血液透析用水之水质软化相关因素的研究分析

赵丽萍 张飞鸿

1861年苏格兰化学家Thomas首先提出“透析”(dialysis)概念，在此基础上经过漫长的发展有了现今较成熟的血液净化技术[1]。20世纪70～80年代，反渗机尚未全面应用于透析患者的治疗中，当时的临床医务人员意识到由于水中化学杂质可能引起一系列的并发症[2]。“硬水综合征”就是其中的一种，由于水中Ca2+、Mg2+浓度增高，从而使患者出现头痛、恶心、高血压、神经精神等症状。通过利用复合体途径的水处理原理，来解决血液透析用水的问题。水处理系统中的反渗膜是一种半透膜，在一定压力作用下反渗膜能除去90%～95%的双价离子和95%～99%的单价离子；分子＞200道尔顿(Da)的有机物，包括细菌、内毒素、病毒和颗粒；除盐率高达95%以上，它进行水的纯化是利用分子筛和离子排斥的原理[3]。

透析用水水质的好坏已成为确保血透患者透析治疗效果的关键，并有助于最大程度的减少透析相关的并发症[4-5]。正是由于血液透析患者已全面应用RO水(反渗水)作为透析用水，“硬水综合征”几乎不再出现。在我国中、大型血透中心不断增多的同时，均将水处理设备的重点放在反渗机和反渗膜上，相对于软化器的研究分析则重视不够，忽视了水软化的不充分会引起钙垢沉积在反渗膜表面而影响反渗水产量、降低反渗膜效应和寿命等问题。本研究通过对水质软化的相关因素进行研究分析，其主旨是为进一步提高血液透析用水水质提供依据。

表1 常用硬度单位之间关系

1 水质的相关原理

1.1 水质软化的相关原理

(1)水的硬度主要由水中所含钙、镁等金属离子而决定，除去水中的钙、镁离子的过程称为水的软化，在水处理系统中软化器暨担负此职。除去所有阴、阳离子的处理过程则称为脱盐，常用的处理方法有离子交换法、电渗析法、反渗透法等[6-7]。通常水处理系统中的软水器采用离子交换法，反渗机采用反渗透法。在软化处理中常选用离子交换树脂，原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再生骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成[8-9]。离子交换树脂不溶于水和一般试剂，多数制成颗粒状，具有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质稳定；通常有较长的使用寿命。离子交换树脂中含有1种(或数种)化学活性基团，在水溶液中能离解出某些阳离子或阴离子，同时吸附溶液中原有的其他阳离子或阴离子。将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+与溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附，除去这些离子。该树脂以钠型运行使用后可用盐水再生，循环往复发挥其功效。

(2)硬度单位常用的有mmol/L或mg/L。以往常用当量浓度N换算：1N=0.5 mol/L。由于硬度并非是由单一的金属离子或盐类形成的，因此为了统一比较标准有必要换算为另一种盐类。通常用CaO或者是CaCO3的质量浓度来表示。当硬度为0.5 mmol/L时，CaO＝28 mg/L，或CaCO3=50 mg/L。此外，有采用德国度、法国度来表示硬度。1德国度CaO＝10 mg/L，1法国度CaCO3＝10 mg/L。0.5 mmol/L相当于德国度2.8、法国度5.0。常用硬度单位之间的关系见表1。

1.2 反渗水电导度与水质软化关系的相关原理

通常反渗机测定纯水的标准均以水的电导率表示。由于水中含有各种溶解盐类，并以离子的形态存在，当水中插入一对电极通电之后，在电场的作用下带电离子则产生一定方向的移动，水中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，使水溶液起导电作用。水的导电能力的强弱程度称为电导度S(或称电导)。电导度反映了水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标。水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导度越小，超纯水几乎不能导电。电导的大小等于电阻值的倒数。即：S=1/R，S=(1/p)·(F/L)。1/p称为电导率。

我院血液净化中心水处理系统所使用的是PURELITE钠基阳离子树脂，及带滤网防溢水的专用树脂再生盐桶。使用Merck公司出产的专用测试试条(Merckoquant)、“紫薇山”出产的水质软化测试剂分别用来测试总硬度(Total Hardness Test)。研究表明，不应单纯将电导度当做反应水软化的标准，它只是反映水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标。从表2中可以看出软化后的水和反渗后的水硬度的实测值的实际变化值(见表2)。

表2 总硬度的检测

2 影响水质软化的因素

2.1 原水的水质

我国血液透析用水的水源多采用自来水，由于受到各地地表所含有的矿物质多少、季节、天然水文现象的影响，不同流域的水其硬度不同(见表3)，不同季节的用水量会出现起伏。在冬季或干旱的季节发生的海水倒灌即通常所称的咸潮现象，均会对透析所用的原水产生影响。

表 3 我国部分城市自来水硬度(CaCO3)mg/L情况表

解决方法：在安装水处理系统前建议对原水水源进行分析，通过测试水的硬度、电导度等为配置合理的软水器做基础。确保前处理系统的水得到充分软化，避免因过量的钙、镁离子对下游的反渗膜形成压力，减少CaCO3沉积在反渗膜的表面，从而使反渗膜的有效面积减少，反渗水的产水量减少。

2.2 软水器的日常维护和监测

如图1所示：①离子交换树脂在每次再生前吸附饱和，会使未经树脂充分交换的水进入反渗透装置，从而影响水的软化甚至可以使CaO、CaCO3沉积在反渗膜上面；②树脂罐反冲的次数和时间不够，有可能会使树脂板结从而影响到树脂的工作效率；③树脂罐中的中心管如果发生脱落，会产生较严重的后果，将未经树脂交换处理过的水通过出水口直接进入到反渗机中影响水质；④如果机械的设定再生周期，而不是根据具体水质的情况来设定再生周期，会严重影响水的软化；⑤再生盐桶中盐水的饱和度也是影响树脂再生的关键因素(如图2所示)。

图1 软化器

图2 软化离子交换

解决方法：①每日透析治疗结束后检测软水器下游水的硬度，根据检测结果，实施有效的调整再生周期；②检查软化器自动再生时间和再生周期的设定，校正软化器控制头的时钟，防止因为停电等突发事件使再生时间发生改变；③每次再生前确认盐桶中有足够的再生盐，同时要使用标准的有隔网式的再生盐桶(如使用无隔网式的再生盐桶，需要充分搅拌才能使盐水达到饱和，而在水温低时易使盐水未达到饱和)；④一旦发现经过频繁的再生，水质软化的效果仍然不好，要注意是否出现“树脂中毒”，应及时更换树脂；⑤水的软化处理与血透机的工作量有密切的关系，血透机满负荷运转使软化器的工作负荷加大，再生的次数也应做相应调整。

2.3 温度对树脂软化的影响

NaCl水溶液在不同温度下的渗透压和摩尔密度不同，亦是影响树脂再生的因素(见表4)。

表4 NaCl水溶液在不同温度下的渗透压和摩尔密度

解决方法：由表4所见，在不同温度影响下NaCl水溶液的渗透压和摩尔密度各不相同。因为透析用水量较大，在无法保证原水的水温处于恒定的情况下，应尽可能将水处理室维持在较适宜的温度环境(15～25 ℃)，维持内在系统的各部件恒定性。尤其注意水温低时，应根据实时监测的结果调整树脂的再生周期。并使用正规标配的树脂再生盐桶，桶内需有足量的盐，有利于保证再生盐桶的盐水处于饱和状态。

3 结论

水质软化是透析用水的重要组成部分，也是保证反渗机工作效率的关键。本研究表明：①不同季节、不同温度及特殊天然水文现象对水质软化均有影响。对水处理系统水源进行分析，配置合理的软化器能确保前处理系统的水得到充分软化；②再生树脂要考虑NaCl水溶液在不同温度下的渗透压和摩尔密度变化，应根据实时监测的结果使用饱和盐水调整树脂的再生周期；③做好软水器的维护和水质检测是保证透析用水水质的必要措施。据专家测算，2010年全球用于尿毒症和透析治疗的费用已攀升至10,000亿美元。而在我国，血透患者的数量也在逐渐扩大。因此，优质的透析用水能最大程度地减少透析相关并发症的发生，也是保证患者透析治疗质量的关键[10-11]。

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