水處理設(shè)備溶鹽桶的改良設(shè)計(jì)

符德貴，陳興富(通信作者)

1 廣東省第二人民醫(yī)院設(shè)備科 (廣東廣州 510317)；2 廣州市紅十字會醫(yī)院血液凈化中心(廣東廣州 510220)

無論是農(nóng)業(yè)、工業(yè)還是醫(yī)療領(lǐng)域，對水質(zhì)的要求均越來越高。以上領(lǐng)域均需對水進(jìn)行軟化處理，對于硬水的軟化處理，目前常采用離子交換法[1-2]。軟化處理中用到的再生液是由鹽(NaCl)和水按照一定比例混合制得的飽和鹽水，再生液的制備主要通過在裝有一定量水的溶鹽桶內(nèi)不斷加鹽，保持鹽水中存在的固體鹽沉淀不溶解，以反映鹽水處于飽和狀態(tài)，但以上屬于自然溶解的方法，缺點(diǎn)是制備周期長及鹽水的飽和度存在分層情況，即底部完全飽和、中部臨界飽和、上部未飽和的情況，導(dǎo)致再生不夠充分。由于軟化水效果不理想會給后級水處理設(shè)備帶來嚴(yán)重的影響[3-4]，且透析用水質(zhì)量嚴(yán)重影響患者治療效果，因此，臨床透析用水處理系統(tǒng)對其安裝工藝以及對水硬度的要求均非常高[5-6]，《水和透析液質(zhì)量管理指南》[7]及國家醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY 0572-2015《血液透析及相關(guān)治療用水》[8]均明確規(guī)定了透析用水各項(xiàng)指標(biāo)的控制要求。

為解決配置鹽水周期長及鹽水濃度明顯分層問題，本研究設(shè)計(jì)了一種醫(yī)用溶鹽桶，其通過流量泵進(jìn)行攪拌以及電導(dǎo)計(jì)進(jìn)行監(jiān)測，可減少溶液濃度分層現(xiàn)象，縮短配置時間，達(dá)到臨床透析用水水質(zhì)要求。

1 醫(yī)用溶鹽桶的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)的醫(yī)用溶鹽桶包括容納顆粒鹽和鹽水混合物的桶體和將桶體分為上、下兩層的隔板，隔板與桶體底面之間形成15 cm的隔鹽區(qū)。桶體材料采用白色PVC材料，其與鹽水形成陰影，利于觀察桶內(nèi)液位位置以及是否存在未溶解鹽。隔板采用黑色的塑料板材，與白色顆粒鹽形成鮮明對比，利于在添加固體鹽時可清楚地觀察到桶內(nèi)鹽的剩余情況；隔板表面設(shè)有若干實(shí)現(xiàn)隔板上、下側(cè)溶質(zhì)傳遞的細(xì)小通孔，其只允許部分未溶解顆粒鹽從隔板上側(cè)穿到下側(cè)溶鹽區(qū)，添加的固體鹽沉淀在隔板的上側(cè)，只有最靠近隔板，粒徑較小的顆粒鹽才會從所述細(xì)小通孔穿到隔鹽區(qū)，所以，進(jìn)入隔鹽區(qū)的鹽量極少，很快就會溶解，故隔鹽區(qū)內(nèi)基本不存在顆粒鹽，可避免顆粒鹽堵塞管道情況出現(xiàn)。

另外，我們還為醫(yī)用溶鹽桶設(shè)置了用于循環(huán)攪拌鹽水的管道以及用于從鹽桶內(nèi)抽取飽和鹽水的交換鹽水管道，并將循環(huán)攪拌鹽水的管道上端連接到鹽桶液面下方10 cm處，以及交換鹽水管道的上端連接到樹脂罐的控制頭處，將這兩個管道的下端設(shè)置在隔鹽區(qū)的中間位置并設(shè)置了過濾塞，可避開加鹽區(qū)的顆粒鹽從隔鹽區(qū)抽取鹽水，避免抽出未溶解顆粒鹽。本設(shè)計(jì)的醫(yī)用溶鹽桶的結(jié)構(gòu)與常規(guī)溶鹽桶一致，均不會對現(xiàn)有水處理系統(tǒng)的場地造成影響，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 醫(yī)用溶鹽桶的結(jié)構(gòu)圖

醫(yī)用溶鹽桶的電子模塊部分主要由電源、處理器、電導(dǎo)率探頭、水泵、顯示器組成。本設(shè)計(jì)采用的是接觸式電導(dǎo)率探頭，通過比較兩個電導(dǎo)率探頭的差值來確定醫(yī)用溶鹽桶鹽水濃度分層情況。當(dāng)差值超出設(shè)定范圍時，處理器控制水泵啟動，將底部鹽水濃度較高的溶液抽到上方，達(dá)到充分?jǐn)嚢璧男Ч?，有效加快顆粒鹽溶解，使上、下兩部分的鹽水濃度接近一致，達(dá)到飽和狀態(tài)。為了達(dá)到預(yù)期的攪拌效果，本研究選用格蘭富UPS25-80水泵，功率為110 W，管徑為40 DN，全揚(yáng)塵8 m，全流量3.3 m3/h，供電220 V、50 Hz，噪聲等級<43 dB。總之，該水泵穩(wěn)定性好，流量合適，噪聲低。

2 飽和鹽水的制備方法

通常情況下，1 kg水在20 ℃下可以溶解360 g NaCl，240 g NaCl可以再生1 L樹脂，根據(jù)樹脂罐的大小以及鹽桶的大小，即可計(jì)算出日常加鹽量。在實(shí)際操作中，為了保證加鹽量足夠，我們會在鹽桶中多添加鹽，使鹽桶中的鹽充分溶解至不再溶解的狀態(tài)，整個溶解周期較長，在樹脂罐再生周期內(nèi)會出現(xiàn)濃度分層的現(xiàn)象，導(dǎo)致鹽水飽和不均勻，水硬度不達(dá)標(biāo)。

本研究中，當(dāng)鹽桶內(nèi)鹽水溶液的電導(dǎo)率大于30 mS/cm時，在樹脂再生周期內(nèi)，水硬度均小于17 ppm，符合透析用水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)YY 0572-2015，因此將其作為電導(dǎo)計(jì)的基準(zhǔn)值。根據(jù)樹脂罐的大小，加適量鹽后，啟動程序，進(jìn)行預(yù)設(shè)的30 min攪拌，然后通過比較電導(dǎo)計(jì)1和基準(zhǔn)值來判斷底層溶液是否攪拌均勻，當(dāng)?shù)撞咳芤哼_(dá)到飽和后，再通過電導(dǎo)計(jì)2和基準(zhǔn)值來判斷上層溶液是否達(dá)到飽和，具體處理步驟見圖2。

圖2 軟件流程圖

3 實(shí)驗(yàn)對比

在鹽桶120 L、溶液80 L、加鹽30 kg、水溫20～25 ℃的條件下，進(jìn)行自然溶解配置與攪拌配置實(shí)驗(yàn)，并分別在30 min及4、8、12、24 h時記錄對應(yīng)的濃度電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)中所采用的為深井巖鹽，大小(1.9～2.1)cm×(1.2～1.5)cm×(1.2～1.5)cm，純度≥99.5%，水分≤1%，水不溶物≤0.2%。通過采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件對電導(dǎo)計(jì)1和電導(dǎo)計(jì)2分別進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)計(jì)1的兩組數(shù)據(jù)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.104)；電導(dǎo)計(jì)2的兩組數(shù)據(jù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.003)，見表1。由此說明，通過自動化攪拌可減少鹽水溶液濃度分層的現(xiàn)象。

表1 自然溶解配置與攪拌配置實(shí)驗(yàn)30 min及4、8、12、24 h時對應(yīng)的濃度電導(dǎo)率(mS/cm)

4 討論

隨著各領(lǐng)域?qū)λ|(zhì)的使用要求越來越高，制備合格用水的方法和技術(shù)逐漸成熟，但有些細(xì)節(jié)仍易被忽視[9-10]。在傳統(tǒng)的觀念中，肉眼可見沉淀結(jié)晶鹽即理解為鹽水達(dá)到飽和狀態(tài)，而實(shí)際的測量發(fā)現(xiàn)，上、下層溶液存在嚴(yán)重的濃度分層現(xiàn)象[11-13]，而本設(shè)計(jì)的醫(yī)用溶鹽桶可有效解決該問題。本研究設(shè)計(jì)的醫(yī)用溶鹽桶將流量泵與電導(dǎo)計(jì)巧妙結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了飽和鹽水的自動攪拌配置，明顯改善了鹽水濃度分層的現(xiàn)象，使飽和鹽水的配置更加科學(xué)、簡便。

值得注意的是，本研究設(shè)計(jì)仍存在問題，如采用了比較容易實(shí)現(xiàn)的接觸式電導(dǎo)率探頭，雖然制作簡單，但探頭長時間使用容易被鹽腐蝕，可能導(dǎo)致測量誤差增大，甚至探頭損壞，目前現(xiàn)有技術(shù)中已有非接觸式電導(dǎo)率測量的方法，可很好地解決此問題；電導(dǎo)率易受溫度的影響，存在南北、夏冬、晝夜等差異，因此，對鹽水飽和時基準(zhǔn)電導(dǎo)率的測定需要綜合多方面考慮，若能夠研究出隨著溫度變化的電導(dǎo)率曲線，即可避免出現(xiàn)較大的誤差；此外，可在自動加鹽方面對本設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)全自動化，節(jié)省人力[14-16]。