第7章 血液净化中心设备与營理(2)

对反渗透膜进水用滤芯过滤也可除去水中的悬浮杂质。它适用处理悬浮物含量较少的水，使用压力差最好<40kPa，一般1个月或2个月更换1次，以免影响出水水质和水量。滤芯对水中机械杂质、浊度和铁均有较高的去除效果。因滤芯属于深层过滤范围，滤后出水中也出现大于公称精度的颗粒，只是出现的概率较小。

（六）水中铁的去除

反渗透进水对水中含铁量有严格的限制，水中铁进入反渗透系统会污染反渗膜，还有可能在铁细菌存在时，形成铁锈软泥。除铁的方法有：混凝法、化学沉积法、锰砂过滤法。医院透析用水前处理常用锰砂过滤法。

（七）离子交换

离子交换是除去水中离子态物质的技术，它可制取软化水、无离子水。离子交换作用是用一种称为离子交换剂的物质来进行的，这种物质在溶液中能以所含的可交换离子与溶液中的同种符号的离子进行交换。现常用的离子交换树脂，它是一种高分子的聚合物。有交换容量高、外形大多为球状颗粒水流阻力小、机械强度高、化学稳定性好等优点，被广泛地应用。

离子交换树脂其结构通常分为两个部分。一部分称为骨架，在交换过程中不参与交换反应。另一部分为连接在骨架上的活性基团，活性基团所带的可交换离子能与水中的离子进行交换。离子交换树脂外形大多呈珠状颗粒，它既不溶于水，也不溶于酸、碱和有机溶剂。

1.水硬度水的硬度是水中钙、镁、铁、锰、锶等离子总量之和。主要是钙、镁离子的总和。它们能阻碍肥皂产生泡沫，又容易和一些阴离子基团生成难溶性的化合物，引起结垢发生。硬度的常用单位为毫克当量（mEq/L）或折算成CaCOmg/L表示。

2.钠离子软化除去水中硬度离子的过程称为软化，软化的方法有多种，钠离子软化是其中一种，它采用的交换剂为阳离子交换树脂。含有硬度的水流经钠离子交换器时，水中的硬度成分（Ca2+、M/2+）与交换剂中的钠离子进行交换。交换反应如下：

式中内为自来水中主要离子成分。

从上式可知，经过钠离子软化后，水中的钙、镁离子被钠离子所取代，出水的残余硬度可降得很低，达到了软化的目的。水中的阴离子成分并无变化，由于钠的当量（23）高于钙、镁（20、21），使出水中盐的总量略有升高。

钠型交换树脂使用一段时间后，出水的硬度泄漏量会逐渐增加，达到一定值时，钠型阳树脂失效。为了恢复交换能力，可用再生液对其进行再生，常用的再生液为饱和盐溶液。再生过程的反应式如下：

软水器的软化效果是由进水总硬度、进水流量、钠型阳树脂的体积与交换容量、再生频率来衡量的。一般情况下进水总硬度、钠型阳树脂的体积与交换容量改变量较少，根据用水量可确定再生周期，实际应用中用测定软水器出水硬度的方法来确定再生周期。

晚间对软水器进行再生，第2日晨，反渗机启动30min后测定软水器出水硬度，如不合格说明再生无效或树脂失效需重新再生或更换树脂，如合格正常使用。

每天透析治疗、透析机清洗消毒结束后，再次测定软水器出水硬度，如不合格，说明现树脂不能保障一天的透析治疗用水，应更换树脂或增加树脂量。如合格，第3天透析治疗、透析机清洗消毒结束后用同样的方法测定软水器出水硬度）如不合格就应每天对软水器进行再生；如合格第4天同时、同样测定软水器的硬度，至测定到n天不合格，软水器再生周期定为n一2d（n>2）。

（八）药用炭过滤

药用炭过滤主要用于除去水中的有机物和残余氯。医用水处理多选用优质果核壳类的药用炭，以确保机械强度好，吸附速度快，吸附容量大的要求。水中氯的几个概念如下。

1.残余氯（总氯）指测量时水中化合氯与游离氯的总和。

2.化合氯指一种或多种氯化铵化合物，它是由氯和存在于水中的氨的化合物反应而生成的。

以上氯与氨的反应主要受水的pH和氯与氨质量比的控制。

3.游离氯指水溶性分子氯、次氯酸或次氯酸根或它们的混合物。

4.有效氯指氯化及所含的氯中可起氧化作用的比例，以Cf作为100%来进行比较的。

无论是测定次氯酸钠浓度、有效氯、水中残余氯含量，实际都是测定溶液中起氧化作用的氯的含量。测定残余氯的含量常用比色法，结果以mg/L（Cl2）表示。因此，5%NaC10指100g溶液中有效氯含量为5@。

用药用炭过滤法除去水中游离氯能进行得比较彻底。药用炭脱氯并不是单纯的物理吸附作用，而是在其表面发生了催化作用，促使游离氯通过药用炭滤层时，很快水解并分解出原子氧。

从此反应式可看出，药用炭脱氯并不存在吸附饱和问题，只是损失药用炭而已，因此，药用炭用于脱氯可以运行很长时间。

在医院透析用反渗透水处理中，必须除去残余氯。利用药用炭除去游离氯和氯铵有一个空床接触时间（EBCT）概念，EBCT是水流过过滤器与药用炭接触的时间，除去游离氯为6min；除去氯铵为10min。

药用炭除去残余氯与水流和药用炭的接触时间有重要关系，当药用炭体积一定时，水流过快将导致不能将残余氯有效除去，所以使用中单位时间的用水量不能大于规定量，定期反洗能保持药用炭与水的接触面积。在线或定期测定药用炭下游水中残余氯的浓度是监视药用炭过滤效果的简单方法，测定时应在水处理系统正常工作状态和水量较大时进行，以免造成错误判断，如发生连续超标，应减少水流量，增加反洗次数，或增加药用炭的体积。

此外，药用炭也能除去水中的异味、色素和有机物等，作为此功能使用时，药用炭使用到一定时间，为了保持其吸附能力，需进行反洗或更换。药用炭的多孔结构以及药用炭吸附的有营养的有机物，提供了细菌繁殖的环境，因此，药用炭过滤器的定期反洗或化学处理是必要的，药用炭过滤装置的反冲过程同介质过滤。

（九）前处理的维护

（1）每天早晨检查药用炭罐出水含余氯量，评定药用炭罐的情况。

（2）定期反冲砂滤、药用炭罐，一般每周1次或2次。其目的是冲去截流物质、松动滤料。

（3）每天下班前检查树脂罐出水硬度，补充氯化钠，测量盐水的溶解度（可用比重法），观察吸盐情况。根据用水量，定期对树脂进行再生。

（4）观察各自动控制器工作情况，观察进水口、出水口的压力流量。

二、反渗透机

（一）反渗透及其发展

反渗透（reverse osnaosis，RO），是美国佛罗里达大学的Reid等于1953年提出用于海水淡化。I960年美国加利福尼亚大学的Loeb和Soumjan研制出第1张可实用的渗透膜。从此以后，反渗透膜的开发有了重大突破，膜材料从初期单一的醋酸纤维素膜发展到用表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜。系统压力也扩展到高压膜、中压膜、低压膜和超低压膜。膜组件的形式也呈现多样化的趋势，有卷式、中空纤维式、管式及板框式，医疗上应用较多的是卷式复合膜。国内反渗透应用始于20世纪70年代后期，最早多用于电子、半导体纯水，80年代后逐渐扩大到医疗、电子，90年代起用于食品工业、饮用水，现反渗透已进入家庭饮用纯水。反渗透膜能除去水中98%的离子和相对分子质量>200的有机物，包括细菌、病毒。我国20世纪80年代末反渗透技术逐步进入血液透析领域，反渗透水取代软化水，反渗透水处理机已成为各医疗机构开展血液透析治疗的必需设备。

（二）反渗透原理

1.渗透渗透是指稀溶液中的溶剂（如水分子）自发地透过半透膜（如腹膜、反渗透膜）进入浓溶液侧的溶剂（水分子）流动现象。半透膜只允许水通过，而阻止溶解固形物（盐）的通过。

2.渗透压浓溶液随着水的流入而不断被稀释，当水向浓溶液流动而产生的压力（P）足够用来阻止水继续流入时，渗透处于平衡状态，见图2一3B。平衡时水通过半透膜流动是相等的，即处于动态平衡状态。而此时的压力（P）称为溶液的渗透压。渗透压是溶液的一种特性，它随溶液浓度的增加而增大。

3.反渗透在浓溶液上加外力以克服自然渗透压，且该外力大于渗透压时，水分子自然渗透的流动方向就会逆转，使得浓溶液的浓度更大，这一过程就是渗透的相反过程。

4.反渗透水处理工作原理水通过泵升到一定压力，连续送至反渗透组件的进水口，产品水和浓水不断被排出。溶解固形物由反渗透膜截留在浓水中，含盐量很低的产品水供给透析机使用，通过浓水管道上的阀门调节浓水排出流量的大小，控制浓水和产品水的比例。

（三）反渗透膜的构型

反渗透膜需要制成一定构型才能用于水处理。目前膜的构型主要有平板式、管式、卷式和中空纤维式。常用于医院透析用水处理的是卷式。

对于卷式构型，常用膜有醋酸纤维素膜和复合膜，利用这些膜制成膜元件，把膜元件放在压力容器内构成膜组件。血液透析用水处理系统常用的是复合膜，复合膜结构剖面。复合膜由3层组成，它们是：超薄脱盐层、中间的多孔的聚砜内夹层、下面的聚酯支撑网层。由于聚酯支撑层不平坦和多孔，不能用来直接支撑脱盐层，因而在该支撑层上面浇注一层聚砜微孔层，用于直接支撑脱盐层。聚砜层表面孔径控制在0.015m。脱盐层厚度为0.2m。在聚砜层的支持下，能承受较高压力，抗机械压力和化学侵蚀能力强。

卷式反渗透膜元件的叶片是由两张平展开的膜和一张聚酯织物组成，聚酯织物在两张膜的中间，叶片一端胶接起来形成一个袋，另一端与带孔的PVC管粘接。叶片之间有塑料网，它们一起沿PVC中心管卷绕形成卷式构型。塑料端部装置粘接到卷式的叶片两端，玻璃钢材料的外表面保护卷式构型。这样，形成了一个完整的膜元件。聚酯织物是起产品水收集通道的作用，塑料网一是作为浓水（给水）通道，二是起加强给水通道水流紊动的作用，以便把浓差极化减少到最低程度。

高压水流进入第1个膜元件，并在该膜元件的落选卷绕之间的通道内流动。一部分给水渗透过膜，并通过卷式通道流到膜元件中心的产品水收集管，另一部分给水沿着膜元件长度方向继续流动至第2个膜元件，这一过程依次进行。每个膜元件的产品水通过公共产品水管流出。当给水每通过下一个膜元件时，给水浓度增大，流过最后一个膜元件时，给水成为浓水，并排出压力容器。

（四）反渗膜的特性

1.膜的方向性只有反渗膜的致密层与给水接触，才能达到脱盐效果。如果多孔层与给水接触，则脱盐率将明显下降，甚至不能脱盐，而透水量则提高，这就是膜的方向性。因此，若摸的致密层受损，则膜的脱盐率将明显下降，透水量则明显提高。

2.各种离子透过膜的规律一般说，1价离子透过率大于2价离子；2价离子透过率大于3价离子；同价离子的水合半径越小，透过率越大，即K+>Na+>Ca2+>M/2+>Fe3+>Al3+（透过率越来越小）。溶解气体如CO2和HS透过率几乎为100%，HCO3一透过率随pH升高而降低。

3.反渗膜的透过机制反渗透膜结构上层是致密层，而下面是多孔层，由致密层与水溶液接触，膜去除有机物是建立在筛网机制基础上的，因而有机物分子的大小与形状是确定其能否通过膜的重要因素。用筛网机制来解释反渗透膜为什么有98%以上的脱盐率是不合适的。因为水分子和一般离子的大小的区别不是很大，水中离子可以小于纳米，水分子的有效直径为0.5nm。反渗透膜有高的脱盐率是因为在膜表面布满了许多极细小的孔，在膜的表面选择吸附了一层水分子，盐类溶质则被膜排斥，而膜表面对水分子有选择吸附作用，水分子在反渗透压力的推动下通过膜，离子被截留在溶液中。

4.反渗透膜的材质反渗透膜同透析器一样有很多品种，多数用有机高分子材料制成，也有少数使用无机材料制成，其性能也各不相同。由于反渗透技术应用于水的脱盐等领域后，显示出了许多优越性，因此被广泛地研究，研制出了许多种类的膜材料。常用的膜材料有醋酸纤维素膜（CA膜）、聚酰胺膜（PA膜）和复合膜。透析用水处理常用复合膜。

5.影响膜元件性能的因素不管是哪种膜及构形，反渗透膜元件的性能，都是由3个因素决定的：产水量、脱盐率、运行稳定性，而这些因素又受以下条件制约。

（1）给水特性。如温度、pH、溶解固形物等。

（2）膜本身的特性。如膜的材料、结构等。

（3）运行条件。如压力、回收率等。

（五）反渗透系统使用维护

使用前应认真阅读使用说明书，严格按操作规程进行操作。首次使用前按质量控制要求进行水质和微生物检测，合格后方能使用。

反渗透系统运行数据的观察记录与分析，运行参数的调整，装置的清洗是维护的主要内容，做好维护便于及时发现问题或发现潜在问题的发展趋势，并及时采取相应措施，确保系统长期稳定地运行。主要运行数据包括高压泵进出水水压、OR产品水流量、RO浓水流量、RO给水电导率、RO产品水电导率。利用水的电导度可以近似估算系统脱盐率。

电解质溶液的导电能力取决于溶液中的离子数目、不同离子在电场中的运动速度及离子所带电荷数。温度的改变，可改溶液的电导，温度大致每改变±1°C，溶液电导可改变±2%。

前处理过程水中钙、镁离子被树脂上的钠离子取代，水中的钠离子增多，成为主要离子，美国AAMI（1996年）标准钠离子<70m//L，这时的电导率约150S/cm。电导率只反映水中总的离子浓度，不能作为透析用水是否合格的标准，但能反映水处理机的脱盐率。