血液透析中的節(jié)約用水與廢水再利用

鄔步云 綜述 季大璽 審校

水資源缺乏是全球面臨的嚴峻問題，節(jié)約用水是緩解這一問題的主要措施之一。血液透析(HD)中涉及大量水資源消耗，因此，節(jié)省HD治療的水資源備受關注。本文就此方面進展作一綜述。

HD對水資源的消耗

自來水經(jīng)砂罐、活性炭罐、水軟化器清除微粒，降低硬度并清除有機物和氯，再經(jīng)過反滲(常為二級反滲)進一步清除無機離子，最后成為符合透析用的純化反滲水。HD過程中，水經(jīng)過水處理成為反滲水，再配制成透析液，最后以反滲廢水和透析廢液形式排放(圖1)。

圖1 典型水處理模式圖

HD中透析液的速度是500 ml/min，一個患者在4h的HD治療中需要0.12噸純化的反滲水。再加上機器的消毒和漂洗(約40 min)，需要的純化反滲水將更多。而每產(chǎn)生1噸的純化反滲水所需自來水量則與反滲裝置的產(chǎn)水率及自來水本身水質(zhì)有關。以南京軍區(qū)南京總醫(yī)院血液凈化中心的水處理系統(tǒng)為例，采用二級反滲系統(tǒng)(一級反滲系統(tǒng)的產(chǎn)水率為70%，二級反滲的產(chǎn)水率為60%，一級反滲的廢水直接排入下水道，二級反滲的廢水返回至砂罐前再利用)，總產(chǎn)水率約58%，因此每產(chǎn)生1噸反滲水需自來水約1.73噸。按每例患者透析頻率4 h/次、3次/周來計算，透析消耗自來水約32噸/年，再加上機器沖洗、消毒等過程，約增加10%消耗量，即35噸/年。從全國來看，以中國2010年HD患者約22萬人［1］來計，則共需自來水770萬噸，約占中國總用水量(約6 000億噸)的八萬分之一。隨著我國越來越多的尿毒癥患者納入醫(yī)療保障，透析患者數(shù)將急劇上升，因此HD相關用水量也將大大增加。

透析中水資源的節(jié)約利用問題

總之，整個HD對水的消耗非常大，節(jié)約用水將是越來越重要的問題。但從全世界范圍來看，這一問題未得到足夠重視，我國同樣如此，如關于水節(jié)約和廢水再利用相關文獻直至2008年才有陸續(xù)報道［2，3］。透析中水資源的節(jié)約利用主要從兩個環(huán)節(jié)著手，一是減少治療過程用水，二是反滲廢水和透析廢液再利用［4］。

減少透析用水

精確調(diào)控反滲系統(tǒng)產(chǎn)水 臨床實踐中，反滲系統(tǒng)產(chǎn)水大于實際透析機需要。若根據(jù)透析機器實際需水量來實時調(diào)控反滲系統(tǒng)產(chǎn)水，將會減少透析用水。選擇適當?shù)姆礉B系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)裝置及過多產(chǎn)水時的再循環(huán)利用可以達到上述目的［5］。

選擇適當?shù)姆礉B系統(tǒng)，指根據(jù)實際需水量來選擇適當產(chǎn)水率的反滲系統(tǒng)，并根據(jù)溫度、壓力等指標適當?shù)恼{(diào)節(jié)產(chǎn)水。流量調(diào)節(jié)裝置指裝備在透析器前端，根據(jù)透析器實際使用量來調(diào)節(jié)水的流速的系統(tǒng)。它可使反滲系統(tǒng)產(chǎn)水率波動減少，從而精確調(diào)控水的產(chǎn)生。2009年Printz［6］報告了使用流量調(diào)節(jié)裝置減少廢水的技術優(yōu)勢。比如有20臺透析機的透析室，每天2班(每次4h)，每周6天，廢棄的反滲水經(jīng)1372.8噸/年，但是使用了流量調(diào)節(jié)裝置后，廢棄的反滲水降至917.28噸/年，節(jié)約用水455.52噸/年。

反滲系統(tǒng)產(chǎn)水過多時可將其再循環(huán)利用。直接供水系統(tǒng)中可將過多的水返回至反滲系統(tǒng)前;間接供水系統(tǒng)中可將過多的反滲水返回至儲水箱。當儲水箱中反滲水超過一定界限時，反滲水的閥門關閉，產(chǎn)水減少;當儲水箱中反滲水低于一定界限時，閥門打開，反滲系統(tǒng)開始大量產(chǎn)水。儲水箱存在的最主要問題是細菌的滋生及反滲水的再次污染，但目前公布的中國血液凈化標準操作規(guī)范并未明確禁止該做法。而全國多家醫(yī)院的經(jīng)驗表明，儲水箱并未增加反滲水的內(nèi)毒素水平。我們?yōu)檫M一步避免反滲水內(nèi)毒素超標，在儲水箱水出口處增加了一級過濾裝置以清除可能污染內(nèi)毒素及細菌，實踐證明效果很好。

減少透析液流量 HD中透析液和血液流量是決定透析清除率的兩個重要因素，兩者關系最早由Renkin［7］在20世紀50年代提出，當血流量恒定而透析液流量增加時，尿素清除率增加，但達到某個臨界點后，清除率的增加不大而透析液成本顯著增加。Sigdell和 Tersteegen［8］證實透析液流量的上限是2倍的血流量，超過此界限，尿素氮清除率幾乎不再增加。而中大分子的清除率受透析液流量的影響小，主要與時間及透析器分子截留量有關。同時Ward等［9］證明透析液流量＞600 ml/min對于尿素清除指數(shù)均有益處。因此，對于血流量較小的患者(如兒童或低體重患者)，透析液的流速可適當減小。如血流量150 ml/min時，透析液流量可為 300 ml/min，這樣每次透析能節(jié)約40%純化的反滲水。在臨床實際工作中，由于一般機器無法方便調(diào)整透析液流量，多采用固定流量即500 ml/min，因此從節(jié)約水資源的角度而言，今后透析機生產(chǎn)廠家應增加機器這一功能。同時還需強化透析單位工作人員節(jié)約用水的觀念，避免各種原因導致的透析空運轉現(xiàn)象。

吸附技術的應用 20世紀70年代曾研究過將吸附技術應用于透析，即采用吸附方法清除透析廢液中毒素以凈化并循環(huán)使用，從而大大減少透析液需要量，但吸附裝置的高昂費用令其在80年代退出歷史舞臺?，F(xiàn)今廣泛使用的均是透析液單次經(jīng)過透析膜的模式，稱為單次經(jīng)過系統(tǒng)。本世紀以來，因吸附透析具有小型化、可移動、需水量少的特點而重新被人們所關注。其單次透析僅需6L水，相比單次經(jīng)過系統(tǒng)需要200～300L的自來水，大大減少水的需求［10］。兩者比較見表1，其具有廣泛應用前景。

廢水再利用 透析中廢水包括兩部分，一是反滲水生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，即反滲廢水，二是患者透析治療后的透析廢液。

反滲廢水的再利用 反滲在水的凈化過程中是重要步驟。前期處理的水最后利用反滲膜進行反滲處理。由于膜通過能力的限制，供給反滲膜的水僅部分能透過反滲膜成為反滲水，其余部分則成為廢水，而這兩者的比例則取決于反滲系統(tǒng)的效率。不同系統(tǒng)效率不一，一般需要排放至少25%的反滲廢水［11］。在美國，每年產(chǎn)生的廢水相當于2700萬噸，它足以提供約17.5萬人的城市的全年用水［2］。反滲廢水其實是質(zhì)量相當好的水。雖然這種水法律上不能飲用，但實際上其常常超過飲用水的標準［2，5，12］。由于它并未進入患者治療環(huán)節(jié)，并無增加感染之虞，因此利用反滲廢水并無任何不利之處。目前很多國家，包括澳大利亞、美國、加拿大、英國、法國、西班牙、摩洛哥及我國有些透析中心開始使用反滲廢水灌溉、拖地、用于公共設施或作為蒸汽來消毒滅菌。而在家庭HD反滲廢水則可通過家中再循環(huán)入儲水池，用作衛(wèi)生清潔、洗澡等。

透析廢液再利用 目前在全世界的透析實踐中，透析廢液統(tǒng)一排放至下水道，但已有關于透析廢水再利用的研究報道。Tarrass等［2］評估了使用膜技術對HD廢水進行處理，并用作灌溉的可行性，該作者發(fā)現(xiàn)透析廢液主要特點是電導度高，但其化學成分和生物數(shù)量均符合世界衛(wèi)生組織和美國食品和農(nóng)業(yè)協(xié)會關于灌溉用水的標準。

使用膜(納濾［13］和反滲［14］)處理透析廢液，廢液的電導度降低，其應用前景很廣。這是一種現(xiàn)已廣泛適用于各種廢水處理中的技術，并能有效減少微量有機物、細菌和病毒。某種程度上來看采用這項技術處理透析廢液的成本效益比還有一定優(yōu)勢。Tarrass等［2］報道通過使用納濾和反滲，處理透析廢水獲得灌溉用水的成本是0.7美元/m3和0.74美元/m3。該作者進一步分析海水淡化的平均成本是1美元/m3，相較而言可節(jié)約20%～30%的成本。

節(jié)約用水的益處

降低成本 透析中心用水量非常大，節(jié)約用水或廢水再利用可以節(jié)約大量成本。Connor等［15］在英國研究了反滲廢水節(jié)約的成本效益，顯示產(chǎn)水率800 L/h的系統(tǒng)采用反滲廢水節(jié)約每年可節(jié)約7500英鎊。上文已提到Tarrass等［2］報告的處理透析廢水用作灌溉時相比海水淡化節(jié)約了20%～30%的成本。

目前對透析中心節(jié)約用水的成本效益關注還較少。當使用成本效益分析時，一系列的指標必須考慮:資本設備、操作和維持成本，節(jié)約用水量等。絕大多數(shù)情況下，注意到節(jié)約用水后的改進措施花費很小，但潛在的成本節(jié)約是巨大的。

對環(huán)境的影響 HD產(chǎn)生的廢水可以預見將對環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響，因為它含鹽量高及電導度高。但是排放廢水的確切風險缺乏深入研究。若透析廢水能直接排放至海洋中，則可通過水的再循環(huán)(海洋-云-雨水)來減小其對環(huán)境的不利影響，而如果廢水直接排放至市政下水管道，可能對土壤產(chǎn)生不利影響。

透析節(jié)約用水還可能因減少碳排放而有利于環(huán)境保護。美國健康醫(yī)療部門的碳排放量估計為每年546百萬噸二氧化碳，而英國則為18.6百萬噸。Connor等［16］報告了中心HD和家庭HD的碳排放，發(fā)現(xiàn)3次/周的中心HD，每例患者每年將會產(chǎn)生3.8噸的二氧化碳，家庭 HD則會產(chǎn)生3.9～7.2噸的二氧化碳。合理用水可減少碳排放，該作者還報告每天使用14.4噸透析廢水代替自然水可每年減少1.239 88 噸二氧化碳的排放［15］。

小結:本世紀水資源不足可能成為限制我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，HD中節(jié)約用水和廢水再利用可節(jié)約經(jīng)濟成本、減少對環(huán)境的影響、減少碳排放量，應在臨床醫(yī)療工作中繼續(xù)研究并逐步實行，從而尋找到更為合適的節(jié)約水資源的方式。

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