量子管通環(huán)在透析用水處理設備中的應用研究

朱 俊 張 艷 侯君子 伍 洪 韓 旭 馬海新 龐周龍 周旋坤 王羽飛 艾雅娟

量子管通環(huán)在透析用水處理設備中的應用研究

朱 俊①張 艷②侯君子③伍 洪①韓 旭①馬海新①龐周龍①周旋坤①王羽飛④*艾雅娟⑤*

目的：研究量子管通環(huán)在透析用水處理設備中的應用。方法：根據(jù)量子學原理，通過量子管通環(huán)產生的超精微振蕩波、分子振動波和生物信號，對透析用水處理設備內管道的水物理軟化；對處理后的水取樣，檢測其技術參數(shù)；對經(jīng)量子管通環(huán)處理后的水和軟化用鹽的水質進行效果和經(jīng)濟效益分析比較。結果：量子管通環(huán)在水處理方面能達到透析用水水質要求，同時與化學軟化用鹽相比具有科技含量高，經(jīng)濟效益好的優(yōu)勢。結論：量子管通環(huán)在透析用水的水處理方面具有實用性和推廣價值。

血液透析；水處理設備；反滲透；超精微振動波；量子管通環(huán)

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, the 309thHospital of Chinese PLA, Beijing 100091, China.

血液透析是腎衰患者維持生命的重要治療手段。透析用水在血透中發(fā)揮重要作用，是血透過程中的主要媒介之一。透析用水的質量直接或間接地影響患者的治療效果，不合格的透析用水輕則導致透析并發(fā)癥，重者引發(fā)透析事故[1]。透析用水處理設備起著基礎性作用，如何提高水處理設備的效能、改善水處理質量、減少環(huán)境污染以及節(jié)約經(jīng)濟成本，成為創(chuàng)新研究的熱點。本研究基于上述問題，利用國外先進的水處理研究技術，結合醫(yī)學工程問題，提出水處理設備改進方面的方法探索研究，以提高設備的綜合效益。

1 透析用水處理設備

圖1 水處理設備示意圖

透析用水處理設備主要包括供水系統(tǒng)、水預處理系統(tǒng)、反滲透裝置和透析用水輸送系統(tǒng)4部分[2-3](如圖1所示)。

供水系統(tǒng)將自來水引入加壓泵，加壓后儲存到加壓水罐中，通過壓力開關調節(jié)到合適的壓力，用以維持系統(tǒng)壓力。

除氯是透析用水處理的必備環(huán)節(jié)，因為殘余氯有較強的氧化性，如果與血液接觸將導致溶血、血細胞下降等嚴重后果；同時對后續(xù)反滲透膜有腐蝕作用，進而影響反滲水的生成質量。因此，每日必須打開碳罐取樣閥，用余氯監(jiān)測儀或顯色劑測試活性炭罐出水含余氯量，評定活性炭罐的情況?；钚蕴抗尢畛湮镞x用優(yōu)質果核殼類的活性碳，采用雙罐結構，如圖1中第2、第3個罐，以確保機械強度好、吸附速度快和吸附容量大的要求，保證水與活性炭的接觸時間＞10 min[3-5]。軟化裝置主要是將水中的Ca2+、Mg2+離子去掉，在反滲透膜表面形成沉積，影響水質和產量，甚至可阻塞反滲透膜，使膜失效；同時防止透析過程中可能造成患者Na+、K+失衡，引起并發(fā)癥。交換劑是鈉型陽離子交換樹脂，交換水中的硬度成分Ca2+、Mg2+。樹脂交換工作過程反應式：

交換達到一定值時交換劑失效。為恢復交換能力可用再生液對其進行再生，常用的再生液為飽和鹽溶液。采用離子交換樹脂再生劑，加入于鹽罐中，如圖1中第4個罐的鹽罐。樹脂交換再生過程反應式：

反滲透(reverse osmosis，RO)是在高濃度溶液一側采用輔助加壓則可使水分子從高濃度溶液經(jīng)半透膜流到低濃度溶液一側。RO裝置的核心是RO膜，通常采用雙膜結構。目前，RO膜的類型主要有平板式、管式、卷式和中空纖維式。高壓泵向膜組件提供平穩(wěn)、不間斷的流量和合適的壓力，反滲透機的壓力管路一般采用PVC-U或不銹鋼材料，耐壓值＞2.6 MPa。采用雙級RO系統(tǒng)，以達到RO水要求[4-5]。由于RO水長時間受水質影響，容易受諸如膜表面上結垢、金屬氧化物污染、污堵、膠體污染及微生物污染等。需要通過控制回收率、降低高濃度溶液中離子濃度、除去結垢離子、加裝保安過濾器、定時低壓反沖產檢等手段排除。

經(jīng)過系列處理生成的反滲水，儲存在約946 L的儲水罐中，透析用水輸送系統(tǒng)輸送RO水至透析機供患者透析使用。供水管路選用無毒材料、細管徑及減少接頭，避免水流盲區(qū)，采用單路循環(huán)。透析機采用串行連接，以減少管路回路污染。透析用水處理設備的各個部件使用具有其壽命期限，需要定期更換(見表1)。

表1 水處理設備部分裝置更換周期

2 量子管通環(huán)

2.1 量子管通環(huán)的原理

量子管通環(huán)又稱能量環(huán)，是近年來量子物理研究領域的高科技產品，采用全新的物理處理方法。德國IAB公司利用LPL激光振動技術將超精微振動波刻錄到量子管通環(huán)中，利用硅、鋁等生物活性材料，能夠在亞原子級穩(wěn)定、儲存、記憶和釋放量子信息，以超精微振動波、分子振動波和生物信號等形式釋放出來。在這種超精微振動波的作用下，量子管通環(huán)可以向水中施加一個能量共振場，打破大的水分子團，使其變?yōu)樾〉乃肿訄F簇，甚至單個水分子，水的活性得到極大增強，極微小的水分子團簇可以滲透、包圍、疏松、溶解和去除系統(tǒng)內的老垢[4，10-11]。

在量子管通環(huán)安裝于管道時，超精微振動波即被持續(xù)恒量地釋放出來，透過管壁傳入水中。水接納這種振動波并將其按水流方向傳播開去，其速度遠遠高于水本身的流速，甚至管路中很少流動的死角也被載上這種振動波，在振動波的作用下，水的活性得到極大加強，大的水分子團變成小的分子團甚至單個的水分子，溶解和包含垢的能力增強，對已形成的銹或垢進行分化瓦解[4，11-12]。

同時，超精微振動波作用于水中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等相關離子，使其物理特征發(fā)生改變。如碳酸鈣晶體的微觀結構從針晶狀(容易插擠成團形成致密的硬垢)變?yōu)閳A球狀(晶體之間不容易吸附)，在有水流的情況下被帶走，在靜態(tài)的水中呈軟絮狀沉淀于容器底部，而不易板結成硬垢[6，12]。新安裝的管道不會結硬垢、生銹或長菌藻，舊管道中的原有銹蝕、老垢等可逐步溶解消除，并最終在管道內壁形成保護性氧化層，管道內壁不再出現(xiàn)腐蝕。

2.2 量子管通環(huán)的特點

利用量子管通環(huán)在透析用水處理方面，具有防垢除垢、殺菌滅藻和除銹防腐蝕3大特點。在理想條件下量子管通環(huán)的有效作用距離可達安裝點下游10 km，使用壽命可達15年以上。

(1)防垢除垢。量子管通環(huán)釋放的超精微振蕩波，破壞了CaCO3晶體中的部分Ca2+和CO32+離子間的庫倫力約束，不易結晶形成水垢，可發(fā)揮防垢作用。在醫(yī)院透析用水處理設備中可替代軟水設備，阻止水垢在滲透膜表面的沉積，減少RO膜的清洗和維護，極大延長RO膜的使用壽命。

(2)殺菌滅藻。量子管通環(huán)連續(xù)不斷地向水中釋放類似生物信號的振動能，受其影響的菌藻生物膜遭到破壞而死亡，生物代謝過程被振動能所終止。

(3)除銹防腐蝕。通過管壁直接作用于水中，增強水分子的活性，使水分子由大分子簇變?yōu)樾》肿樱淖僃e3O4的分子排列，阻止Fe3+與氧的反應不再生成Fe3O4，而是在管道內壁形成氧化膜，進一步阻止Fe3+的氧化銹蝕，并于4～8周可清除管道和設備內壁附著的銹蝕，且能防止新銹的產生，延長管道和設備的使用壽命。

3 結果分析

利用量子管通環(huán)的特點將其安裝在透析用水處理設備的水軟化裝置的前端口，用螺絲擰緊即可。對水質數(shù)據(jù)取樣檢測，評估其產生的技術效果和經(jīng)濟效益分析。

3.1 水質技術分析

參考2008年美國AAMI標準[6-9，11-12]，Ca＜2 mg/L，Mg＜4 mg/L，Cl-＜0.5 mg/L細菌數(shù)＜200 cfu/ml，內毒素＜2 EU/ml(見表2)。

表2 透析用水處理設備安裝量子管通環(huán)后水質情況

表2顯示，水質符合透析用水要求；同時由于細菌處理技術的提高能極大延長RO膜的壽命，甚至可需5年以上更換；產水量方面能夠達到25 L/h，充分表明，量子管通環(huán)完全可以替代水處理設備中的軟化部分。

3.2 經(jīng)濟效益分析

比較計算量子管通環(huán)和水處理設備用鹽、設備的安裝費以及后續(xù)發(fā)生的費用。日前透析中心透析用鹽(即離子交換樹脂再生劑)10 kg/包，用量約為200包，使用劑量為2 t/月。按照目前市場價格3000元/t，則1年的鹽使用費用為3000×2×12=7.2萬元/年，樹脂使用費用為5300元/年。而量子管通環(huán)的后期維護和使用費用幾乎為0，主要投資為前期的購置成本。

以此計算，剔除價格上漲、通貨膨脹等因素，量子管通環(huán)與水軟化裝置的成本臨界時間點為：

在理想的情況下最快只需0.32年的時間，量子管通環(huán)的經(jīng)濟效益則會超過水軟化裝置的成本。以量子管通環(huán)15年壽命計算，其產生的經(jīng)濟效益是水軟化裝置的1177930÷43500≈27.1倍(見表3)。

量子管通環(huán)透析用水處理設備不僅能完全達到透析用水的水質要求，大幅降低設備軟化用鹽的費用，還能夠產生巨大的經(jīng)濟效益，具有推廣和實用價值。量子管通環(huán)水軟化處理與水軟化用鹽相比具有明顯的優(yōu)勢(如圖2、圖3所示)。

圖2 水軟化用鹽實物圖

圖3 量子管通環(huán)實物圖

4 結論

量子管通環(huán)可完全代替軟化用鹽等化學處理法，且可達到更好的效果。對于某些特殊復雜系統(tǒng)，量子管通環(huán)結合化學加藥法，能夠取得更好的節(jié)能減排效果。量子管通環(huán)不會對環(huán)境產生任何污染。使用軟化水等不飽和水(不含礦物質的水)會對金屬管道和設備造成腐蝕，而量子管通環(huán)通過實際工程案例及相關防腐研究機構的嚴格測試證明，其具有良好的防腐效果[10-12]。量子管通環(huán)能量來源是以硅、鋁為主要成分的生物活性功能材料，不需要提供能量而能夠源源不斷釋放量子信息。

量子管通環(huán)產生的超精微振蕩波在精密設備中對環(huán)境有所要求，必須防止電磁干擾，如遠離電焊、防止雷擊以及與高頻電刀等設備保持適當距離。因此，可加裝金屬屏蔽網(wǎng)，以減少外界電磁干擾。透析用水處理軟化裝置的量子管通環(huán)具有明顯的技術優(yōu)勢和經(jīng)濟效益，能夠為醫(yī)院節(jié)約大量的人力、物力和財力，具有推廣性和實用性[13-15]。

[1]梅長林，葉朝陽.實用透析手冊[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2003：28-30.

[2]張從周，包偉浩.血液透析機中平衡腔技術與流量平衡技術的比較[J].醫(yī)療設備信息，2007，21(4)：43-44.

[3]朱麗華.透析用水處理設備的配置分析[J].中國醫(yī)學裝備，2007，11(4)：27-30.

[4]王杭慶，趙立福.量子管通環(huán)在冷卻水系統(tǒng)中的應用[J].工業(yè)給水排水，2010，36(10)：58-61.

[5]王志剛.血液凈化設備與臨床[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，2006：56-100.

[6]International Organization for Standardization. Water for haemodialysis and related therapies[S]. ISO，2002.

[7]Association for the Advancement of Medical Instrumentation.Water treatment equipment for hemodialysis applications[S].ANSIPAAMI，2001.

[8]International Organization for Standardization. Water treatment equipment for hemodialysis applications and related therapies[S].ISO，2002.

[9]吳傳業(yè)，黃濤.湖南省醫(yī)院血液透析用水衛(wèi)生質量及影響因素[J].環(huán)境與健康雜志，2004，21(3)：147-149.

[10]陳仙明，劉弋青，呂維敏.透析用水處理設備標準的研究進展[J].生物醫(yī)學工程研究，2010，29(1)：55-58.

[11]核工業(yè)第二研究設計院.給排水設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001：58.

[12]黎磊石，季大璽.流線型血液凈化[M].南京：東南大學出版社，2004：127.

[13]Lonnemann G.When good water goes bad：how it happens，clinical consequences and possible solutions[J].Blood Purif，2004，22(1)：124-129.

[14]Morgera S，Haase M，Kuss T，et al.Pilot study on the effects of high cutoff hemofiltration on the need for norepinephrine in septitc patients with acute renal failure[J].Crit Care Med，2006，34(8)：2099-2104.

[15]王志剛.透析與腎移植使用手冊[M].北京：科學技術出版社，2007：112-120.

The application of quantum ring in hemodialysis water treatment equipment

/ZHU Jun,ZHANG Yan, HOU Jun-zi, et al// China Medical Equipment,2014,11(8):39-42.

Objective: To prove the evidence of the application of quantum ring in water treatment equipment for hemodialysis. Methods: According to the quantum theory, the ultrafine oscillations as well as the molecule oscillations and biological signals, which generated by the quantum ring, soften the water in the water treatment pipe in the way of physical processing. And then, we sample the processed water, and test their technical specifications. Eventually, the quality of hemodialysis water which processed by the quantum ring and/or by the water softener salt can be induced by the comparison and analysis of specification and economic benefit. Results: The water processed by the quantum ring can meet the hemodailysis requirements, meanwhile producing huge technology performance and economic benefit, comparing to the water softener salt. Conclusion: The application of quantum ring in water treatment equipment for hemodialysis can be wildly applied, and obtain the value of prevalence.

Hemodialysis; Water treatment equipment; Reverse osmosis; Ultra-fine oscillations; Quantum ring

1672-8270(2014)08-0039-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.08.012

2014-01-20

①解放軍第309醫(yī)院醫(yī)學工程科 北京 100091 ④解放軍第309醫(yī)院ICU 北京 100091

②解放軍第309醫(yī)院血液科 北京 100091 ⑤解放軍第309醫(yī)院脊柱微創(chuàng)外科 北京 100091

③解放軍第309醫(yī)院移植ICU 北京 100091

*通訊作者：zhjacd@163.com；jeffersonacd@yahoo.com

朱俊，男，(1986- )，本科學歷，工程師。解放軍第309醫(yī)院醫(yī)學工程科，從事醫(yī)學圖像、醫(yī)學信號處理、臨床醫(yī)學工程研究和管理等工作。