透析用水處理系統(tǒng)軟水器再生裝置的原理及改進(jìn)方法

梁國欣 劉 頌 伍錦泉 黃春霞 羅華生

透析用水處理系統(tǒng)軟水器再生裝置的原理及改進(jìn)方法

梁國欣① 劉 頌① 伍錦泉① 黃春霞① 羅華生①

目的：探討在低成本情況下提高軟水器軟水效率的方法。方法：了解軟水器及其再生裝置的工作原理，根據(jù)離子交換原理，科學(xué)設(shè)置鹽桶隔板高度，保證鹽液飽和度，提高軟水器再生效率。結(jié)果：對鹽桶簡易改造后其軟水硬度指標(biāo)≤17 ppm，符合臨床透析用水標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)論：在確保安全的前提下通過對透析用水處理系統(tǒng)軟水器再生裝置簡單改造，可提高醫(yī)療設(shè)備的工作效率和延長設(shè)備的使用壽命，對提高醫(yī)院社會效益和經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。

腎透析；軟水；硬度；飽和鹽溶液

[First-author’s address] Department of Equipment Management, The First People’s Hospital of Zhaoqing 526000, China.

目前，血液透析是腎功能障礙重癥患者治療及改善生活質(zhì)量普遍采用的有效方法[1]。由于透析患者對于透析用水中的污染物有特殊的易感性，若透析液中含有對人體有害的化學(xué)物質(zhì)和微生物進(jìn)入人體，可導(dǎo)致透析患者發(fā)生急性或慢性并發(fā)癥，嚴(yán)重者甚至?xí)＜吧虼伺R床上對透析的用水標(biāo)準(zhǔn)要求非常嚴(yán)格。我國目前臨床上透析用水標(biāo)準(zhǔn)參照的是美國醫(yī)療儀器促進(jìn)協(xié)會(AAMI)制定的透析用水和透析液的化學(xué)和微生物標(biāo)準(zhǔn)。

1 透析用水處理系統(tǒng)軟水器再生裝置原理

1.1 透析用水處理系統(tǒng)的基本組合

在分析原水中化學(xué)物質(zhì)和微生物成分和含量的基礎(chǔ)上，按照透析用水標(biāo)準(zhǔn)和臨床上水量需求，根據(jù)不同設(shè)備對原水中不同物質(zhì)的定向清除功能，確定水處理系統(tǒng)的組合。水處理的根本目的是去除水中各種雜質(zhì)，使水質(zhì)達(dá)到透析用水標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)水量滿足臨床需求。完整的水處理系統(tǒng)包含前處理系統(tǒng)、反滲透裝置(去離子裝置)和后處理系統(tǒng)。供血液透析用二級反滲透水處理流程為：原水→前級加壓泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→樹脂軟水器→保安過濾器→一級反滲透機(jī)→二級反滲透機(jī)→不銹鋼儲水罐→純水加壓泵→精密過濾器→病房管路[2-6]。

透析用水處理系統(tǒng)步驟為：將水經(jīng)過砂濾、活性炭濾過和樹脂軟水器等前處理后，再經(jīng)反滲透膜制成純化水，經(jīng)紫外線殺毒后定壓供透析機(jī)使用。①砂濾是機(jī)械濾過，去除水中各種顆粒雜質(zhì)；②炭濾主要作用為脫色、脫臭、脫氯、去除各種有機(jī)物及重金屬、去除合成洗滌劑、細(xì)菌、病毒及放射性等污染物質(zhì)[7]；③樹脂軟水器則是根據(jù)離子交換原理，通過樹脂上的功能離子將水中的Ca2+、Mg2+等離子(形成水垢的主要成份)置換出來，從而達(dá)到去除水垢的目的[8-9]，水軟化過程具體原理為軟水器(樹脂壓力罐)中裝有軟化劑樹脂，這種人造的離子交換樹脂上有軟性礦物質(zhì)鈉，可與溶解在水中的Ca、Mg等硬性礦物質(zhì)發(fā)生離子交換反應(yīng)，而鈉不會以水垢的形式堆積在物體表面上，因此對與其接觸的物體危害很小。當(dāng)含有Ca2+、Mg2+的水經(jīng)過樹脂罐時Ca2+、Mg2+與樹脂小珠接觸，從交換位置上取代Ca2+。經(jīng)過離子交換后Ca2+、Mg2+被吸附于軟水器內(nèi)的樹脂上，流出的水 則為“軟”水[10-11]。

在透析用水標(biāo)準(zhǔn)中，嚴(yán)格要求經(jīng)前處理后的軟水硬度必須＜17 ppm，如果水硬度無法達(dá)到要求，則表示水中Ca2+、Mg2+含量過高，在中期的反滲透過程中，會在反滲透膜上形成碳酸鈣(鎂)沉淀，影響反滲膜的使用壽命[12]。同時由于反滲透膜對離子的排斥有一定的比例(90%～95%的二價離子和95%～99%的單價離子)，將導(dǎo)致反滲水中的Ca2+、Mg2+含量超標(biāo)，使患者發(fā)生“硬水綜合征”[13]。因此，水處理系統(tǒng)要求軟水器必須保證在治療中水的持續(xù)軟化，然而隨著軟水器(主要為樹脂)內(nèi)Ca2+、Mg2+的增加，樹脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐漸降低，要求水處理系統(tǒng)應(yīng)具備恢復(fù)樹脂軟化水功能的裝置。

1.2 軟水器設(shè)備的組成

軟水器設(shè)備由軟水、再生和控制3部分組成：①軟水部分的樹脂壓力罐內(nèi)裝有淡黃色、多孔及粒狀的離子交換樹脂，當(dāng)硬水從樹脂的反應(yīng)區(qū)經(jīng)過時樹脂上吸附的“軟離子”Na+、Ca2+、Mg2+及Fe3+等“硬離子”交換；②再生部分裝有過飽和鹽水的鹽水桶，為再生離子交換樹脂提供鈉離子以恢復(fù)其軟水能力，提高其使用壽命；③控制部分包括安裝在樹脂罐上的控制頭，控制頭主要由電機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、凸輪桿、鹽水閥、原水入口閥、軟水出口閥、旁路閥、沖洗排水閥及反沖排水閥等構(gòu)成，調(diào)節(jié)過濾器內(nèi)部水流方向和流速。

軟水器的再生部分利用氯化鈉和水的稀溶液進(jìn)行的。在再生過程中，再生系統(tǒng)首先停止軟水器的工作水流，從鹽水桶引出的飽和鹽水(約26%)與另外的稀釋水流混合形成稀鹽水溶液。稀鹽水溶液流經(jīng)樹脂，與附有Ca2+、Mg2+的樹脂接觸。盡管Ca2+和Mg2+帶有的電比Na+強(qiáng)，但在濃鹽溶液水平為8%～12%中含有數(shù)千萬個較弱電荷的Na+，有取代數(shù)目較少的Ca2+和Mg2+的能力。當(dāng)Ca2+、Mg2+被取代交換后，樹脂的軟化效能得到恢復(fù)，便為再次軟化工作做好了準(zhǔn)備。軟化→再生→軟化→再生……，如此循環(huán)往復(fù)[14-15]。

1.3 鹽溶液的濃度水平控制

通常情況下240 g鹽可再生1 L樹脂，1 L水(20 ℃)可溶解360 g鹽(含量為26.4%)；再生鹽液的濃度水平是由注入射流器的水流量和被吸入的飽和鹽液量的比例來決定，一般的鹽液濃度水平為8%～12%，進(jìn)水壓力越高混合后的濃度也越高。設(shè)定的參數(shù)如下：反吸10 min，再生30～50 min，注水10～20 min(有浮漂控制的鹽桶)，允許在上述的參數(shù)基礎(chǔ)上做小范圍改動[9]。

在再生過程中鹽罐加鹽時，注意必須用大粒鹽，因為大粒鹽顆粒之間有足夠的供鹽溶解的空隙使得鹽更快速溶解，而精細(xì)鹽之間空隙極小其溶解速度慢。同時，時刻保證鹽粒高于鹽水液面即見鹽不見水，以確保為飽和鹽液。由于粗鹽溶解后有部分不可溶解雜質(zhì)遺留，易產(chǎn)生鹽桶內(nèi)有鹽的錯覺，因此不提倡“鹽桶中只要有未溶鹽就可以”的說法。

2 透析用水處理系統(tǒng)軟水器再生裝置的現(xiàn)狀

大部分國產(chǎn)型號的水處理系統(tǒng)其再生裝置是由單獨(dú)一個塑料鹽罐桶再加上簡單浮球控制進(jìn)出水裝置，既無鹽隔板，又不方便清洗。若無鹽隔板，則粗鹽會沉淀到桶底，易造成無法溶解成為飽和鹽液的現(xiàn)象，在樹脂再生過程時則無法保證鹽水是否達(dá)到飽和程度，也使得再生后的樹脂所產(chǎn)軟水經(jīng)常出現(xiàn)用試紙檢測硬度未達(dá)到＜17 ppm的要求的現(xiàn)象，從而需要重新進(jìn)行樹脂再生過程。因此，只有在再生前使用攪拌棒攪拌的方法才能使鹽充分溶解，再生后產(chǎn)水的軟化效果方可有所改善。而粗鹽溶解后留下的雜質(zhì)均沉淀于桶底，不便于鹽水桶的清洗保潔。為此，必須改進(jìn)整個再生裝置，以保證再生后樹脂軟化產(chǎn)水硬度指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 透析用水處理系統(tǒng)軟水器再生裝置的改進(jìn)方法

國外同類設(shè)備常用的解決辦法是泵攪拌或在鹽罐底部通入壓縮空氣以幫助鹽溶解。如果按此改進(jìn)再生裝置，則要增加電路及防水等多道工序，用戶難以自行實(shí)施。本研究采用環(huán)保、節(jié)約的方法，在鹽桶內(nèi)增加鹽隔板，充分提高鹽液的離子交換以達(dá)到再生要求。鹽隔板的作用是將鹽與鹽水溶液隔離而使鹽充分溶解，從而保證鹽溶液的濃度水平及用量。鹽水桶中所設(shè)鹽隔板的高度根據(jù)實(shí)際情況計算所得，并非通用。若隨便設(shè)置鹽隔板高度，輕則導(dǎo)致供再生用鹽水不飽和、樹脂再生不徹底，重則影響正常供水。

本研究使用的樹脂罐樹脂填裝量約為300 kg，再生鹽量為：300×0.24=72 kg，鹽桶進(jìn)水量為72÷26.4%=272.73 L，設(shè)置的鹽桶進(jìn)水量＞270 L，每次再生耗鹽量約為70 kg。鹽桶直徑為70 cm，浮漂控制桶內(nèi)水位高度為70 cm。用PVC材質(zhì)的板材做1個70 cm高的“十”字支架，在其上放置1塊直徑與鹽桶內(nèi)徑一樣大的PVC板，在其上面打滿直徑為4～6 mm的小孔，將鹽裝在紗布袋里放在鹽隔板上[15]。70 kg鹽的體積大約為70÷2.15=32.56 L，按照“見鹽不見水”的原則，注水的高度約為80 cm，進(jìn)水量的高度用球閥直接控制。將大部分水和鹽分離的原因在于鹽水密度高于水密度，鹽水會下沉，鹽隔板的作用是使鹽置于水之上，當(dāng)有鹽溶解后鹽水則會滲入水中。如此循環(huán)往復(fù)達(dá)到溶液飽和。同時，鹽隔板還有阻止雜質(zhì)的作用，防止較大的顆粒物靠近鹽閥。

為方便對鹽桶的清洗在進(jìn)水閥前加裝PVC球閥，在桶底部加裝排水球閥，通過打開底部排水球閥排清積液，便于對鹽桶的定期清洗。

4 結(jié)語

經(jīng)改造后的水處理系統(tǒng)軟水器再生裝置加進(jìn)粗鹽均可得到充分溶解，所需再生鹽溶液得到了保證，從而更好地保證了軟水的質(zhì)量，檢測軟水硬度指標(biāo)均＜17 ppm，保證了透析用水的安全，同時可提高軟化器反滲透膜的使用壽命。

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The principle and improved method of the water softener' regenerate apparatus in the dialysisi water treatment system/

LIANG Guo-xin, LIU Song, WU Jin-quan, et al// China Medical Equipment,2014,11(2):40-42.

Objective: To find a low cost way to improve efficiency of the water softener. Methods: After learning the working principle of the water softener and regenerate apparatus, according to the principle of ion exchange, we try to find the best height to set a isolation board, to improve efficiency of regenerate apparatus by ensuring the meltage. Results: Succeeding to improve efficiency of regenerate apparatus by recasting salt tank. The degree of hardness of water is less than 17ppm and meets the standard of dialysis water. Conclusion: On the premise of safety we can improve the efficiency and extend the working life of medical facilities through simple transformation, so most hospitals in China can increase economic efficiency.

Renal dialysis; Water softener; Hardness; Saturated salt solution

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.02.014

1672-8270(2014)02-0040-03

R197.39

A

2013-11-18

①肇慶市第一人民醫(yī)院設(shè)備科 廣東 肇慶 526000

梁國欣,男,(1972- ),大專，工程師。肇慶市第一人民醫(yī)院設(shè)備科，從事醫(yī)療設(shè)備管理工作。