量子管通環(huán)在透析用水處理設(shè)備中的應(yīng)用研究

朱 俊 張 艷 侯君子 伍 洪 韓 旭 馬海新 龐周龍 周旋坤 王羽飛 艾雅娟

量子管通環(huán)在透析用水處理設(shè)備中的應(yīng)用研究

朱 俊①張 艷②侯君子③伍 洪①韓 旭①馬海新①龐周龍①周旋坤①王羽飛④*艾雅娟⑤*

目的：研究量子管通環(huán)在透析用水處理設(shè)備中的應(yīng)用。方法：根據(jù)量子學(xué)原理，通過量子管通環(huán)產(chǎn)生的超精微振蕩波、分子振動(dòng)波和生物信號(hào)，對(duì)透析用水處理設(shè)備內(nèi)管道的水物理軟化；對(duì)處理后的水取樣，檢測其技術(shù)參數(shù)；對(duì)經(jīng)量子管通環(huán)處理后的水和軟化用鹽的水質(zhì)進(jìn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益分析比較。結(jié)果：量子管通環(huán)在水處理方面能達(dá)到透析用水水質(zhì)要求，同時(shí)與化學(xué)軟化用鹽相比具有科技含量高，經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)勢。結(jié)論：量子管通環(huán)在透析用水的水處理方面具有實(shí)用性和推廣價(jià)值。

血液透析；水處理設(shè)備；反滲透；超精微振動(dòng)波；量子管通環(huán)

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, the 309thHospital of Chinese PLA, Beijing 100091, China.

血液透析是腎衰患者維持生命的重要治療手段。透析用水在血透中發(fā)揮重要作用，是血透過程中的主要媒介之一。透析用水的質(zhì)量直接或間接地影響患者的治療效果，不合格的透析用水輕則導(dǎo)致透析并發(fā)癥，重者引發(fā)透析事故[1]。透析用水處理設(shè)備起著基礎(chǔ)性作用，如何提高水處理設(shè)備的效能、改善水處理質(zhì)量、減少環(huán)境污染以及節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，成為創(chuàng)新研究的熱點(diǎn)。本研究基于上述問題，利用國外先進(jìn)的水處理研究技術(shù)，結(jié)合醫(yī)學(xué)工程問題，提出水處理設(shè)備改進(jìn)方面的方法探索研究，以提高設(shè)備的綜合效益。

1 透析用水處理設(shè)備

圖1 水處理設(shè)備示意圖

透析用水處理設(shè)備主要包括供水系統(tǒng)、水預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透裝置和透析用水輸送系統(tǒng)4部分[2-3](如圖1所示)。

供水系統(tǒng)將自來水引入加壓泵，加壓后儲(chǔ)存到加壓水罐中，通過壓力開關(guān)調(diào)節(jié)到合適的壓力，用以維持系統(tǒng)壓力。

除氯是透析用水處理的必備環(huán)節(jié)，因?yàn)闅堄嗦扔休^強(qiáng)的氧化性，如果與血液接觸將導(dǎo)致溶血、血細(xì)胞下降等嚴(yán)重后果；同時(shí)對(duì)后續(xù)反滲透膜有腐蝕作用，進(jìn)而影響反滲水的生成質(zhì)量。因此，每日必須打開碳罐取樣閥，用余氯監(jiān)測儀或顯色劑測試活性炭罐出水含余氯量，評(píng)定活性炭罐的情況。活性炭罐填充物選用優(yōu)質(zhì)果核殼類的活性碳，采用雙罐結(jié)構(gòu)，如圖1中第2、第3個(gè)罐，以確保機(jī)械強(qiáng)度好、吸附速度快和吸附容量大的要求，保證水與活性炭的接觸時(shí)間＞10 min[3-5]。軟化裝置主要是將水中的Ca2+、Mg2+離子去掉，在反滲透膜表面形成沉積，影響水質(zhì)和產(chǎn)量，甚至可阻塞反滲透膜，使膜失效；同時(shí)防止透析過程中可能造成患者Na+、K+失衡，引起并發(fā)癥。交換劑是鈉型陽離子交換樹脂，交換水中的硬度成分Ca2+、Mg2+。樹脂交換工作過程反應(yīng)式：

交換達(dá)到一定值時(shí)交換劑失效。為恢復(fù)交換能力可用再生液對(duì)其進(jìn)行再生，常用的再生液為飽和鹽溶液。采用離子交換樹脂再生劑，加入于鹽罐中，如圖1中第4個(gè)罐的鹽罐。樹脂交換再生過程反應(yīng)式：

反滲透(reverse osmosis，RO)是在高濃度溶液一側(cè)采用輔助加壓則可使水分子從高濃度溶液經(jīng)半透膜流到低濃度溶液一側(cè)。RO裝置的核心是RO膜，通常采用雙膜結(jié)構(gòu)。目前，RO膜的類型主要有平板式、管式、卷式和中空纖維式。高壓泵向膜組件提供平穩(wěn)、不間斷的流量和合適的壓力，反滲透機(jī)的壓力管路一般采用PVC-U或不銹鋼材料，耐壓值＞2.6 MPa。采用雙級(jí)RO系統(tǒng)，以達(dá)到RO水要求[4-5]。由于RO水長時(shí)間受水質(zhì)影響，容易受諸如膜表面上結(jié)垢、金屬氧化物污染、污堵、膠體污染及微生物污染等。需要通過控制回收率、降低高濃度溶液中離子濃度、除去結(jié)垢離子、加裝保安過濾器、定時(shí)低壓反沖產(chǎn)檢等手段排除。

經(jīng)過系列處理生成的反滲水，儲(chǔ)存在約946 L的儲(chǔ)水罐中，透析用水輸送系統(tǒng)輸送RO水至透析機(jī)供患者透析使用。供水管路選用無毒材料、細(xì)管徑及減少接頭，避免水流盲區(qū)，采用單路循環(huán)。透析機(jī)采用串行連接，以減少管路回路污染。透析用水處理設(shè)備的各個(gè)部件使用具有其壽命期限，需要定期更換(見表1)。

表1 水處理設(shè)備部分裝置更換周期

2 量子管通環(huán)

2.1 量子管通環(huán)的原理

量子管通環(huán)又稱能量環(huán)，是近年來量子物理研究領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品，采用全新的物理處理方法。德國IAB公司利用LPL激光振動(dòng)技術(shù)將超精微振動(dòng)波刻錄到量子管通環(huán)中，利用硅、鋁等生物活性材料，能夠在亞原子級(jí)穩(wěn)定、儲(chǔ)存、記憶和釋放量子信息，以超精微振動(dòng)波、分子振動(dòng)波和生物信號(hào)等形式釋放出來。在這種超精微振動(dòng)波的作用下，量子管通環(huán)可以向水中施加一個(gè)能量共振場，打破大的水分子團(tuán)，使其變?yōu)樾〉乃肿訄F(tuán)簇，甚至單個(gè)水分子，水的活性得到極大增強(qiáng)，極微小的水分子團(tuán)簇可以滲透、包圍、疏松、溶解和去除系統(tǒng)內(nèi)的老垢[4，10-11]。

在量子管通環(huán)安裝于管道時(shí)，超精微振動(dòng)波即被持續(xù)恒量地釋放出來，透過管壁傳入水中。水接納這種振動(dòng)波并將其按水流方向傳播開去，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水本身的流速，甚至管路中很少流動(dòng)的死角也被載上這種振動(dòng)波，在振動(dòng)波的作用下，水的活性得到極大加強(qiáng)，大的水分子團(tuán)變成小的分子團(tuán)甚至單個(gè)的水分子，溶解和包含垢的能力增強(qiáng)，對(duì)已形成的銹或垢進(jìn)行分化瓦解[4，11-12]。

同時(shí)，超精微振動(dòng)波作用于水中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等相關(guān)離子，使其物理特征發(fā)生改變。如碳酸鈣晶體的微觀結(jié)構(gòu)從針晶狀(容易插擠成團(tuán)形成致密的硬垢)變?yōu)閳A球狀(晶體之間不容易吸附)，在有水流的情況下被帶走，在靜態(tài)的水中呈軟絮狀沉淀于容器底部，而不易板結(jié)成硬垢[6，12]。新安裝的管道不會(huì)結(jié)硬垢、生銹或長菌藻，舊管道中的原有銹蝕、老垢等可逐步溶解消除，并最終在管道內(nèi)壁形成保護(hù)性氧化層，管道內(nèi)壁不再出現(xiàn)腐蝕。

2.2 量子管通環(huán)的特點(diǎn)

利用量子管通環(huán)在透析用水處理方面，具有防垢除垢、殺菌滅藻和除銹防腐蝕3大特點(diǎn)。在理想條件下量子管通環(huán)的有效作用距離可達(dá)安裝點(diǎn)下游10 km，使用壽命可達(dá)15年以上。

(1)防垢除垢。量子管通環(huán)釋放的超精微振蕩波，破壞了CaCO3晶體中的部分Ca2+和CO32+離子間的庫倫力約束，不易結(jié)晶形成水垢，可發(fā)揮防垢作用。在醫(yī)院透析用水處理設(shè)備中可替代軟水設(shè)備，阻止水垢在滲透膜表面的沉積，減少RO膜的清洗和維護(hù)，極大延長RO膜的使用壽命。

(2)殺菌滅藻。量子管通環(huán)連續(xù)不斷地向水中釋放類似生物信號(hào)的振動(dòng)能，受其影響的菌藻生物膜遭到破壞而死亡，生物代謝過程被振動(dòng)能所終止。

(3)除銹防腐蝕。通過管壁直接作用于水中，增強(qiáng)水分子的活性，使水分子由大分子簇變?yōu)樾》肿樱淖僃e3O4的分子排列，阻止Fe3+與氧的反應(yīng)不再生成Fe3O4，而是在管道內(nèi)壁形成氧化膜，進(jìn)一步阻止Fe3+的氧化銹蝕，并于4～8周可清除管道和設(shè)備內(nèi)壁附著的銹蝕，且能防止新銹的產(chǎn)生，延長管道和設(shè)備的使用壽命。

3 結(jié)果分析

利用量子管通環(huán)的特點(diǎn)將其安裝在透析用水處理設(shè)備的水軟化裝置的前端口，用螺絲擰緊即可。對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)取樣檢測，評(píng)估其產(chǎn)生的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益分析。

3.1 水質(zhì)技術(shù)分析

參考2008年美國AAMI標(biāo)準(zhǔn)[6-9，11-12]，Ca＜2 mg/L，Mg＜4 mg/L，Cl-＜0.5 mg/L細(xì)菌數(shù)＜200 cfu/ml，內(nèi)毒素＜2 EU/ml(見表2)。

表2 透析用水處理設(shè)備安裝量子管通環(huán)后水質(zhì)情況

表2顯示，水質(zhì)符合透析用水要求；同時(shí)由于細(xì)菌處理技術(shù)的提高能極大延長RO膜的壽命，甚至可需5年以上更換；產(chǎn)水量方面能夠達(dá)到25 L/h，充分表明，量子管通環(huán)完全可以替代水處理設(shè)備中的軟化部分。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

比較計(jì)算量子管通環(huán)和水處理設(shè)備用鹽、設(shè)備的安裝費(fèi)以及后續(xù)發(fā)生的費(fèi)用。日前透析中心透析用鹽(即離子交換樹脂再生劑)10 kg/包，用量約為200包，使用劑量為2 t/月。按照目前市場價(jià)格3000元/t，則1年的鹽使用費(fèi)用為3000×2×12=7.2萬元/年，樹脂使用費(fèi)用為5300元/年。而量子管通環(huán)的后期維護(hù)和使用費(fèi)用幾乎為0，主要投資為前期的購置成本。

以此計(jì)算，剔除價(jià)格上漲、通貨膨脹等因素，量子管通環(huán)與水軟化裝置的成本臨界時(shí)間點(diǎn)為：

在理想的情況下最快只需0.32年的時(shí)間，量子管通環(huán)的經(jīng)濟(jì)效益則會(huì)超過水軟化裝置的成本。以量子管通環(huán)15年壽命計(jì)算，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是水軟化裝置的1177930÷43500≈27.1倍(見表3)。

量子管通環(huán)透析用水處理設(shè)備不僅能完全達(dá)到透析用水的水質(zhì)要求，大幅降低設(shè)備軟化用鹽的費(fèi)用，還能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具有推廣和實(shí)用價(jià)值。量子管通環(huán)水軟化處理與水軟化用鹽相比具有明顯的優(yōu)勢(如圖2、圖3所示)。

圖2 水軟化用鹽實(shí)物圖

圖3 量子管通環(huán)實(shí)物圖

4 結(jié)論

量子管通環(huán)可完全代替軟化用鹽等化學(xué)處理法，且可達(dá)到更好的效果。對(duì)于某些特殊復(fù)雜系統(tǒng)，量子管通環(huán)結(jié)合化學(xué)加藥法，能夠取得更好的節(jié)能減排效果。量子管通環(huán)不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何污染。使用軟化水等不飽和水(不含礦物質(zhì)的水)會(huì)對(duì)金屬管道和設(shè)備造成腐蝕，而量子管通環(huán)通過實(shí)際工程案例及相關(guān)防腐研究機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格測試證明，其具有良好的防腐效果[10-12]。量子管通環(huán)能量來源是以硅、鋁為主要成分的生物活性功能材料，不需要提供能量而能夠源源不斷釋放量子信息。

量子管通環(huán)產(chǎn)生的超精微振蕩波在精密設(shè)備中對(duì)環(huán)境有所要求，必須防止電磁干擾，如遠(yuǎn)離電焊、防止雷擊以及與高頻電刀等設(shè)備保持適當(dāng)距離。因此，可加裝金屬屏蔽網(wǎng)，以減少外界電磁干擾。透析用水處理軟化裝置的量子管通環(huán)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)效益，能夠?yàn)獒t(yī)院節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力，具有推廣性和實(shí)用性[13-15]。

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The application of quantum ring in hemodialysis water treatment equipment

/ZHU Jun,ZHANG Yan, HOU Jun-zi, et al// China Medical Equipment,2014,11(8):39-42.

Objective: To prove the evidence of the application of quantum ring in water treatment equipment for hemodialysis. Methods: According to the quantum theory, the ultrafine oscillations as well as the molecule oscillations and biological signals, which generated by the quantum ring, soften the water in the water treatment pipe in the way of physical processing. And then, we sample the processed water, and test their technical specifications. Eventually, the quality of hemodialysis water which processed by the quantum ring and/or by the water softener salt can be induced by the comparison and analysis of specification and economic benefit. Results: The water processed by the quantum ring can meet the hemodailysis requirements, meanwhile producing huge technology performance and economic benefit, comparing to the water softener salt. Conclusion: The application of quantum ring in water treatment equipment for hemodialysis can be wildly applied, and obtain the value of prevalence.

Hemodialysis; Water treatment equipment; Reverse osmosis; Ultra-fine oscillations; Quantum ring

1672-8270(2014)08-0039-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.08.012

2014-01-20

①解放軍第309醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 北京 100091 ④解放軍第309醫(yī)院ICU 北京 100091

②解放軍第309醫(yī)院血液科 北京 100091 ⑤解放軍第309醫(yī)院脊柱微創(chuàng)外科 北京 100091

③解放軍第309醫(yī)院移植ICU 北京 100091

*通訊作者：zhjacd@163.com；jeffersonacd@yahoo.com

朱俊，男，(1986- )，本科學(xué)歷，工程師。解放軍第309醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，從事醫(yī)學(xué)圖像、醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、臨床醫(yī)學(xué)工程研究和管理等工作。