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RO-EDI 制備血液透析用水系統(tǒng)
血液透析是維持腎衰病人生命的有效手段，透析治療需用大量的水。常規(guī)患者每周約接觸300～400L 水。透析膜對(duì)透析液中的有毒物質(zhì)不具備選擇性。透析液中所含的有害物質(zhì)，不但影響透析液電解質(zhì)濃度，對(duì)血液透析設(shè)備造成損壞，更嚴(yán)重的是有害物質(zhì)會(huì)通過透析膜擴(kuò)散進(jìn)入病人體內(nèi)，造成透析病人發(fā)生急性和慢性并發(fā)癥，因此透析用水水質(zhì)直接關(guān)系到血液透析的療效[1]。美國*醫(yī)療設(shè)備協(xié)會(huì)（AAMI）1981 年提出了美國透析用水標(biāo)準(zhǔn)，歐洲也于1997 年設(shè)立了歐洲透析用水標(biāo)準(zhǔn)，目前我國暫無統(tǒng)一的透析用水標(biāo)準(zhǔn)，各透析單位基本參照歐美的標(biāo)準(zhǔn)。
目前透析用水市場上水處理工藝大體包括一級(jí)反滲透、二級(jí)反滲透等。這些工藝設(shè)備初裝后，產(chǎn)水能滿足歐美標(biāo)準(zhǔn)要求，但大多數(shù)設(shè)備由于預(yù)處理不夠充分、關(guān)鍵點(diǎn)缺少必要的監(jiān)控，導(dǎo)致關(guān)鍵膜部件長期處于惡劣的運(yùn)行環(huán)境，大大縮短其使用壽命。目前我國還未將透析用水的水質(zhì)定期檢測(cè)納入強(qiáng)制監(jiān)管范圍，因此各透析單位不能及時(shí)有效保證出水達(dá)到要求。后研制了一種基于RO-EDI 的新型血液透析用水處理系統(tǒng)，產(chǎn)水水質(zhì)大大超過了透析用水標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了無菌注射用水要求，能較好地滿足透析治療的要求。本文主要介紹RO-EDI 制備血液透析用水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1 總體工藝設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)普通自來水的凈化，產(chǎn)水達(dá)到血液透析用水的要求，主要由水路和電氣兩大部分組成。其中水路部分包括：預(yù)處理單元、膜系統(tǒng)單元、后處理單元，工藝流程見圖1。
本系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)普通自來水的凈化，產(chǎn)水達(dá)到血液透析用水的要求，主要由水路和電氣兩大部分組成。其中水路部分包括：預(yù)處理單元、膜系統(tǒng)單元、后處理單元，工藝流程見圖1。
1.1 預(yù)處理單元
預(yù)處理單元是*道水處理工藝，保證產(chǎn)水達(dá)到膜系統(tǒng)單元的要求。主要包括鐵錳濾器、砂濾器、活性炭濾器、軟化器及精密過濾器。通過預(yù)處理的作用，能有效去除鐵錳離子、細(xì)小顆粒、懸浮物、Ca2+、Mg2+、游離氯、有機(jī)物及5μm 以上的微型顆粒。同時(shí)各預(yù)處理容器配備多路閥，實(shí)現(xiàn)了容器的定時(shí)清洗及軟化器再生。有效保證產(chǎn)水在惡劣進(jìn)水水質(zhì)情況下都能夠穩(wěn)定達(dá)到后續(xù)系統(tǒng)的要求。
1.2 膜系統(tǒng)單元
膜系統(tǒng)單元是本系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)去除水中大部分的有害物質(zhì)，保證終端產(chǎn)水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。主要包括反滲透（RO）和電去離子（EDI）兩項(xiàng)上流行的除鹽裝置。一級(jí)反滲透脫鹽裝置選用美國陶氏公司提供的聚酰胺復(fù)合膜，對(duì)Na、CaCl2、MgCl2 具有99%的脫除率。一級(jí)反滲透能除去水中的大部分無機(jī)鹽、有機(jī)物、微生物、細(xì)菌，使產(chǎn)水符合EDI 進(jìn)水要求[3]。本級(jí)配置10 根膜元件，分裝于5 根壓力容器中，膜組件呈2-2-1 排列，設(shè)計(jì)回收率為65%。
EDI（Electrodeionization）連續(xù)電去離子裝置是利用混和離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子，同時(shí)被吸附的離子又在直流電壓的作用下，分別透過陰陽離子交換膜而被去除的過程此過程離子交換樹脂不需要用酸和堿再生。此裝置能生產(chǎn)出電阻率高達(dá)10MΩ·cm 的超純水，實(shí)現(xiàn)了水的深度除鹽。二級(jí)反滲透脫鹽裝置進(jìn)一步除去水中的有機(jī)物、微生物、細(xì)菌，采用濃水回用技術(shù)，回收率達(dá)80%以上。本級(jí)配置8 根陶氏膜元件，分裝于4 根壓力容器中，膜組件呈2-1-1 排列。1.3 后處理單元后處理單元主要是減少后續(xù)細(xì)菌的二次滋生和去除經(jīng)過二級(jí)反滲透后的少量熱源。包括紫外線殺菌器和超濾器件。采用波長為254nm 的紫外線殺菌
器，對(duì)出水進(jìn)行消毒、滅菌，有效防止水中細(xì)菌的繁殖，盡量減少產(chǎn)水的二次污染。截留分子量為6000 的超濾裝置能有效截留熱源、內(nèi)毒素，確保了終端產(chǎn)水的質(zhì)量，使產(chǎn)水中細(xì)菌和內(nèi)毒素穩(wěn)定達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2 電氣控制
電氣控制是監(jiān)控主設(shè)備運(yùn)行的重要工具，是充分發(fā)揮主設(shè)備功能的重要保證，是主設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件。控制部分主要包括硬件電路設(shè)計(jì)、軟件流程設(shè)計(jì)及人機(jī)界面設(shè)計(jì)。
2.1 硬件電路
硬件電路是控制的載體，主要包括：PLC 主控、模擬信號(hào)采集、開關(guān)信號(hào)采集、模擬信號(hào)輸出、開關(guān)信號(hào)輸出及人機(jī)界面數(shù)據(jù)交換等部分，具體見圖2。
2.2 軟件流程
本系統(tǒng)軟件流程見圖3，控制核心通過對(duì)各個(gè)傳感器的檢測(cè)，經(jīng)過運(yùn)算處理后，輸出執(zhí)行量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行。主要控制要點(diǎn)如下：
（1）泵高/ 低壓（滿/ 無水）保護(hù)。通過對(duì)泵前后管路及水箱的壓力開關(guān)及傳感器信號(hào)檢測(cè)及處理，有效保護(hù)泵的安全運(yùn)行。
（2）產(chǎn)水合格判斷。通過對(duì)各產(chǎn)水關(guān)鍵點(diǎn)的水質(zhì)檢測(cè)，判斷產(chǎn)水是否合格，從而控制產(chǎn)水的流向。
（3）膜的正反沖控制。控制核心通過對(duì)沖洗電磁閥的控制，實(shí)現(xiàn)了反滲透膜的正反沖洗過程，增強(qiáng)了膜抗污染能力，延長其使用壽命。
（4）EDI 電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)。EDI 運(yùn)行狀況與其供電電壓相關(guān)，電壓太高導(dǎo)致EDI 處于超載狀態(tài)，從而影響其使用壽命，太低則除鹽率下降，通過控制使EDI 電壓實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)。
5）管道恒壓供水。產(chǎn)水管道負(fù)載多變，但透析機(jī)對(duì)產(chǎn)水有壓力要求。通過對(duì)于管道壓力信號(hào)的PID 調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)及變頻控制，實(shí)現(xiàn)了管道的恒壓。
2.3 人機(jī)界面本系統(tǒng)的使用對(duì)象是醫(yī)護(hù)人員，因此操作需簡單、易懂。通過對(duì)工藝流程的電氣化集成設(shè)計(jì)及人機(jī)界面的優(yōu)化，達(dá)到了操作簡潔、自動(dòng)化程度高的設(shè)計(jì)要求。
4 結(jié)語
本系統(tǒng)增強(qiáng)了預(yù)處理單元，在反滲透和EDI 兩大工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了PLC、觸摸屏等*控制裝置及PID 控制理論，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的、穩(wěn)定脫鹽效果。產(chǎn)水通過國土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心檢測(cè)（報(bào)告編號(hào)Z2006076），其產(chǎn)水質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過透析用水標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到我國及歐美注射用水標(biāo)準(zhǔn)EDI 產(chǎn)水達(dá)到10MΩ·cm 以上，可用于醫(yī)院生化檢測(cè)用水要求，能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。