植物營養物質、需氧有機物、石油、放射性物質、有毒化學品、酸堿鹽類及熱能8 類。有機物污染的特征是耗氧,有毒物的污染特征表現為生物毒性。

(1)含色、臭、味的廢水影響水體外觀、工業產品質量,水生生物受此類廢水的影響,也帶有臭味,這不僅使魚貝類的質量下降,而且使之無法食用。

(2)有機物污染:微生物快速繁殖,使水中缺氧,引起有機物的發酵,分解出惡臭氣體,污染環境,毒害水生生物,它是水體污染最主要來源。

(3)無機物污染:使水體pH 值發生變化,破壞其自然緩沖作用,消滅或抑制細菌及微生物的生長,阻礙水體自凈作用。同時,增加水中無機鹽類和水的硬度,給工業和生活用水帶來不利因素,也會引起土壤鹽漬化。

(4)有毒物質污染:可毒害生物,影響人體健康,造成水俁病、骨痛病(鎘污染)等疾病。

(5)富營養化污染:造成藻類大量繁殖,使水體缺氧,導致魚類死亡。水中氮化合物的增加,對人畜健康帶來很大的影響,輕則中毒,重則致癌。

(6)油的污染:不僅影響水的利用,還造成魚類死亡、海灘變壞,休養地、風景區被破壞,鳥類等也遭到危害。

(7)熱污染:熱電廠等的冷卻水是熱污染的主要來源,直接排入水體,可引起水溫升高,溶解氧減少,某些毒物的毒性升高,導致魚類死亡或水生生物種群改變。

(8)病原微生物污水:使受污染地區疾病流行。

事實上,水體污染很少是單一類型,多數是多種性質的污染同時存在,并且各種污染互相影響,不斷地發生著分解、化合或生物沉淀作用。

水中物質包括:①不溶解顆粒;②溶解的物質,如溶解的有機物、溶解的無機物;③細菌;④致熱原。

水中鐵粒、砂、硅土等不溶解顆粒物質隨水進入透析水處理系統和透析機,使設備阻塞,儀器失靈。機械過濾可以除去這些顆粒物質。

自來水中的有機物較多,如氯和氯胺等。氯胺家族包括:①氯氣(通常用于殺死飲用水中的細菌、真菌和病毒等);②氯漂白劑。

氯胺是強氧化劑,患者如暴露于高濃度的氯胺中可能會發生如下情況:①高鐵血紅蛋白血癥,使紅細胞失去攜氧能力;②溶血,導致紅細胞破裂,嚴重時出現溶血性貧血,因紅細胞破裂而使紅細胞減少。《上海市血液透析室血液透析水處理系統透析用水和透析液質量控制要求(2014 修訂版)》規定了游離氯的限值為0.5mg/L,氯胺的限值為0.1mg/L。生活用自來水常采用氯胺作為殺菌劑,目前國內執行的《生活飲用水衛生標準(GB5479-2006)》規定了出廠水中的總氯限值為3mg/L。

氯和氯胺可采用色度計或測試條(試紙)進行測試,測試人員須通過色盲測試。氯胺無法直接測量,只能通過總氯和游離氯的測定來計算氯胺含量。氯胺的含量=總氯-游離氯。例如測量的總氯值為1.2mg/L,游離氯為0.8mg/L,那么氯胺的含量為0.4mg/L。

氯胺對透析治療的危害包括:①引起患者急性溶血性貧血和變性血紅蛋白血癥;②損害反滲透膜。可通過活性炭吸附的方法去除氯。美國醫療器械協會(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)對透析用水中的總氯含量規定如下:①總氯含量應低于0.1mg/L;②若總氯為0,則意味著不含氯胺。

為避免造成透析患者傷害,必須高度重視對氯和氯胺的測試。美國醫療保險和醫療補助服務中心(Centers for Medicare and Medicaid Services,CMS)對氯和氯胺的測試要求包括:①開始每次治療前;②更換治療患者前;③若透析中心未設置班次,則每4 小時一次。

水中溶解的無機物種類繁多,臨床實踐中需重點關注的無機物如下:

飲水中含有鐵,一般<0.3mg/L。過多的鐵進入體內可以引起腦、肝、皮膚、關節等損害及內分泌異常。

飲水中的錳含量約為0.05mg/L,錳可以蓄積于肝、骨、腎,特別是中樞神經系統中,可選擇性損害紋狀體、蒼白球,還可以引起內分泌紊亂。

排除方法:氧化裝置和反滲裝置。

硬水中含有鈣和鎂。如果患者接觸到大量此類礦物質,可能出現“硬水綜合征”,表現為:①惡心和嘔吐;②肌肉無力;③劇烈的頭痛;④皮膚發紅;⑤血壓升高或降低;⑥軟組織鈣化等,隨著時間推移,引起患者疼痛、傷害甚至死亡。此外,過多的鈣和鎂還可堵塞水處理設備,并損傷反滲膜。

AAMI 規定透析用水中鈣含量不應超過2mg/L(0.1mEq/L),鎂含量不應超過4mg/L(0.3mEq/L)。

透析患者血液中的鈉離子和鉀離子必須保持在相對精確和恒定的水平。AAMI 規定透析用水中鈉含量不應超過70mg/L(3.0mEq/L),鉀含量不應超過8mg/L(0.2mEq/L)。鈉和鉀可通過反滲及去離子作用系統從原水中去除。

酸性水可使管道內的銅釋放。體內銅含量過高可引起患者不適,表現為:①惡心、嘔吐;②頭痛;③發冷;④胰腺炎;⑤代謝性酸中毒;⑥肝損傷;⑦嚴重溶血。

水處理系統或者輸送過程中使用的鍍鋅鐵材質配管可使水中的鋅含量升高。體內鋅含量過高可引起患者不適,表現為:①惡心、嘔吐;②發熱;③貧血等。

AAMI 規定透析用水中銅和鋅含量水平不應超過0.1mg/L,銅和鋅可通過反滲及去離子作用系統從原水中去除。

飲用水中添加氟是許多地區作為有助于防止蛀牙的公共衛生措施。透析液中的氟化物濃度過高可使患者發生骨病,長期接觸含氟水可導致骨硬化。過多的氟化物還可導致患者出現以下癥狀:①惡心、嘔吐;②肌肉抽搐;③低血壓;④癲癇等。

AAMI 規定透析用水中的氟含量不應超過0.2mg/L。氟可通過反滲及去離子作用系統從原水中去除。

新生兒體內不含鎘,隨著年齡增長,鎘在腎臟和肝臟中的含量增加。鎘的危害包括:①骨病,表現與腎性骨病相似;②阻止腸道中鐵的吸收而引起貧血;③高血壓和動脈硬化等。

自來水中鎘的含量<0.05mg/L。鎘可通過反滲裝置去除。

鋁是一種常見的金屬,可出現在生活用水中。含鋁明礬添加至水中具有凈水及滅菌的作用。鋁還能通過食物被人體吸收,經腎臟排出。當腎臟功能喪失后,鋁便可積聚在大腦和骨骼中。

鋁含量高可導致透析患者出現如下表現:①貧血;②損害神經系統,引起致命腦病,出現透析相關癡呆,表現為思維混亂、短期記憶衰退、性格改變、語言表達困難、肌肉痙攣、產生幻覺、癲癇、思考能力受損,甚至死亡;③長期暴露于高濃度的鋁可引起鋁相關骨疾病(aluminum related bone disease,ARBD),引起患者骨痛、肌肉無力以及骨折等。

透析液是鋁的主要來源,鋁可通過透析膜進入患者的血液中。此外,鋁還可來源于透析設備。有條件的透析中心應監測患者的血鋁水平,并仔細檢查水處理、濃縮液及透析液輸送系統等。由于供水中的鋁含量可隨季節變化,建議對透析用水鋁含量檢測至少每年1 次以上。AAMI 規定透析用水中鋁含量不應超過0.01mg/L。鋁可通過反滲和去離子作用系統從原水中去除。

自來水中鉛濃度的增加可導致貧血及神經系統損害。鉛可通過反滲裝置去除。

一些硝酸鹽可以在井水中被發現,可能來源于細菌或農業化肥。硝酸鹽可導致高鐵血紅蛋白癥,患者還可伴有低血壓及惡心等癥狀。

AAMI 規定透析用水中硝酸鹽含量不應超過2.0mg/L。硝酸鹽可通過反滲裝置和去離子作用系統從原水中去除。

硫酸鹽是蛋白質和氨基酸的正常代謝產物,通常由尿排出,腎衰竭患者可有硫酸鹽蓄積,出現代謝性酸中毒。如透析液中硫酸鹽過多,患者可出現惡心、嘔吐、代謝性酸中毒以及貧血等。

透析液中細菌不應超過100CFU/ml,高于此值時患者可出現發熱,若發生透析膜破裂,還可導致膿毒癥。透析廢液容易滋生細菌、產生內毒素或其他毒性物質,若通過透析膜逆流入血,可引起毒血癥。

死亡細菌的殘骸、鐵、硅酸鹽、黏土膠粒、細菌毒素或多糖類物質等可通過透析膜進入血液循環或直接存在于血液管道中,引起患者寒戰、發熱、惡心、嘔吐、背痛等致熱反應。

二、透析用水制造裝置及其管理

血液透析治療過程中存在許多對人體有影響的物質(表4-2-1)。血液透析時,血液與透析液進行接觸交換,而透析液的配制需要透析用水,因此血液透析治療必須使用透析用水制造裝置。使用經凈化后的透析液進行血液透析治療,可減少血液透析相關的不良反應,并提高透析質量。

透析用水制造裝置的基本組成如圖4-2-1 所示,主要包括前處理裝置(如炭罐、硬水軟化裝置等)、反滲透(reverse osmosis,RO)裝置、供水裝置等。其中反滲透裝置是透析用水制造裝置的核心部件,可通過對原水的反滲透處理將水中99%的溶解物質去除。原水中的懸浮物、有機物以及難溶性鹽類等會在反滲膜的表面蓄積,導致其處理能力降低。為充分發揮透析用水制造裝置的功能并獲得優質的處理水,正確的使用與日常定期的維修保養必不可少。

指符合自來水法規中水質標準的自來水或經過適當處理的地下水。地下水的水質因季節、地域的變化,相差較大,需定期進行水質檢查。為保證透析用水制造裝置更好地運行與管理,需掌握原水水質最差的程度。

水處理系統的運行需要一定的流速和壓力。若流速和壓力不能達到要求或不能維持,可借助增壓泵予以解決。增壓泵在防回流裝置和溫度混合閥的下游開始起作用,增壓泵的前端和后端均設置有壓力表。

在無原水加溫與儲水槽時,可預測水源供給的壓力與容量。

加熱設備可避免因原水溫度過低時,反滲膜處理的水量下降及膜上硅垢的附著。加熱溫度可因原水水質、反滲運轉條件等而不同,通常設置在25℃左右。

為防止反滲裝置、硬水軟化裝置和活性炭過濾裝置的堵塞,需設置濾芯式過濾器(10～20μm)(圖4-2-2)以去除較大的懸浮顆粒(黏土、鐵膠粒、鐵銹等)。過濾器的堵塞通常是由壓力和流量的下降引起,須確保過濾器出、入口的壓力差即每小時的流量。在更換過濾器時可通過壓差進行管理。根據供給水(原水)的水質情況,建議更換的頻率為每2 周～2 個月更換一次。

簡稱砂罐(圖4-2-3)。反滲水對含鐵量有嚴格的限制,鐵(Fe)離子會污染后級軟化系統的樹脂,同時也會損傷反滲膜,縮短反滲膜的使用壽命。如果原水中含鐵較高,則需加裝錳砂過濾,其作用主要用來清除水中的鐵離子。錳砂的主要成分是MnO₂,它是二價鐵氧化成三價鐵良好的催化劑。只要原水pH>5.5,原水中的Fe²⁺便會氧化成Fe³⁺,Fe³⁺立即與OH^-結合成Fe(OH)₃ 沉淀下來。反應如下:

簡稱軟化裝置(圖4-2-4)。該裝置主要是把水體中的Ca²⁺、Mg²⁺去除,常使用的材料為陽離子交換樹脂。其原理為:原水中若含有難溶性鹽類,如Ca²⁺、Mg²⁺等,則會在反滲膜表面析出并形成水垢,導致處理的水量下降、水質惡化,故應在反滲膜前將其去除。硬水軟化就是利用Na⁺與Ca²⁺、Mg²⁺等二價陽離子進行置換,經軟化處理后,水中的Na⁺增加,但由于Na⁺較難析出,可通過反滲膜輕易去除。

注意事項:①原水中殘留的氯氣可引起硬水軟化裝置中的強酸性陽離子交換樹脂發生氧化反應,在Fe、Cu 等離子作為催化劑的情況下,可加強這種反應,使離子交換樹脂因氧化而膨脹,導致對水流的抵抗增加,在灌水逆向清洗時可有細微的樹脂流出,發生逆向清洗不良(即離子交換能力低下)等情況。理論上講應在硬水軟化裝置前去除原水中殘留的氯氣,但為了抑制透析用水制造裝置中的細菌增殖,一般不在硬水軟化裝置前除去殘留的氯氣。②當水處理不充分(即硬水漏出)時,需確認再生時的鹽量、鹽水罐內有無鹽橋、供給水(原水)的硬度等情況,以便及時進行鹽量的補充及對鹽水罐進行攪拌等。當原水硬度增加或處理水需求量增加時,應改變再生頻率。在使用地下水時,需考慮季節等變化,加強檢測以確保供給水的硬度。離子交換樹脂可因供給水中殘留的氯氣而發生氧化變質,須每2～3 年更換一次。

由活性炭作內襯的鐵制或纖維增強復合材料(fiber reinforced polymer,FRP)制容器中填充而成,使用的顆粒狀活性炭主要是椰殼活性炭,用以去除殘留的氯氣,見圖4-2-5。若殘留氯氣未完全去除而隨透析液流出,可通過透析膜引起患者溶血。

由于反滲膜多采用合成高分子類材質,可因氧化變性導致處理的水質降低。建議在活性炭過濾裝置喪失功能前更換活性炭,以保證殘留氯氣的去除。同時出于對氯氣殺菌作用的考慮,建議1～2 年更換一次活性炭。

在使用濾紙型活性炭過濾裝置時,需加強監測與管理:①監測處理水中的殘氯:在濾紙型過濾裝置的過濾過程中,由于停滯的水量較少,雖有利于防止細菌污染,但也導致氯氣殘留過多;②監測壓力差:濾紙型過濾裝置將所有的過濾過程合并,容易發生供給水中的懸浮物、微粒子(硬水軟化裝置的氧化膨脹細微樹脂片)等堵塞通路的現象,造成處理水量的下降。

設置濾芯式二次過濾裝置以去除經硬水軟化裝置、活性炭過濾裝置后漏出的細微物質或通過的一次濾過粒子。作為反滲膜前的最后一段過濾,二次過濾采用的是孔徑為3～5μm 的過濾膜。濾紙型活性炭過濾裝置也具有二次過濾的作用。

透析用水制造裝置、透析液供給裝置以及患者監測裝置之間由專用配管連接。配管的材質最初為氯乙烯材料,隨著對透析液凈化的重視,轉而采用液體接觸面磨光的氯乙烯清潔管道、特氟隆或硅制軟管等。為保證配管內的光滑,還可采用生物膜難以形成的聚偏氟乙稀(polyvinylidene difluoride,PVDF)材料。PVDF 對熱和化學物質的抵抗力較強,作為配管材料具有相當的前景,但相較其他配管材料,價格較高。

以壓力為推動力的膜分離技術又稱為膜過濾技術,它是深度水處理的一種高級手段。根據膜選擇性的不同,可分為微濾(micro filtration,MF)、超濾(ultra filtration,UF)和反滲透等,見表4-2-2。

微濾膜過濾技術是篩分過程,屬于精密過濾的一種。超濾膜利用的是篩分原理分離,適用于大分子物質與小分子物質分離、濃縮和純化過程。反滲透是指在高濃度溶液側外加的壓力大于滲透壓時,高濃度側的溶劑會克服滲透壓向低濃度側移動,從而達到溶劑與溶質的分離(圖4-2-6)。根據不同的目的,可采用不同的分離技術。

反滲膜根據材質,可分為“纖維素類膜”“芳香族聚酰胺膜”與“合成復合膜”;根據形狀,可分為“板塊-框架模塊”“螺旋形模塊”“中空型模塊”和“管型模塊”。反滲膜的構造見圖4-2-7。

透析用水制造裝置中的反滲膜材質多為“芳香族聚酰胺膜”“合成復合膜”,形狀多為“螺旋形模塊”或“中空型模塊”。多數反滲裝置采用“合成復合膜”與“螺旋形模塊”的組合,優點在于體積較小但膜面積較大,與“中空型模塊”相比,不易污染。

反滲膜是反滲裝置的核心,獲得的水質和水量根據供給水的性狀以及系統運轉情況(水溫、回收率、運轉壓力等)而不同。反滲膜的壽命、理化損傷情況和膜表面污染程度相關,降低理化性因素的損傷以及膜表面的污染可延長反滲膜的壽命。由于理化性損傷與膜表面的污染不可避免,必須加強對反滲前處理裝置的管理。

在反滲膜的正常使用過程中,水量隨供給水的溫度、水壓的上升而增大,水質隨水量的增大而不斷改善。反滲裝置多在定量處理模式下運行,在供給水溫變動時,須予以校正。通常以25℃時的水量作為標準水量,通過增減溫度(1℃)來上調或下調整水量(2%～4%)。

當反滲裝置的去除率下降或處理水量降低時,需對反滲模塊進行清洗或更換。反滲模塊的清洗可使用化學性物品,以低壓、低流量的狀態從模塊入口至出口循環流動。可根據供給水的性狀、運轉條件、運轉狀態、水質情況等判斷膜表面的污染物,選擇相應的清洗藥品。通常情況下,無機類污染物常用酸(鹽酸、枸櫞酸等)清洗液,有機類污染物可用堿(NaOH 或表面活性劑等)清洗液。

在發現反滲裝置有功能下降的跡象時,應盡早進行清洗以獲得良好的清洗效果。判斷清洗的時機主要有以下3 項:①水量:較最初下降10%～15%;②水質:較最初下降10%～15%;③反滲模塊入口與出口的壓力差:較最初增加10%～15%。

隨著反滲水槽內的水量變化,水槽內的濕氣通過空氣過濾器(0.2μm)與外部空氣進行交換。為避免濕氣造成的通氣能力下降,過濾器應采用疏水性材料。在使用過程中,空氣過濾器可因攔截外部空氣中的微粒子和灰塵等而發生堵塞,導致通氣量極度降低,水槽內、外的壓力差增大,引起控制水位的浮球開關誤操作,甚至造成反滲水槽破損、變形。更換時機因裝置的環境、反滲裝置的工作頻率而不同,建議至少1 年更換一次。

反滲膜處理后的水可儲存在反滲水槽內,起到應對反滲水需求量增大的緩沖作用。作為裝置故障或緊急時需要的緩沖槽,其容量必須較大;但出于減少污染的可能,又希望其容量較小。為避免在反滲槽排水時的液體滯留,目前已引入了水槽底面四角錐形化的設計。

活性炭過濾裝置后的處理水因游離氯氣的去除而易發生細菌污染,即使是缺乏營養的反滲水也可能存在菌種的繁殖。為避免在儲存時的再次污染,可設置紫外線殺菌裝置。

紫外燈是人工制造的低壓水銀燈,能輻射出波長主要為253.7nm 的紫外線,殺菌能力強而且穩定,在反滲水槽中多采用浸泡式,從反滲水槽的上方以及側面插入,將收納于石英管內的殺菌燈浸泡在反滲水槽內,對處理水進行殺菌(圖4-2-8)。由于紫外線的殺菌能力隨著時間會不斷降低,建議在規定時間內進行更換。不同種類殺菌燈的更換時間不同,但一般為使用8000 小時左右后更換。

三、水處理系統的監控

對水處理系統的監控是透析監護的一個重要部分,如果水處理系統無法正常運轉,將會給患者帶來巨大危害。水處理系統的監控指標、監測點和監測模式見表4-2-3。

水處理監控是血液凈化中心(室)質量持續改進計劃的關鍵組成部分。通過對水處理系統各部分參數指標的測試,可了解水處理系統的運轉狀態。各血液凈化中心(室)可根據自身實際情況制訂水處理設備的每日登記內容。若所在地的供水處理方式發生了改變,則需要經常測試或改變水處理系統的某些部分。

水廠的供水處理方式若改變可影響水質,需要及時向血液凈化中心(室)發出警告,故所有的血液凈化中心(室)都應與當地水廠保持密切聯系。一旦水廠原有的水處理發生改變,需及時通知血液凈化中心(室)。一般情況下,每年至少與當地水廠交流一次,以提醒血液凈化中心(室)對當前的水處理設備進行必要的更新與升級。

供水溫度過高會對反滲膜造成損害。為保護反滲膜并保證反滲水的出水量,需要將供水溫度控制在25～28℃(77～82 ℉)。如果水溫發生了變化,反滲水的質量也會發生變化。

每天需對溫度混合閥后的溫度進行檢測,溫度應在設定范圍內,除非設備發生故障,每日不應有太大變化。

防回流裝置可降低水的流量和壓力,必須每年進行一次檢測。若能測定防回流裝置的前、后壓力,需保證兩者之間的壓力差不大于10 磅/英寸²。若只能對防回流裝置后的壓力進行測定,需確保有足夠的壓力和流量。

隨著時間的變化,設備可能因堵塞而導致壓力發生改變。在正常情況下,系統的壓力水平均有一定的變化,需確定壓力的基線及其波動情況。通常,一個大型反滲系統的反滲水流量約10～12 加侖/分,壓力約30 磅/英寸²

過濾器可因吸附離子而導致堵塞,從而使水流量減少。每日需對過濾器的前、后壓力進行檢測,以確保其處于正常的流速狀態。若△P 較新濾器大于10 磅以上,則需更換或反沖過濾器;若過濾器自帶反沖定時器,則檢查定時器設置,以確保其只在非透析時進行反沖。

按要求,反滲系統與軟水器為連鎖控制,反滲系統不能在軟水器再生時工作。

水軟化裝置的檢測包括:①每日透析治療結束后,測量水軟化裝置的水硬度,水硬度值不得超過1 格令數(GPG)/加侖,即17.5mg/L。②鹽水罐中應有足夠的鹽,以保證再生。若鹽水平太高,則可能發生鹽橋,由于鹽的頂部變硬,即使鹽量不足也看似已滿;若鹽水平太低,則因鹽水濃度太低而無法進行再生。③檢測再生系統的時間設置,確保在再生過程中不會進行透析治療。

炭罐與反沖定時裝置連用,需檢測定時裝置的準確性,確保在反沖過程中不會進行透析治療。在第一次測試運行前,需保證水處理系統已工作15 分鐘以上;否則當系統啟動時,得到的是罐中存放了一晚的樣本,而非真正由炭罐在以正常流速下產生的樣品。在檢測時,需確保測試條的敏感度不超過允許的最大極限。

可通過對反滲設備參數的測定反映其運行狀況。通常需檢測以下幾個部位的壓力:①入水水壓(為能保證通過反滲裝置,通常為10～12 加侖/分,30～40磅/英寸²),但可根據不同的系統而變化;②壓力泵將水推向反滲膜所產生的壓力;③反滲水的壓力。

可采用流量計對水流量進行測量,通過對以下部位水流量的測定,可了解:①反滲水水流量,即通過反滲膜的純凈水量;②廢水水流量,即流入下水道的水量;③直供系統水流量,即通過循環的反滲水與原水的混合量。

需每日檢查反滲系統中的流量和壓力參數。反滲系統中的壓力與流量相關,若反滲透泵的壓力降低,則反滲水流量及廢水流量也會相應下降。需注意:①如果水泵壓力沒有改變而出水量下降了,那么反滲膜可能發生堵塞;②泵與廢水排出端之間的壓力差(△P)過大可能意味著反滲膜遭到了污染或損壞。

對反滲系統的監測包括:①了解系統中壓力和流量的基線值,并檢查其有無偏差;②觀察并分析壓力和流量隨時間變化的趨勢;③檢測水中總體溶質的含量,監測反滲水的水質情況。

去離子作用(deionization,DI)系統無相應的移動部件,監測非常簡便。需不斷監測產水電阻率,使其大于1 兆歐/厘米。按CMS 要求,血液凈化中心(室)的去離子作用系統底部應設有一個自動轉移排水系統,以避免消耗完結的罐內水與患者接觸。

通過每日對罐體前、后的壓力檢測,以監測去離子作用罐的壓力差(△P)。新裝去離子作用罐的壓力不應大于正常操作壓力10 磅/英寸²。

通過對供水端水質的化學分析,可了解水質的狀況,并判斷其是否符合標準。水質的情況至少每年測定一次,可參見AAMI 透析用水標準。

每日均需檢測電導度以反映水質情況。通過測量水的電導率,可間接反映水中溶解物質的總含量(total dissolved solids,TDS)。在物理意義上來說,水中溶解物越多,水的TDS 值就越大,水的導電性也越好,電導率值也越大。測得的電導率可代表TDS 值,單位為mg/L。TDS 的去除率計算公式為:[1-(輸出電導度值/輸入電導度值)]×100%。

例如,輸入TDS 為100ppm,輸出TDS 為8ppm,則總TDS 去除率=[1-(8/100)]×100%=92%。

CMS 規定,若總TDS 除率低于90%,則應采取相應措施。各國對TDS 去除率有不同的限定。電導率的測定受溫度影響,為比較物質在不同溫度狀況的電導率,必須設定一個共同的參考溫度。應設置報警范圍,以保證水質符合AAMI 標準或根據當地的原水水質分析情況予以規定。

經去離子作用后的水較反滲水更純凈,因此電導度也更低,增加了測定難度,可監測水的電流阻力,即逆向或相反電導率。若經去離子作用后的水電阻率小于1 兆歐/厘米,則不能用于透析治療。不同系統的監測方式可能不同,需了解各自血液凈化中心(室)的去離子作用系統是如何工作的。通常,發光二極管(light emitting diode,LED)指示燈可提示當前的水質狀況。

血液凈化中心(室)應對水質進行持續監測,需時刻注意水處理的報警提示,以確保TDS去除率滿足AAMI 標準(即>90%),同時應保證經去離子作用后的水電阻率大于1 兆歐/厘米。

四、水處理系統消毒

水處理系統必須盡可能避免污染,為此需要定期進行消毒。最常見的消毒方式為化學消毒(如過氧乙酸),此外還有臭氧消毒和熱消毒方式。這些方式不會對水處理系統的材質造成損害。生物膜是影響水處理系統消毒的一個主要問題,生物膜一旦形成就無法去除。避免生物膜的有效方法是精心設計輸水管道系統和完備的消毒計劃。不能等到生物膜形成一定量后再去消毒,而要在第一次出現跡象就開始,這樣的消毒效果更好、成本更低。必要時還需更換全部或部分的輸水管道以去除生物膜。

透析用水制造裝置的微生物污染管理主要針對反滲膜之后的裝置,并不包括從原水到硬水軟化裝置以及活性炭吸附裝置等。

透析用水制造裝置、透析裝置以及將其連接的配管系統可以認為是一個系統。低濃度藥液自動填充(封入)法就是用低濃度藥液對這個系統進行整體消毒。具體操作為:在夜間透析用水制造裝置停止運行時,用低濃度藥液(主要為濃度高于0.2%～0.3%的過氧乙酸或200～1000ppm 的次氯酸鈉)填充整個系統:“藥液填充”“洗出洗凈”“透析準備”三個步驟的工作從深夜一直持續到早上。一般每次消毒時間持續120 分鐘,這一系列的步驟都是自動運行的。

與低濃度藥液自動填充法的方法相似,主要是利用熱水(85℃以上)以及熱傳導的方法進行消毒;相較于藥劑消毒具有環境污染少的優點。工序與使用藥液時一樣,分為“熱水供給”“降溫洗凈”以及“透析準備”三個步驟。熱水消毒需要注意的是,熱水可能使連接材料老化,因此需要明確透析用水制造裝置和配管使用的材料性質。一般每次消毒時間持續約90 分鐘,這一系列的步驟都是自動運行的。

不同品牌及型號反滲機的化學消毒方式會有不同,需參考水處理設備廠商的操作手冊。以下舉例DWA 的S-TP 型號水機及金寶(GAMBRO)的CWP 60系列水機做簡要介紹。

DWA 的S-TP 5-5 型號水機對反滲與環路部分消毒簡易步驟如下:

反滲膜的消毒,要求過氧乙酸的濃度不高于0.2%。

已知modula S-TP 5-5的反滲部分容積為V1=104L,所需過氧乙酸濃度為C1=0.2%,過氧乙酸原液的濃度為C2=15%,則需準備的過氧乙酸原液量為V2=V1×C1/C2=104×0.2%/15%=1.39L(可以準備1.5L)。

見圖4-2-9。

1)關閉水機到等候狀態。

2)設置三通閥(V3)位置到RING 環路位置。

3)在主機服務模式下,選擇消毒模式。

4)按確認鍵,選擇“ROandRING”模式。

5)關閉軟水進水閥,關閉水機的V6 手動閥。

6)等到水機出現水箱內液位報警,把水箱蓋子打開。

7)加入準備好的一半過氧乙酸原液0.7L 左右。

8)打開軟水進水閥。

9)水機再次啟動后,一級膜出水的CD2 達到限值后,水機會停下來等候加入另一半過氧乙酸原液。

10)加入另一半過氧乙酸后,按鍵4 繼續運行過氧乙酸注入,當二級膜出水CD4 達到限值(65μS)或用試紙在排放口測到過氧乙酸濃度達到0.15%,按4 鍵停下來進入 浸泡階段(會顯示剩余時間,可在LIMITVALUE 第23 選項內進行設置),此時可將V6 回復至原來最大排放位置,到浸泡時間結束時,會自動進入沖洗階段;當檢測到基本無過氧乙酸(殘留<10μS/cm)時,在界面上按4 鍵返回待機狀態。若此時在排放口檢測還有過氧乙酸殘留,則將三通閥(V3)位置調到排放,然后可多次開機運行,直到排水口與環路各終端口檢測均無過氧乙酸殘留(一般情況<10μS/cm),消毒結束。

GAMBRO“CWP60”系列型號水機反滲膜化學消毒簡易步驟如下:

(1)“CWP60”系列型號水機操作界面:見圖4-2-10。

(2)反滲膜化學消毒簡易步驟

1)進入消毒模式:①按鍵直到顯示;②按鍵移動光標至此;③利用數字鍵輸入消毒代碼并按;④然后按將光標移至;⑤按鍵進入消毒模式,屏幕顯示。

2)內部循環,加入消毒劑:見圖4-2-11:①打開CWP60 型水機的前門;②關閉閥門(129、126、127),打開閥門128;③按啟動內部循環,顯示內容變為;④移去進水箱上的蓋子,在1 分鐘內向水箱緩慢加入指定量的消毒劑,然后蓋上蓋子;⑤現在主泵將間斷運行(動作1 分鐘,暫停5 分鐘);⑥讓消毒劑循環約30 分鐘,按兩次可顯示已用時間:;⑦當達到指定時間后,按下,屏幕顯示:。

3)沖洗:見圖4-2-12:①關閉128 閥門并打開129 和127 閥門,126 閥門須處于常閉狀態;②按下,屏幕顯示并啟動沖洗;③沖洗CWP60 至少100 分鐘,按兩次可顯示已用時間:;④關閉127 閥5 秒鐘,沖洗產品水一側的溢出液閥門,然后再次打開127 閥門;⑤打開128 閥門30 秒鐘,沖洗再循環管道,然后再次關閉128 閥門;⑥殘留物測試1:在沖洗周期結束時,必須進行殘留消毒劑測試,以確保CWP60 已被徹底沖洗干凈,在CWP60 的右側漏斗中采集樣品,并驗證水中檢測不到殘留消毒劑;⑦測試完成后,打開126 閥并關閉127 閥,讓產品水流入分配系統;⑧殘留物測試2:對治療室中所有水開關處進行消毒劑殘留量檢測,并驗證水中檢測不到殘留的消毒劑;⑨按下,顯示內容變為,消毒結束。

部分型號反滲機的反滲膜可進行熱消毒,這主要取決于反滲膜本身的特性,熱消毒由反滲機內部程序自動控制。以下舉例CWP 60 系列水機做簡要介紹:

CWP 60 系列水機手動啟動熱消毒步驟如下:

(1)請確保光標處于屏幕的左上角,輸入操作員代碼并按下,此時屏幕會顯示。

(2)按鍵,啟動熱消毒,同時黃色燈開始閃爍,延遲3 分鐘后供水管路開始熱消毒,同時黃色燈開始常亮,此時會顯示:。

(3)按鍵,熱消毒停止,此時屏幕會顯示:。

而CWP 60 系列水機自動啟動熱消毒步驟為遠程控制盒的鍵處于AUTO 位置,如果已選擇自動啟動功能并且沒有執行任何操作,則熱消毒將在Time channels 中編排/預設的時間點自動啟動。

目前反滲膜的化學消毒多為使用過氧乙酸和過氧化氫類的混合物進行消毒。過氧乙酸和過氧化氫類混合物的原材料為過氧化物。

為減少對膜的影響,在使用時須注意以下幾點:

消毒液的溫度要控制在25℃以下。

消毒液中過氧化氫濃度應控制在0.2%～0.25%以下。

膜表面不應附著鐵、錳等可引起氧化催化反應的金屬。

常使用最終濃度為不低于0.2%的過氧乙酸消毒水箱及配管。根據所使用水箱的體積及配管的長度,估算總容積,并計算所需使用的過氧乙酸量。注入相應容量的過氧乙酸并循環30 分鐘,使消毒液滯留2～6 小時,反滲水沖洗2 小時,最后在配管的出水口、中段、回水口使用過氧化物測試紙檢測殘余量,以確認無消毒液殘留,如仍有殘留則需繼續沖洗,直至消毒液檢測不出為止。

部分型號的反滲機可每天對其配管進行熱消毒,這取決于所用配管材料的特性。熱消毒由反滲機內部程序自動控制。

反滲膜處理后的水可儲存在反滲水槽內,起到應對反滲水需求量增大的緩沖作用。作為裝置故障或緊急時需要的緩沖槽,其容量必須較大;但出于減少污染的考量,又希望其容量極小。為避免反滲槽排水時的液體滯留,目前已引入了水槽底面四角錐形化的設計。

活性炭過濾裝置之后,由于游離氯的去除,處理水容易發生細菌污染。即使在反滲水缺乏營養的條件下,也存在能夠繁殖的菌種。為防止在儲存時的再次污染,可設置紫外線殺菌裝置。多采用浸泡式,從反滲水槽的上方以及側面插入,將收納于石英管內的殺菌燈浸泡在反滲水槽內,對處理水進行殺菌。由于紫外線的殺菌能力隨著時間會不斷降低,建議在規定時間內進行更換。不同種類殺菌燈的更換時間不同,但一般為使用8000 小時左右后更換。

五、水處理系統的管理維護

血液凈化中心(室)水處理系統是價格比較昂貴且對安全要求極高的治療用水生產系統,需定期進行維護保養。水處理系統的維護保養通常由設備生產廠家的維修人員專門負責。醫院血液凈化中心(室)須要求廠家相關維修人員定期(通常每半年或一年一次)對水處理相關設備進行全面的專業保養,包括對反滲機的各個參數及壓力進行校正和測試,對各系統、各管道進行檢查等。醫院血液凈化中心(室)專職工程師則主要負責水處理系統的日常維護與保養。

在原水增壓泵的前、后各有一個壓力表,用于監測增壓泵前、后的壓力變化。通常增壓泵后的壓力大于泵前的壓力,當泵前壓力低于0.5kg/cm²時就要檢查供水水源的壓力,以防止增壓泵空轉造成損壞。

安裝時需要有閥門,包括增壓泵進水閥、增壓泵出水閥和增壓泵旁路閥,目的是為了在遇到緊急情況時(如增壓泵發生故障),可關閉進水閥和出水閥,使原水通過旁路閥應急使用。

在原水過濾器前、后各有一個壓力表,用于監測原水過濾器前、后的壓力變化。通常過濾器后壓小于前壓,當原水過濾器前后壓力差大于0.5kg/cm² 時就要注意檢查過濾器中的濾芯是否發生阻塞,如果阻塞,則需及時進行更換。在平時使用過程中定期更換原水過濾器中的濾芯。

在砂濾罐前、后各有一個壓力表,用于監測砂濾罐前、后的壓力變化。通常罐后壓小于罐前壓。當砂濾罐的前、后壓力差大于0.5kg/cm²時就要注意檢查砂濾罐是否發生阻塞,必要時需進行反沖。反沖程序的頻率由原水水質及反滲機使用頻率決定。每天治療開始前需檢查罐體控制頭時間是否準確。

安裝時需要有閥門,通常包括砂濾罐進水閥、砂濾罐出水閥和砂濾罐旁路閥,目的是為了在遇到緊急情況時(如控制頭或罐體發生故障),可關閉砂濾罐進水閥和出水閥,使水流通過旁路閥應急使用。

在炭罐前、后各有一個壓力表,用于監測炭罐前、后的壓力變化。通常罐后壓小于罐前壓。當炭罐的前、后壓力差大于0.5kg/cm² 時就要注意檢查炭罐是否發生阻塞,必要時需進行反沖,如果反沖后仍然達不到要求,則建議更換活性炭填料。炭罐反沖程序的頻率由原水水質及反滲機使用頻率決定。每天需對炭罐出水采樣口進行采樣,以檢測水中游離氯及總氯是否符合質控要求,這是反沖頻率設定的重要參考。每天治療開始前需檢查罐體控制頭時間是否準確。

安裝時需要有閥門,通常包括炭罐進水閥、炭罐出水閥和炭罐旁路閥,目的是為了在遇到緊急情況時(如控制頭或罐體發生故障),可關閉進水閥和出水閥,使水流通過旁路閥應急使用。

在樹脂軟化罐前、后各有一個壓力表,用于監測樹脂軟化罐前、后的壓力變化。通常罐后壓小于罐前壓。當炭罐的前、后壓力差大于0.5kg/cm² 時就要注意檢查軟化罐是否發生阻塞,必要時需進行再生程序,如果再生后仍然達不到要求,則建議更換樹脂填料。軟化罐反沖程序的頻率由出水硬度值及反滲機使用頻率決定。每天需對軟化罐出水采樣口進行采樣,以檢測水硬度是否符合質控要求,這是再生程序設定的重要參考。每天治療開始前需檢查罐體控制頭時間是否準確。

安裝樹脂軟化罐時需要有閥門,通常包括軟化罐進水閥、軟化罐出水閥和軟化罐旁路閥,目的是為了在遇到緊急情況時(如控制頭或罐體發生故障),可關閉進水閥和出水閥,使水流通過旁路閥應急使用。鹽缸內需定期加入純凈的氯化鈉,以保證樹脂再生時所需鹽水的飽和度。

每天需檢查水處理系統的反滲機是否正常啟動與運行、時間顯示是否準確、各項參數顯示是否正常、進水壓力是否≥2.5mPa、出水壓力是否≥2kg/cm、流量是否達到輸出要求、電導度值是否<30μs/cm、各級管道有無滴水等情況。

由于水處理系統是一個高成本、系統自動化程度較高且運行較復雜的系統,對水處理系統的檢修必須由設備廠商的專業維修人員進行。

(黃華敏　宋羽成　柯曉潔　丁小強)

參考文獻

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.國家食品藥品監督管理總局.中華人民共和國醫藥行業標準YY0572-2015:血液透析及治療相關用水.2015.

7.陳斌,王艷麗.血液透析水處理的質量控制.醫療設備信息,2001,16(12):32-33.