一種多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)的設計與應用

吳正煜　王　萍　張立新　常　利

一種多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)的設計與應用

吳正煜①王萍①張立新①常利②

吳正煜,男,(1963- ),本科學歷，主任技師。解放軍第254醫(yī)院醫(yī)學工程科、南開大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院，從事臨床醫(yī)學工程保障與管理工作。

目的：研制一種成本低、可靠性高及易維護的多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)。方法：將多個醫(yī)療純水用水點的初級過濾裝置集中成為初級集成水過濾系統(tǒng)，生產(chǎn)出的軟化水送至各用水點和純水制備前級。根據(jù)各純水用水點功能需求，分別進行單級或雙級反滲透過濾。原水供給和軟化水的輸出采用雙泵變頻方法，確保原水和軟化水供給的不間斷性和穩(wěn)定性。結(jié)果：經(jīng)過臨床應用驗證，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、運行成本低，易于維護和便于管理。結(jié)論：多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)的設計符合臨床使用要求。

醫(yī)療純水；供給系統(tǒng)；集中預處理

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.05.013

[First-author’s address] No. 254thHospital of PLA, Medical College of Nan Kai University, Tianjin 300142, China.

目前，醫(yī)院醫(yī)療用水的等級和用途各有不同，用水等級通?？煞譃閱渭壖兯碗p極純水，單級反滲透水主要用于手術(shù)器械末洗、消毒供應室等部位，雙極反滲透水主要供給血液透析機[1]。本研究根據(jù)不同類型臨床用水的需求，設計一種基于集中預處理方式的多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)。

1　多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)設計

1.1系統(tǒng)設計理念

現(xiàn)行醫(yī)院純水系統(tǒng)設計大多遵循或體現(xiàn)了生產(chǎn)廠商工程技術(shù)人員的思維方式和設計理念，醫(yī)院用水的使用經(jīng)濟性、易維護性和便于管理等個性化需求往往未能得到體現(xiàn)，甚至可能存在安全缺陷或故障隱患而被反復維修。鑒于對醫(yī)療用純水安全性和供應持續(xù)性的要求，決定了其系統(tǒng)設計應以用水安全和不間斷供水作為根本目的。為此，本研究根據(jù)醫(yī)院主要用水點功能需求，對醫(yī)用純水系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，其主要設計理念為：①供水持續(xù)性，原水端和分級供水點均采用雙泵變頻供水，確保因設備維護、水泵故障維修等情況下供水不間斷；②安全性，根據(jù)用水點的距離遠近設置多級活性炭過濾裝置，保證由于軟化水蓄水產(chǎn)生的微生物得到有效濾除；③水質(zhì)報警設置，在軟水和純水輸出端設置水質(zhì)監(jiān)測與提醒裝置，確保適時更換水過濾材料；④方便維修，采用可維修性設計，設置重點部位故障指示裝置，選用高可靠性和通用性接插件，以實施快速維修，減少因設備故障維修而產(chǎn)生的等候時間。

1.2純水系統(tǒng)設計

醫(yī)院純水系統(tǒng)通常由原水預處理裝置、反滲透純化系統(tǒng)及超純化后處理系統(tǒng)3部分組成[1]。設置預處理裝置的目的是使原水達到反滲透膜分離組件的進水要求，保證反滲透膜和純化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。反滲透膜系統(tǒng)是一次性去除原水中98%以上離子、有機物及100%微生物的一種純化方法，可滿足臨床不同用途的最終水質(zhì)指標要求[2-3]。由于清洗消毒中心有使用單級純水和軟水的需求，因此系統(tǒng)設計的基本功能可兼顧兩者(如圖1所示)。

圖1　系統(tǒng)功能框圖

1.3軟水制備系統(tǒng)的設計

1.3.1原水供給的設計

原水即城市自來水，通常存在數(shù)十萬個粒徑為100～20 μm的顆粒，其總?cè)芙庑怨腆w(total dissolved solids，TDS)值含量約為200 ppm，水壓為2.0～5.0 kg/ cm2，水溫為1～40 ℃[4-5]。為了保證原水供給的不間斷性(以城市供水不間斷為前提)，本設計采用雙原水泵變頻供水方式，原水泵為雙泵間隙工作制，平時為4～6 h進行一次切換，若其中一泵發(fā)生故障，另一單泵工作仍可滿足正常供水。濾除原水中100～20 μm的顆粒，可防止水中顆粒擊傷高壓水泵葉輪，因此需設置相應的安全過濾器，本設計采用熔噴聚丙烯(PP)濾芯，具有納污量大、易更換的特點。當過濾器進出口壓力指示器的壓力差＞0.07～0.5 MPa(設定值)時則應進行更換。

1.3.2多介質(zhì)過濾器與活性炭過濾器

設置多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器，擬濾除水中＞10～50 μm的懸浮物、顆粒，同時去除對膜有損傷的一部分重金屬離子，防止堵塞，避免污染后級[5]。濾料為石英砂、活性炭等材料，活性炭通常用木質(zhì)、煤炭以及果殼(核)等含碳物質(zhì)。由于優(yōu)質(zhì)椰殼炭的表面積高達1000 cm2/g以上，具有很強的物理吸附能力，能夠有效吸附水中有機污染物，同時具有一定的化學吸附性，可去除水中的余氯、氯胺等，因此本項目選用椰殼活性碳過濾器。

過濾器使用一段時間后需進行反洗操作，以維持正常的產(chǎn)水質(zhì)量。當進出口的水壓差ΔP＞1 kg/cm2時則自動進行反洗。過濾器反洗步驟為：①反洗，反洗水由下逆流進入，廢水由過濾器頂端排出；②沉降，反洗完畢，沉降時間約15 min；③排放與正洗，正洗水由上往下順流進入，廢水由過濾器底端排出。

1.3.3軟化水過濾器

設置軟化水過濾器旨在去除水中的鈣、鎂等離子，這些離子如不除去則易沉積在反滲透膜面上，堵住RO膜孔(＜0.001 μm)[3，6]。尤其是北方地區(qū)水的硬度比較高，必須設置軟化過濾器，降低原水的硬度，提高水通量。硬水軟化是去除水中硬度離子的過程，軟化方法多種，本研究采用鈉離子軟化是因其交換容量較大(1000 eq/m3)，長度為1 m的001×7鈉型陽樹脂，可去除1000克當量的硬度。

1.3.4精密過濾器

自來水經(jīng)多介質(zhì)過濾器、活性炭吸附以及鈉離子軟化后雖然水質(zhì)極大改善，但水中尚存在粒徑為5～10 μm的顆粒，若不清除可造成不溶解顆粒堵塞透析機過濾器，增加機器磨損或造成機器故障。因此，在單級水處理和雙極水處理之前均設置有精密過濾器。

1.4前級水質(zhì)監(jiān)測與提示設計前級水質(zhì)監(jiān)測與控制是指對需要更換過濾材料等部位的水質(zhì)進行監(jiān)測與控制，如石英砂多介質(zhì)過濾器、樹脂軟化過濾器及活性炭過濾器等在工作一定時間后其水質(zhì)會降低，需更換相應的濾過材料。以往更換這些部位水過濾材料主要依據(jù)工作時間，而非依據(jù)實際水質(zhì)，勢必造成浪費，增加用戶使用成本。設置水質(zhì)監(jiān)測與提示裝置，旨在根據(jù)實際水質(zhì)與要求水質(zhì)進行比較，對更換相應的水過濾材料進行提示[7]。

1.5雙極純水的系統(tǒng)設計雙極純水(反滲透水)用于血液透析。由于系統(tǒng)軟水的存儲采用水箱，且經(jīng)過一定距離輸送至雙極反滲透水處理的輸入端，軟水的長期存儲和遠距離輸送可能會滋生細菌或有機污染物，因此，在雙極純水的系統(tǒng)入口設置活性炭過濾器。雙極純水制備系統(tǒng)的設計包括雙極純水濾過系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

(1)雙極純水濾過系統(tǒng)設計要素：①血透供水方式采用直供式、密閉大循環(huán)；②純水即產(chǎn)即用，不儲存，采用數(shù)字程控變頻技術(shù)來實現(xiàn)；③可以根據(jù)不同血液透析機的開機臺數(shù)產(chǎn)生相應量的反滲水；④反滲透供水端設有恒壓裝置，且恒壓裝置為單獨的入口和出口，保證全過流式、無死腔；⑤反滲透主機一級與二級之間采用直供式(二級中間無儲水裝置)；⑥設置供水管路的消毒及清洗功能，并具備消毒后水質(zhì)檢測及報警功能，可實現(xiàn)休息待機時對反滲透膜及供水管路進行定時脈動沖洗和對反滲透膜面沖冼，去除消毒液殘留、避免細菌滋生死角的存在[7-9]。

(2)控制系統(tǒng)設計要素：①能夠依據(jù)用水量的動態(tài)變化實現(xiàn)自動啟停，不需要人為操作控制實現(xiàn)開關(guān)機；②具有自我監(jiān)測報警功能，能夠時時監(jiān)測電導、流量、壓力及頻率等系統(tǒng)參數(shù)并具備報警及保護功能；③具有自我診斷功能，隨時監(jiān)測設備關(guān)鍵元器件工作及動作狀態(tài)，便于維護；④系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對主要參數(shù)進行個性化、人性修改及設置；⑤具有水源無水檢測與提示功能；⑥具備低電壓、過電壓、電機過流、過熱及過載等保護功能。

1.6單級純水的設計

單級純水由系統(tǒng)軟水直接制備，軟水再通過泵加壓，利用孔徑為1/10000 μm(相當于大腸桿菌大小的1/6000，病毒的1/300)的反滲透膜(RO膜)，使較高濃度的水分開成極低濃度的水(純凈水)和更高濃度的水，高濃度的水排放或資源再利用[8，10]。單級純水設計采用集中預處理方式，將軟水直接通過加壓泵引入單級反滲透機組。設置單級純水處理裝置的目的主要用于消毒設備的末洗、高壓消毒設備蒸發(fā)器等。

2　多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)的應用

2.1根據(jù)使用需求擬制需求方案

擬制需求方案的核心是用水需求的精確計算，避免采購配置過高造成資源浪費或采購配置低于使用需求而不能持續(xù)供水。不同類別用水需求及用水量測算方法(案例)見表1。

2.2根據(jù)使用需求設計擬定招標技術(shù)要求

實現(xiàn)醫(yī)療純水供給系統(tǒng)設計的功能則需準確配置相應的設備，招標采購是系統(tǒng)設計管理要求的方式，擬制正確有效的招標項目書是系統(tǒng)設計、設備配置成敗的關(guān)鍵。

2.2.1設備質(zhì)量要素

配置設備必須符合相應質(zhì)量規(guī)范要求，如設備、材料及材質(zhì)應安全可靠，滿足相應的國際機械和電器安全要求，符合血透室和供應室安全管理規(guī)范。安全性要求高的核心部件、材料應配置主流知名品牌產(chǎn)品，如加壓變頻水泵、變頻恒壓裝置、安全溢流閥、軟化灌與軟化樹脂、電動球閥、罐體控制頭、電磁閥、血透產(chǎn)水反滲透泵以及反滲透膜等。

2.2.2技術(shù)符合性

根據(jù)用水項目需求最大限度準確計算用水量，設備總體配置方案應符合整體用水需求；單臺設備應具體技術(shù)規(guī)格、管路布局等滿足節(jié)點用水設計；最終水質(zhì)符合AAMI2010血透室用水標準和醫(yī)院消毒供應中心用水標準。

2.3安裝場地設置

2.3.1電源設置要求

根據(jù)軟水、純水制備系統(tǒng)設備布局設置電源、電力線路供給布局、配電箱安裝位置；配電箱距離地面為1.5 m，電源插座為防水插座，零線端子和接地端子需符合國家規(guī)范要求[11]。

2.3.2防水設置要求

地面防水設計應滿足排水量要求，地面防水設置至少應延伸至墻壁1 m標高，同時設置防水臺基，高度為20 cm，臺基內(nèi)側(cè)設置排水溝，溝深為20 cm、寬度為15 cm。

表1　用水需求及用水量測算方法

2.3.3排風配置要求

水處理間濕度較高，會影響電源及相應設備的安全使用，配置排風裝置成為必然要求。設置較高功率軸流風機，強制水處理間的空氣循環(huán)，從而降低濕度，保證設備正常使用。排風裝置可采用間隙工作制或采用濕度超限工作制。

3　多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)性能特點

(1)純水供給系統(tǒng)是將多個醫(yī)療純水用水點的初級過濾裝置集中成為初級集成水過濾系統(tǒng)，生產(chǎn)出的軟化水送至各用水點和純水制備前級。同時根據(jù)各純水用水點功能需求，分別進行單級或雙級反滲透過濾。

(2)純水供給系統(tǒng)其原水供給和軟化水的輸出采用雙泵變頻方法，確保原水和軟化水供給的不間斷性和穩(wěn)定性。

(3)純水供給系統(tǒng)可實現(xiàn)對各用水點用水量的合理調(diào)配。當某臨床科室(用水節(jié)點)因突發(fā)事件或異常原因出現(xiàn)暫時性用水量增加時，可通過整體供水的平衡進行調(diào)配，滿足單一科室(用水節(jié)點)暫時性用水量的增加。尤其冬季系統(tǒng)產(chǎn)水量下降時其設計方式更具重要意義。

(4)純水供給系統(tǒng)具有良好的可維修性。采用可維修性設計，設置主要部位故障指示，器件標準化，互換性好，旨在提高設備的質(zhì)量特性。

(5)純水供給系統(tǒng)可節(jié)約醫(yī)院用房。醫(yī)用純水集中供應系統(tǒng)在降低總用房面積一半以上的同時，可以節(jié)約主體醫(yī)療用房。

4　多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)應用效果

4.1質(zhì)量檢測

多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)質(zhì)量檢測與驗收是其投入使用的前提。純水供給系統(tǒng)投入使用前應向第三方檢測機構(gòu)申請水質(zhì)質(zhì)量檢測，主要檢測項目為酸堿度、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、氟化物、重金屬以及熱源等。檢測達到相應規(guī)范要求方可投入使用。

4.2臨床應用

經(jīng)過近3年的臨床應用表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、運行成本低、易維護以及便于管理，多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)的設計符合臨床使用要求。

5　結(jié)語

多用途醫(yī)療純水供給系統(tǒng)是針對醫(yī)院實際需求而設計，方案具有較好的適用性。本設計是在特定場地條件、特定樓層布局、特定原水水質(zhì)和用水需求情況下而完成。對于醫(yī)療純水供給系統(tǒng)的實施，應根據(jù)具體技術(shù)條件計算相應數(shù)據(jù)，確保需求的準確性。方案設計完成的同時應形成可行性論證報告和預算報告，并召開同行專家論證會。本設計的成功應用取決于對設計方案的正確理解以及對系統(tǒng)使用方法的正確掌握，在系統(tǒng)安裝調(diào)試過程中醫(yī)學工程技術(shù)人員和使用人員應全程跟蹤，了解各個控制環(huán)節(jié)的技術(shù)要點，以確保系統(tǒng)在使用中正常運行。

[1] 張庭，譚旭峰，盛建華，等.CWH系列醫(yī)用純水集中供應系統(tǒng)探討[J].現(xiàn)代醫(yī)院，2012，12(9)：120-123.

[2] Qiu G，Ting YP.Osmotic membrane bioreactor for wastewater treatment and the effect of salt accumulation on system performance and microbial community dynamics[J].Bioresour Technol，2013，150：287-297.

[3] Vendramel SM，Justo A，González O，et a1.Reverse osmosis concentrate treatment by chemical oxidation and moving bed biofilm processes[J]. Water Sci Technol，2013，68(11)：2421-2426.

[4] Ivanov AV，Tafeeva EA，Davletova NKh. Hygienic evaluation of the effectiveness of the concept of improvement the water supply in the south-eastern region of the Republic of Tatarstan[J].Gig Sanit，2014(1)：54-57.

[5] Chen L，Gu Y，Cao C，et，al.Performance of a submerged anaerobic membrane bioreactor with forward osmosis membrane for low-strength wastewater treatment[J].Water Res，2014，50：114-123.

[6] Shan-Bin G，Yue T，Ling-Yan J.Long-term sustained-released in situ gels of a waterinsoluble drug amphotericin B for mycotic arthritis intra-articular administration：preparation， in vitro and in vivo evaluation[J].Drug Dev Ind Pharm，2014，7：596-599.

[7] Sicard C，Glen C，Aubie B，et a1.Tools for water quality monitoring and mapping using paperbased sensors and cell phones[J].Water Res，2014，12(70)：360-369.

[8] 郭銀明，李為，段宏峰，等.超純水系統(tǒng)EDI裝置清洗及滅菌方法[J].工業(yè)水處理，2014，30(5)：93-96.

[9] Sitzenfrei R，Rauch W.Integrated hydraulic modelling of water supply and urban drainage networks for assessment of decentralized options[J]. Water Sci Technol，2014，70(11)：1817-24.

[10] Bharmoria P，Gehlot PS，Gupta H，et a1. Temperature-dependent solubility transition of Na2SO4in water and the effect of NaCl therein： solution structures and salt water dynamics[J].J Phys Chem B，2014，118(44)：12734-12742.

[11] 楊進，張征，劉崢，等.醫(yī)用純水供應系統(tǒng)的局部改造[J].中國醫(yī)院管理，2012，31(11)：91-92.

Development and application of pharmaceutical purified water supply system

WU Zheng-yu, WANG Ping, ZHANG Li-xin, et al

China Medical Equipment,2015,12(5)∶42-45.

Objective∶ To develop a set of pharmaceutical purified water supply system with lower cost, higher degree of reliability, easier maintenance, multi-functions. Methods∶ A centralized primary purified water system established as to produce the soften water, which be delivered to each water point and to the pretreatment of purifying process. Then the purification will be preceded according to different functions of different water points, through one-level or secondlevel reverse osmosis device. In order to ensure the un-interruptability and stability of source water supply and soften water supply, a double pump frequency device will be equipped. Results∶After three-year clinical application, it indicated that the centralized pharmaceutical purified water supply system would be a system with stable performance, low cost, and easy to maintain and operate. Conclusion∶ The design of the pharmaceutical purified water supply system satisfies the requirements of Clinical Medicine.

Pharmaceutical purified water; Supply system; Ccentralized pretreatment

1672-8270(2015)05-0042-04

R197.324

A

①解放軍第254醫(yī)院醫(yī)學工程科 南開大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院 天津 300142

②北京康德威醫(yī)療設備有限公司 北京 100151

2014-10-10