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1、血液透析用水系统组成 及水质控制,广东省人民医院肾内血液净化中心 李永友,透析用水对透析治疗的重要性,超过 99.3 % 透析液是水 每个病人一次透析用120-150L透析液 每个病人一年将用15000-26000 L透析液 Online HF、HDF 的置换液由透析液在线产生，对透析用水和透析液要求极其严格,中国SOP(2010)透析用水允许的化学污染物最大浓度,细菌及内毒素标准,* ND = Not detected. The lower detection limits are different according to the measuring methods.,透析用水的来源,水
2、处理用水的来源称为原水 地表水 - 自来水;浅井水 地下水 - 井水（深）,原水中潜在的污染物,不溶性颗粒和纤维 如胶体、泥沙、铁锈、肉眼可见物等 化学污染物 自由氯、氯胺 铝 、铜 、锌 、硝酸盐、硫酸盐、氟化物等 微生物 如细菌、热原体、藻类、真菌、芽胞等,水处理系统的组成,水处理系统包含三个基本部分: 水预处理系统 反渗透系统 供水系统,自来水,原水,去除 悬浮物,氯、氯胺 去除,防止膜元 件结垢,软化器,介质过滤器,活性炭过滤器,预处理系统,水预处理系统,预(前)处理系统包含 精密过滤器 压力泵组 介质过滤(砂滤，砂铁过滤) 软水器(单罐或双罐) 活性炭(单级或双级),精密过滤器,由过
3、滤器外壳和滤芯组成 不同材质和精度的滤芯可有效除去以滤芯孔径为准的悬浮物、铁锈等各种微小杂质。 常见滤芯孔径有100u、50u、40、20u、10u、5u、1u等 检查过滤器前后水压，当压差10 15psi ( 0.7 1.0kg/cm2)时更换滤芯,压力泵组,前级压力泵的作用是提高进水压力，克服前处理各级对水的阻力，保障反渗机进水压力与流量。 一般由压力或流量控制。,介质过滤器,砂滤(双介质)内部填料是石英砂和无烟煤 砂铁滤器(多介质)内部填料是石英砂、无烟煤和锰绿石砂 砂铁滤器可去除水中Fe2+、Mn2+及悬浮的颗粒物质 当进出水压10PSI时，进行反冲洗，把沉积污垢冲走。,介质过滤器运作
4、过程,软水概念及单位,软化：除去水中硬度离子(Ca2+、 Mg2+ )的过程称为软化。 硬度：用度数表示钙镁盐含量的方法。 ppm：1升水中所含Ca、Mg盐类相当于1mg CaCO3称1ppm。 odH：1升水中所含钙镁盐类相当于10mgCaO3 （17.8mgCaCO3）称1odH(德国度)。 GPG(grain per gallon )：即格令/美加仑，1GPG相当于17.1mg/l （1格令=0.0648克 ， 1美加仑=3.785升 ，1 ft3=28.3L）,软水器特点,阳离子树脂作交换剂。 树脂中的 Na+ 交换水中 Mg2+ & Ca2+ 2RNa+ + Ca2+ R2Ca 2+
5、 + 2Na+ 2RNa+ + Mg2+ R2Mg2+ + 2Na+ 树脂的交换能力一般为20K grain/ft3树脂。 桶体尺寸由被处理水的硬度和要求的交换能力来决定。 一般采用普通阀门或多路控制阀来控制。,软水器的再生,再生目的 使树脂上吸附的钙镁离子置换下来，恢复树脂的正常使用 再生特点: 是软化的逆过程。 控制方式采用时间型或流量型或手动启动。 一般采用顺流再生。 再生周期 与进水硬度、用水量等有关 实际应用中用测定软水器出水硬度的方法确定,软水器的监测及维护,监测 出水硬度17ppm 维护 加盐，确保再生盐水为饱和状态。,硬度滴度测试（定性）,软 水,硬 水,硬度滴度测试（定量）,
6、注入硬水测定剂的刻度数即为水的硬度,铝 钡 镉 铬 氯 氯胺 铜 氟化物 汞 有机物 硫酸盐,软水器,钙 镁,软水器效果图,活性炭滤器,水通过活性炭过滤器的过程类似双介质过滤器. 活性炭所能去除物质: 余氯、氯胺(余氯对反渗透膜造成不可恢复的损害) 低分子量有机物 颜色和气味 三氯甲烷(THM) 氯和活性炭(C)的反应: Cl2 + H2O HCl + HOCl (1) C + 2Cl2 + 2H2O 4HCl + CO2 (2),活性炭滤器,空床接触时间 指利用活性炭去除余氯或氯胺时，水流过滤器内活性炭的时间 EBCT=V/Q V-活性炭的体积（立方英尺） Q-水流量（立方英尺/分钟） EB
7、CT-空床接触时间（分钟） 去余氯EBCT至少6分钟 去氯胺EBCT至少10分钟 活性炭的多孔结构以及其吸附有营养的有机物，提供了细菌繁殖的环境。 活性炭滤器的反洗 洗去部分吸附物 防止隧道效应,余氯检测,通过余氯检测确定活性炭是否有效 标准：自由氯0.5mg/l, 氯胺0.1mg/l,铝 钡 镉 铬 铜 氟化物 汞 硫酸盐 锌,活性炭滤器,活性炭滤器效果图,前处理作用及要求,水经预处理可除去水中较大颗粒、铁离子、钙镁离子、余氯、氯氨和部分有机物。 保障后级反渗透膜长期、高效、安全使用。 前处理必须能去除能透过反渗膜或对反渗膜造成堵塞及毁坏的物质。 前处理的设计出水流量应该是反渗机产水量的 2
8、.5 倍以上,反渗透（RO）系统,反渗透系统是水处理的核心 反渗透系统之所以在透析用水中得到广泛的应用，是因为它能有效地去除可溶无机物、细菌、内毒素、病毒、大于200D的有机物 反渗透是膜法分离的一种。,反渗透原理,即在浓溶液侧施加操作压力以克服自然渗透压，水分子渗透的流动方向就会逆转,RO膜的分类,按膜的材质分类 醋酸纤维素膜 芳香族聚酰胺膜 按膜的结构分类 非对称膜为同一种材质，制作成致密的表皮层和多孔支持层 复合膜为不同材质制成的几层膜的复合体 按膜加工外形分类 卷式、板框式和管式,RO膜的结构,RO膜的透过机理,有多种模型 优先吸附-毛细孔流理论 溶液扩散理论 干闭湿开模型,RO膜的理
9、想化孔径,卷式膜解剖图,Product tube 集水管,Feed water 原 水,Brine seal 密封件,Permeate 渗透液,Concentrate 浓缩液,Reverse Osmosis membrane RO 膜,Permeate carrier 渗透液流向,Feed water 原 水,Tricot 导 布,Mesh spacer 导 网,RO膜性能的主要指标,1、脱盐率和透盐率 脱盐率通过RO膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。 脱盐率=（1产水含盐量/进水含盐量）100% 透盐率进水中可溶性杂质透过膜的百分比。 透盐率=100%脱盐率 膜元件的脱脱盐率的高低取
10、决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。 反渗透对不同物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定 对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以超过99% 对单价离子如：Na+、K+、Cl+的脱盐率稍低，但也超过了98% 对分子量大于100的有机物脱除率也可过到98% 对分子量小于100的有机物脱除率较低,反渗透膜对正离子的脱盐率,反渗透膜对负离子的脱盐率,反渗透膜对其他物质的脱除率,RO膜性能的主要指标,2、 产水量（水通量） 产水量指反渗透系统的产能，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时来表示。 渗透流率指单位膜面积上透过液的流率，通常用加仑每平方英尺每天（GFD）
11、表示。过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快，加剧膜污染。,RO膜性能的主要指标,3、 回收率 回收率指膜系统中给水转化成为产水（或透过液）的百分比。 回收率=（产水流量/进水流量）100% RO膜回收率一般15%,RO机的组成,RO膜组件 高压泵 电器控制部分 各种阀门、传感器、管路等,反渗透膜分离层,反渗透膜支撑层,淡水,浓水,进水,Cavg,高压泵,模拟反渗透机,提高系统回收率的方法：,增加浓水回流,泵,进水,浓水,淡水,0.15 m3/h,最小流量= 300gph,0.85 m3/h,1.0 m3/h,泵,进水,回流,浓水,淡水,0.15 m3/h,0.15 m3/h,0.3 m
12、3/h,1.0 m3/h,最小流量= 300gph,回收率: 15 %,回收率: 50 %,RO膜回收率与系统回收率,浓水回流提高了系统回收率； 膜元件回收率仍然维持15%，符合设计要求； 浓差极化得到了有效控制； 冲洗流速得到保证；,Cfeed,(1 - RECOVERY),=,Cconc,Cfeed =1 ppm,回收率与溶液浓缩倍数,影响RO系统性能的因素,1、反渗透膜特性 2、进水压力的影响 进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得产水量加大，RO膜的回收率会升高，加大了浓差极化，易导致RO膜堵塞 3、进水温度的影响 反渗透膜产水电导对水温的变化十分敏感，水通量随着水温的增
13、加线性的增加，进水水温每升高1，产水量就上升2.5%-3.0%；（以25为标准） 4、进水PH值的影响 进水PH值对产水量几乎没有影响，面对脱盐率有较大影响。反渗膜可容忍 pH 2-11， PH值在7.5-8.5之间，脱盐率达到最高。 5、进水盐浓度的影响 渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，进水含盐量越高，浓度差也越大，从而导致脱盐率下降。,反渗透膜的污染,污染可由以下过程引起： 无机物的沉积（结垢）； 碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、 氟化钙、硅化物 有机物分子的吸附（有机污染）； 金属氧化物积垢（铁、锰、铝等金属之氢氧化物） 颗粒物的沉积（胶体污染、悬浮固体物）； 微生物的粘附及生长
14、（生物污染）。 在RO运行中，所有上述过程都将使透过性能下降。不同类型的污染常常同时发生，并相互影响。,生物污染的控制和预防,以下是一些可能增加生物污染危险的因素： 设计：伸展的管道系统，光线的射入，死端，龟裂，带有死区的附件，未消毒的贮槽等。 进水特性：高温（25oC），大量的有机及无机营养物，大量的细菌（104CFU/mL），高SDI等。 操作特性：不经常监控操作性能，较低的错流流速，长贮存周期等。,生物污染的控制和预防,加强预处理 有效的预处理可降低膜的堵塞，减少膜的清洗。 使用抗污染膜 控制生物污染的最新手段，对膜表面结构进行改进，能抑制微生物的附着 生物污染物的消毒处理 在许多情况下
15、，引起问题的是生物薄膜的存在，无活性的生物薄膜可继续引起生物污染作用。因此，去除生物薄膜才是有效清除毒害的关键所在。 此外，死端、角落和缝隙都可以带有生物薄膜，而这些地方是杀生剂不易到达的。 频繁地和定期地清洗RO膜或许是最好的方法 。,膜的使用寿命,膜的使用寿命取决于膜的化学稳定性、元件的物理稳定性、可清洗性、进水水源、预处理、清洗频率、操作管理水平等。 根据经济分析通常为5 年以上。,水处理系统的附件,尚有多种附件: (a)细菌控制器材，如紫外线照射器，臭氧产生器 与热水消毒系统等，可使系统中的细菌增值降 至最低； (b)添加化学品的化学品注入系统，如添加酸以调 整pH值； (c)管路系统
16、、调节阀与防止倒流器等。,供水系统,直接供水示意图,供水系统,间接供水示意图,透析用水质量控制,微生物,介质过滤器,软水器,活性炭,反渗机,供水系统,透析用水处理过程与微生物,供水系统,细菌在反渗膜浓水侧表面生长,细菌在反渗膜纯水侧生长,美国AAMI标准对水处理及透析液管理要求,美国AAMI标准对水处理及透析液管理要求,美国AAMI标准对水处理系统管理的要求,中国SOP(2010)透析液及水质监控,水质监控项目及措施,精密过滤器 前后压差1015 PSI 时更换滤芯 介质过滤器 前后压差1015 PSI ，手动或自动反冲洗， 一般3-6次/周 软水器 出水硬度1GPG(17.2ppm) 手动或自动再生，一般 1-6次/周，
