Аппендикс: методы очистки воды

Вид материала

Документы

Содержание Грубая префильтрация Приведение рН. Добавление химических веществ. Приведение рН. Фильтры из активированного угля. Фильтры – картриджи. Глубокие фильтры – картриджи. Поверхностная фильтрация – плиссированные фильтры – картриджи. UF фильтры-картриджи. Ионообменные системы. Умягчение воды. Деминерализация / деионизация. Постоянный деионизатор. Обратный осмос. Метод.Рекомендованная техника: мембранно-фильтрационное культивирование.

Подобный материал:

• «Применение устройств магнитной обработки и очистки воды на операциях гальванического, 59.18kb.
• Урок. Тема. Вода. Качество питьевой воды. Очистка воды, 49.25kb.
• Физико-химические методы очистки сточных вод Малкова С. В., Машкова С. А., Шапкин, 45.75kb.
• Принцип работы установки для очистки сточных вод, 25.95kb.
• Борисов Игорь Анатольевич Методы очистки сточных вод, 402.71kb.
• Загрязнение водных ресурсов и методы очистки, 67.06kb.
• Механическая очистка, 10.19kb.
• Аботает на гидрологических станциях, станциях биологической и глубокой очистки сточных, 21.68kb.
• Методы очистки сточных вод, 28.89kb.
• Физико-химические методы очистки сточных вод с применением коагулянтов1, 44.5kb.

Аппендикс: методы очистки воды.


Обработку воды можно определить как любого типа процесс или метод, направленный на изменение химического состава воды, поставляемой системой водоснабжения. Системы водоснабжения подразделяются на поверхностные и глубокие грунтовые. Происхождение воды (поверхностное или глубокое) существенно влияет на степень ее загрязненности. Чистота воды, применяемой для диализа, должна удовлетворять специфическим потребностям и стандартам для предотвращения токсичности – в остром или хроническом ее виде.


Муниципальная обработка воды.


Специфическая обработка воды используется муниципальными службами в соответствии с местными, региональными и национальными стандартами. Ниже схематически суммированы применяемые методики.


Грубая префильтрация


Префильтрация производится через грубые фильтры, обычно 300 – 150 микронные, расположенные в точке забора поверхностной воды, и предназначена для удаления больших частиц с целью защитить оборудование, расположенное дальше по ходу движения обрабатываемой воды, от засорения (см. рисунок 1).


Осветление


Осветление – многофазовый процесс, направленный на снижение мутности и количества взвеси. Фазы процесса включают добавление химических коагулянтов или веществ, меняющих рН, которые вызывают образование хлопьев, удаляемых в гравитационных цистернах или фильтрах. В процессе осветления эффективно удаляются частицы > 25 μ.


Дезинфекция.


Это – одна из наиболее важных стадий муниципальной очистки воды. После осветления в воду добавляются соединения хлора с целью уничтожения бактерий. Для поддержания «биологического эффекта» и сохранения остаточной концентрации препараты хлора вводятся в избыточных количествах. Поэтому уровень хлора должен мониторироваться постоянно для предупреждения возникновения опасный уровней хлорамина или хлорированный углеводородов в системе водоснабжения.


Приведение рН.


Муниципальная вода может приводиться к показателю рН приблизительно 7.5-8.0 для предупреждения коррозии труб (высвобождение свинца). В случае избыточного защелачивания рН может снижаться за счет добавления СО2.


Очистка воды в гемодиализных подразделениях.


Для обеспечения качества воды, позволяющего использовать ее для диализа, могут использоваться различные технические средства. Они схематично суммированы ниже.


Добавление химических веществ.


Диспергаторы. Могут добавляться для предотвращения преципитации и роста кристаллов.


Хелатирующие агенты. Могут использоваться для предупреждения отрицательного воздействия жесткой воды и депозиции Са, Mg, Fe, Mn.


Окислители. Могут использоваться с двоякой целью: как биоцидные вещества или как нейтрализаторы восстановителей. Перманганат калия, сильный окислитель, может использоваться для окисления органических соединений и для облегчения преципитации соединений железа.


Приведение рН. Многие компоненты системы очистки воды – мембраны, ионообменные смолы, мембраны RO и другие материалы чувствительны к рН. В таких случаях рекомендуется приведение рН к нужному уровню.


Восстановители. Восстановители, такие как метабисульфит натрия, добавляются для нейтрализации окислителей, например, хлора или озона. Эти агенты защищают от окисления мембраны и ионообменные смолы.


Фильтры из активированного угля.


Активированный уголь (AC) напоминает ионообменную смолу. АС абсорбирует низкомолекулярные органические вещества и снижает уровень хлора и других галогенов в воде, но не активен по отношению к солям. АС-фильтры должны периодически меняться для предупреждения бактериального роста. Для предотвращения засорения требуется частая обратная промывка (см. рисунок 2).


Фильтры – картриджи.


Типичный фильтр состоит из корпуса, в котором заключено фильтрующее устройство. Фильтры – картриджи бывают двух основных типов: глубокие и поверхностные (см. рисунок 3).


Глубокие фильтры – картриджи. В них вода проходит сквозь тонкую стенку фильтра, задерживающую частицы, во внутреннее пространство фильтра. Фильтры выполняются из хлопка, целлюлозы, синтетических волокон или связок полипропиленовых волокон. Эффективность фильтрации зависит от плотности фильтра и способности задерживать определенные частицы. Глубокие фильтры обычно одноразовые и задерживают частицы размерами от 1 до 100 μ.


Поверхностная фильтрация – плиссированные фильтры – картриджи. Плиссированные фильтры – картриджи работают как абсолютные фильтры частиц и представляют собой плоские фильтры. Вещество, из которого они изготовлены плиссировано для увеличения поверхности. Плиссированные мембраны используются для удаления субмикронных частиц или бактерий размерами 0.1 – 1.0 μ. Новейшие картриджи используются также в качестве ультрафильтров: 0.005-0.15 μ. Положительно заряженные мембраны могут использоваться также с учетом их способности задерживать отрицательно заряженные пирогены.


UF фильтры-картриджи. Ультрафильтры могут использоваться для удаления пирогенов и других макромолекулярных веществ из сверхчистой воды. Обычно они имеют спиральную конфигурацию, обеспечивающую перекрестно-поточный тип фильтрации. Могут также производиться в виде волокон, собранных в пучки (см. рисунок 4).


Ионообменные системы.


Модуль – ионообменник представляет собой резервуар, заполненный гранулами синтетической смолы. Гранулы обладают способностью селективно сорбировать катионы или анионы и обменивать их на соответствующие ионы в зависимости от их аффинности. Процесс ионообмена продолжается до насыщения всех точек обмена; на этой стадии емкость смолы истощается, и она должна подвергнуться регенерации соответствующим химическим веществом.


Умягчение воды. Умягчитель – ионообменник – одно из наиболее широко применяющихся устройств при очистке воды. Умягчитель удаляет склонные к образованию кристаллов ионы кальция и магния из жесткой воды. Стандартные умягчители имеют три основных части: резервуар со смолой, резервуар с солью, электрический контроллер. Умягчитель в процессе ионообмена высвобождает ионы натрия, удалить которые при последующей очистке трудно (см. рисунок 5).


Деминерализация / деионизация. В ионообменных деионизаторах (DI) используется синтетическая смола, схожая с таковой в умягчителях. В DI используется двухуровневый процесс для удаления виртуально всех ионов, оставшихся в воде после предочистки. Используются два типа синтетической смолы; одна удаляет позитивно заряженные ионы (катионы), другая – отрицательно заряженные (анионы). Имеется два основных типа деионизаторов: с двумя резервуарами и одним (смешанный тип). Смолы обладают ограниченной емкостью и должны регенерироваться после истощения (см. рисунок 6).


Постоянный деионизатор. Его работа основана на принципе электродиализа, когда используются специальные мембраны, обладающие свойством полупроницаемости для ионов в зависимости от их заряда, и электрический ток. Две плоские мембраны, одна из которых проницаема преимущественно для катионов, а другая – для анионов, укладываются попеременно с образованием потока воды между слоями. Катод и анод помещаются на каждой стороне мембраны для удаления большинства ионов (см.рисунок 7).

Процесс деионизации позволяет получать чрезвычайно чистую в отношении растворенных ионов или минералов (заряженных) воду, но не удаляет органические вещества.


Дистилляция.


Дистилляция – сбор конденсата испаренной при кипячении воды. Большинство загрязнений не испаряется и потому не попадает в дистиллят. Дистилляция – процесс, позволяющий избавиться как от органических, так и от неорганических загрязнений, включая биологические загрязнения и пирогенны. Дистилляция включает фазу изменения агрегатного состояния, что позволяет добиться чрезвычайно высокого качества воды, однако не применяется для производства диализной воды вследствие больших затрат энергии (см.рисунок 8).


Фильтрация.


Системы фильтрации с перекрестным потоком. Фильтрация с перекрестным или тангенциальным потоком основана на герметизации потока входной воды над мембраной с проникновением части подающейся воды сквозь мембрану и удалением нефильтрованной части воды. Профильтрованная вода называется «пермеат», а нефильтрованная – «концентрат» или «возврат». Поскольку подающаяся вода и концентрат протекают параллельно мембране в отличие от перпендикулярного потока фильтрата, процесс называется фильтрация «с тангенциальным потоком». В зависимости от величины пор мембраны такие системы могут применяться в ранге обратного осмоса (RO), нанофильтрации (NF), ультрафильтрации (UF) или, чаще, микрофильтрации (см.рисунок 9).

Мембранная фильтрация с перекрестным потоком позволяет постоянно выводить загрязнения, что препятствует засорению пор мембраны.


Обратный осмос. RO – первый мембранный процесс сепарации, который стал коммерчески доступным. RO виртуально удаляет все органические вещества и 90-99% ионов. RO обеспечивает производство воды, удовлетворяющей основным стандартам при однопроточной системе и высочайшим стандартам сверхчистоты при двойной системе. RO задерживает вирусы, бактерии и пирогенны. Для поддержания движущей силы фильтрации требуется высокое давление (10-70 бар). Системы RO потребляют меньше энергии в сравнении с дистилляцией и отличаются такой же эффективностью, как ионообменные смолы (см.рисунок 10).


Нанофильтрация. NF оборудование позволяет удалять органические вещества с молекулярной массой 300-1000, отдельные соли, и позволяет работать при более низком давлении в сравнении с RO. NF умягчает воду без использования системы регенерации.


Ультрафильтрация. Процесс, сходный с RO и NF, базируется на фильтрации с перекрестным потоком, не задерживает ионы. UF удаляет загрязнения в ранге от 1000 Da до частиц размером 0.1 μ. Из-за большого размера пор мембраны высокого давления не требуется. UF удаляет по существу органические вещества, бактерии, пирогенны.


Микрофильтрация. Мембраны для микрофильтрации (MF) рассматриваются как абсолютные фильтры в ранге 0.1-2 μ. Мембраны для MF поставляются в виде полимерных или металлических дисков или плиссированных фильтров-картриджей. Положительно заряженные мембраны более эффективно удаляют негативно заряженные пирогены. MF также применима в конфигурации с перекрестным потоком, что снижает частоту замены фильтров.


Очистка воды и системы разводки воды для диализа.


Постоянное приготовление очищенной воды для диализа требует наличия хорошо разработанный системы очистки и распределения воды.

Комбинация предочистки (умягчитель, АС, модуль микрофильтрации) в комплексе с RO и трубопроводом, поставляющим воду напрямую к аппаратам – основная конфигурация системы, обеспечивающей безопасность диализных пациентов.

Здесь представлены два блока устройств (см.рисунки 11 и 12). Они соответствуют двум градациям чистоты воды: вода для обычного диализа, сверхчистая вода для высокопоточного диализа и для on-line гемофильтрации и гемодиафильтрации.

Отметим, что для предотвращения бактериального роста и образования биопленки трубопровод чистой воды должен разрабатываться таким образом, чтобы исключить образование застойных зон и обеспечить постоянную высокую скорость рециркуляции воды. Природа материала, из которого изготовлены трубы – важный момент для предотвращения образования биофильма и развития коррозии при химической обработке. Подходящими материалами являются нержавейка, акрилонитрил-бутадиен-стирен, полиэтилен, полипропилен, поливинилиденфторид, поливинилхлорид. Во всех случаях они должны иметь санитарную маркировку и, желательно, маркировку СЕ. Наибольшее внимание надо уделить устройству трубопровода: линейной конфигурации с высокой скоростью потока (малый диаметр) и отсутствием мертвых зон и реконтаминации.


Микробиологический мониторинг.


Определение.


Микробиологический мониторинг диализирующей жидкости требует количественной оценки уровня контаминации. Бактериометрия – термин, отражающий число живых микроорганизмов, присутствующих в воде и/или диализате. Анализ диализата должен проводиться в соответствии с методиками, рекомендованными Европейской Фармакопеей или AAMI [1], или ISO. Бактериометрия воды и диализата должна удовлетворять как минимум европейскому стандарту [2]. Однако вследствие того, что более чувствительные культуральные методы дают более высокий уровень обнаружения водных бактерий, рекомендуется использовать эти более чувствительные методы [3,4].


Метод.


Рекомендованная техника: мембранно-фильтрационное культивирование.

• Забор пробы воды или диализата: для воды – пропустить 100 мл в асептических условиях с использованием стерилизации пламенем заборного порта. До сбора пробы слить 1000 мл воды; для диализата – забрать 100 мл из отводящей трубки после отсоединения линии диализата от диализатора или, что предпочтительнее, использовать стерильный порт, инсталлированный в линию диализата.
  
• Отобрать пробу в стерильный закрытый стеклянный контейнер, приготовленный лабораторией.
  
• Немедленно отправить контейнер в лабораторию для обработки. Если обработка пробы начинается не сразу, хранить контейнер в холодильнике при температуре 3-6ºС.
  
• Обработать пробу в микробиологической лаборатории в асептических условиях.
  
• Профильтровать пробу воды или диализата через стерильный дисковый микрофильтр (0.22-0.45 μм), закрепленный в пластиковом контейнере.
  
• Удалить мембрану микрофильтра и поместить ее в бедную питательную среду. Предпочтительно использовать триптон-глюкозо-экстракт-агар (TGEA) или Reasoners 2A (R2A).
  
• Инкубировать минимум 7 дней при контролируемой комнатной температуре 20-22ºС.
  
• Сосчитать число колоний на 7 день. Оно должно быть < 100/мл для бактерий и < 10/мл для дрожжеподобных микроорганизмов и грибков.
  
• Идентифицировать тип микроорганизма соответствующим методом при наличии бактериального роста.
  
• Проверить результаты и принять соответствующие меры, если это необходимо.
  
• Занести результаты в базу данных.
  

Альтернативная техника: распределение по поверхности чашки Петри.

• Забирать пробу воды и диализата следующим образом: для воды – забрать пробу 5 мл (шприц) в асептических условиях с использованием стерилизации пламенем порта, из которого забирается проба. До сбора пробы слить 1000 мл воды. Для диализата – забрать 5 мл (шприц) из выводящей трубки после отсоединения линии диализата от диализатора или, что предпочтительнее, из стерильного порта, инсталлированного в линию диализата.
  
• Немедленно отправить контейнер в лабораторию для обработки. Если обработка пробы начинается не сразу, хранить контейнер в холодильнике при температуре 3-6ºС.
  
• Распределить 0.5-1 мл пробы на поверхности питательной среды в стерильных условиях. Использовать триптон-глюкозо-экстракт-агар (TGEA) или Reasoners 2A (R2A).
  
• Инкубировать пробу минимум 7 дней при контролируемой комнатной температуре 20-22ºС.
  
• Сосчитать число колоний на 7 день. Оно должно быть < 100/мл для бактерий и < 10/мл для дрожжеподобных микроорганизмов и грибков.
  
• Идентифицировать тип микроорганизма соответствующим методом при наличии бактериального роста.
  
• Проверить результаты и принять соответствующие меры, если это необходимо.
  
• Занести результаты в базу данных.
  

Мониторинг эндотоксина.


Определение.


Определение и количественная оценка содержания эндотоксина в диализате должна проводиться с использованием лимулюс-амеболизатного набора (LAL) в соответствии с рекомендациями Европейской Фармакопеи [5-10]. Используются три методики.

• Метод образования гельного сгустка (Mallinckrodt®,Inc.) – основан на формировании геля при достижении пороговой концентрации эндотоксина (полуколичественный метод).
  
• Турбиметрическая техника (Endosafe®, Charles River Laboratories, Inc.) – основана на появлении помутнения после распада эндогенного субстрата (кинетический метод).
  
• Хромогенная кинетическая техника (Endosafe®, Charles River Laboratories, Inc.) - основана на изменении цвета после распада синтетического пептидного комплекса (кинетический метод).
  

Метод.


Любая составляющая диализной жидкости (вода, концентрат, сам диализат, инфузат) исследуется одинаково.

• При помощи соответствующей техники забрать пробу в контейнер, предупреждая контаминацию.
  
• Забор пробы – 5 мл производится в соответствии с техникой, описанной в разделе о микробиологическом исследовании. Слить 100 мл жидкости перед забором пробы.
  
• Поместить пробу в специальный закрытый пластиковый контейнер, приготовленный в лаборатории.
  
• Сохранять пробу в холодильнике, максимально быстро отправить в лабораторию для обработки.
  
• Выбрать LAL метод, обладающий чувствительностью 0.03 IU/мл.
  
• Проверить результат, при необходимости принять соответствующие меры.
  
• Сохранить результат в базе данных.
  

Мониторинг химической контаминации


Мониторинг химической контаминации диализной жидкости необходим для снижения риска токсичности – острой или хронической. Чистота диализных жидкостей (воды, диализата, концентрата, инфузата) должна соответствовать стандартам Европейской Фармакопеи при использовании референсных методик [11,12].


Метод.


Пробы воды и диализата должны исследоваться при помощи специфических методов, определенных лабораторией, проводящей анализ. Методики в данном разделе не рассматриваются. Рекомендации даны только относительно методов забора и хранения проб.

• Выберите наиболее подходящий для забора пробы порт, расположенный как можно ближе к линии диализата диализной машины.
  
• Определите частоту исследования воды и диализата в соответствии с фазой использования оборудования, его разновидностью и особенностями местного водоснабжения.
  
• Заберите пробу воды из выбранного порта, как описано выше, в специальный контейнер (и/или шприц), приготовленный лабораторией, проводящей исследование. Это условие очень важно для предотвращения контаминации, не связанной с водой (неправильный забор и хранение, неподходящий материал контейнера). Для иллюстрации этого положения стоит вспомнить пример с алюминием. При исследовании этого элемента обязательно использование пластикового контейнера, предварительно промытого HCl, поскольку при хранении пробы в стеклянном сосуде она обогащается алюминием, содержащимся в стекле.
  
• Отправьте пробу как можно скорее в сертифицированную лабораторию для проведения комплексного определения микроэлементов.
  
• Проверьте результаты и, при необходимости, примите соответствующие меры.
  
• Занесите результаты в базу данных.
  

Аппендикс: процесс поддержания качества.


Мониторинг химической чистоты воды и диализной жидкости.


Ежедневную оценку химической чистоты воды можно с большой долей вероятности проводить, проверяя правильность функционирования различных компонентов системы очистки воды и отсутствие особо токсичных загрязнителей. Чаще всего описаны случаи загрязнения воды хлорамином [13,14]. Риск такой ситуации можно устранить, ежедневно проверяя отсутствие в воде хлорамина.

Ежеквартально отсутствие токсических компонентов должно проверяться анализом воды, поступающей к диализным аппаратам. Аналитические методы описаны в таблице 2.


Микробиологический мониторинг воды и диализной жидкости.


Микробиологический мониторинг включает культивирование проб воды и диализной жидкости для определения числа колинии-формирующих единиц в 1 мл.

Периодичность исследований должна определяться в соответствии с дизайном системы очистки воды и конструкцией пропорциональной системы диализных аппаратов. Однако строго рекомендуется проводить исследование как воды, так и диализата ежемесячно, чтобы иметь репрезентативную картину чистоты диализной жидкости [15]. Для выявления и количественной оценки бактериальной контаминации и уровня эндотоксина должны использоваться наиболее чувствительные методы [16-20]. Моноцитарный тест, выявляющий вещества, стимулирующие выброс цитокинов и не определяющиеся LAL-тестом, не может быть рекомендован для рутинного использования вследствие его сложности [21,22].

Методики микробиологического исследования, рекомендованные для проведения мониторинга, детально рассмотрены в Аппендиксе.


Мониторинг пациентов.


Клинические и субклинические проявления должны быть документированы и доложены для обеспечения надежного отслеживания всех опасных осложнений у пациентов. Необходимо помнить, что опасные осложнения, особенно связанные с водой, часто имеют характер микроэпидемий. Это недавно еще раз иллюстрировано сообщениями о гемолизе, вызванном хлорамином.

Алюминий, а также другие металлы должны периодически определяться для подтверждения нормального функционирования системы очистки воды [23,24].

При возникновении проблем очень важно измерение температуры тела – до диализа, после него и в междиализный период, это привлекает внимание к проблеме специфической инфекции у диализных пациентов.

Состояние воспаления у диализных пациентов, в последние годы рассматривающееся в качестве основной причины различной патологии (MIA, атеросклероз) может в особенной степени индуцироваться контаминированной диализной жидкостью [25-27].

С-реактивный белок (CRP) – очень чувствительный маркер, который с достоверностью может использоваться для мониторинга хронического воспаления [28,29]. CRP может использоваться как суррогатный показатель провоспалительного высвобождения цитокинов в ответ на микробную и эндотоксиновую контаминацию диализата [30]. При отсутствии контаминации повышение уровня CRP требует обследования на предмет наличия инфекции и/или воспаления.


Документация.


Все результаты, полученные диализным подразделением, должны документироваться и сохраняться для последующего анализа.

Оптимальное функционирование всех звеньев производства диализирующей жидкости – от системы очистки воды до диализата должно контролироваться ежедневно по самым простым показателям (жесткость, сопротивление, падение давления, проводимость диализата), а ежеквартально или чаще – более сложными методами определения токсических маркеров (например, алюминия). Схематический план такого мониторинга приведен в таблице 4.

Результаты микробиологических исследований должны документироваться и сохраняться. Регулярные исследования микробиологической контаминации различных компонентов диализата необходимы для своевременного проведения необходимых мероприятий (дезинфекции, замены фильтров, трубок). База данных в перспективе необходима для подтверждения и поддержания в течение времени чистоты диализной жидкости и максимальной безопасности при лечении пациентов.

Параметры, определяемые у пациентов (острые осложнения, температура, пирогенные реакции и др.) должны регистрироваться и анализироваться для выявления клинического воздействия тех или иных новых методик.


Рекомендованные методы.


Методы мониторинга бактериальной контаминации, наличия эндотоксина или токсических веществ детально рассмотрены в Аппендиксе.

Программа (таблицы 3 и 4), по которой проводится этот мониторинг, является тем минимумом, который гарантирует качество диализной жидкости.

Микробиологический мониторинг включает культивирование проб воды и диализата с целью определения числа колонии-формирующих клеток (CFU) в 1 мл. Бактериометрия должна основываться на самых чувствительных методах с использованием бедной питательной среды и длительной инкубации. Содержание эндотоксина должно определяться LAL-тестом с порогом определения не выше 0.03 EU/мл.