血液透析中的节约用水与废水再利用

邬步云 综述 季大玺 审校

水资源缺乏是全球面临的严峻问题，节约用水是缓解这一问题的主要措施之一。血液透析(HD)中涉及大量水资源消耗，因此，节省HD治疗的水资源备受关注。本文就此方面进展作一综述。

HD对水资源的消耗

自来水经砂罐、活性炭罐、水软化器清除微粒，降低硬度并清除有机物和氯，再经过反渗(常为二级反渗)进一步清除无机离子，最后成为符合透析用的纯化反渗水。HD过程中，水经过水处理成为反渗水，再配制成透析液，最后以反渗废水和透析废液形式排放(图1)。

图1 典型水处理模式图

HD中透析液的速度是500 ml/min，一个患者在4h的HD治疗中需要0.12吨纯化的反渗水。再加上机器的消毒和漂洗(约40 min)，需要的纯化反渗水将更多。而每产生1吨的纯化反渗水所需自来水量则与反渗装置的产水率及自来水本身水质有关。以南京军区南京总医院血液净化中心的水处理系统为例，采用二级反渗系统(一级反渗系统的产水率为70%，二级反渗的产水率为60%，一级反渗的废水直接排入下水道，二级反渗的废水返回至砂罐前再利用)，总产水率约58%，因此每产生1吨反渗水需自来水约1.73吨。按每例患者透析频率4 h/次、3次/周来计算，透析消耗自来水约32吨/年，再加上机器冲洗、消毒等过程，约增加10%消耗量，即35吨/年。从全国来看，以中国2010年HD患者约22万人［1］来计，则共需自来水770万吨，约占中国总用水量(约6 000亿吨)的八万分之一。随着我国越来越多的尿毒症患者纳入医疗保障，透析患者数将急剧上升，因此HD相关用水量也将大大增加。

透析中水资源的节约利用问题

总之，整个HD对水的消耗非常大，节约用水将是越来越重要的问题。但从全世界范围来看，这一问题未得到足够重视，我国同样如此，如关于水节约和废水再利用相关文献直至2008年才有陆续报道［2，3］。透析中水资源的节约利用主要从两个环节着手，一是减少治疗过程用水，二是反渗废水和透析废液再利用［4］。

减少透析用水

精确调控反渗系统产水 临床实践中，反渗系统产水大于实际透析机需要。若根据透析机器实际需水量来实时调控反渗系统产水，将会减少透析用水。选择适当的反渗系统、流量调节装置及过多产水时的再循环利用可以达到上述目的［5］。

选择适当的反渗系统，指根据实际需水量来选择适当产水率的反渗系统，并根据温度、压力等指标适当的调节产水。流量调节装置指装备在透析器前端，根据透析器实际使用量来调节水的流速的系统。它可使反渗系统产水率波动减少，从而精确调控水的产生。2009年Printz［6］报告了使用流量调节装置减少废水的技术优势。比如有20台透析机的透析室，每天2班(每次4h)，每周6天，废弃的反渗水经1372.8吨/年，但是使用了流量调节装置后，废弃的反渗水降至917.28吨/年，节约用水455.52吨/年。

反渗系统产水过多时可将其再循环利用。直接供水系统中可将过多的水返回至反渗系统前;间接供水系统中可将过多的反渗水返回至储水箱。当储水箱中反渗水超过一定界限时，反渗水的阀门关闭，产水减少;当储水箱中反渗水低于一定界限时，阀门打开，反渗系统开始大量产水。储水箱存在的最主要问题是细菌的滋生及反渗水的再次污染，但目前公布的中国血液净化标准操作规范并未明确禁止该做法。而全国多家医院的经验表明，储水箱并未增加反渗水的内毒素水平。我们为进一步避免反渗水内毒素超标，在储水箱水出口处增加了一级过滤装置以清除可能污染内毒素及细菌，实践证明效果很好。

减少透析液流量 HD中透析液和血液流量是决定透析清除率的两个重要因素，两者关系最早由Renkin［7］在20世纪50年代提出，当血流量恒定而透析液流量增加时，尿素清除率增加，但达到某个临界点后，清除率的增加不大而透析液成本显著增加。Sigdell和 Tersteegen［8］证实透析液流量的上限是2倍的血流量，超过此界限，尿素氮清除率几乎不再增加。而中大分子的清除率受透析液流量的影响小，主要与时间及透析器分子截留量有关。同时Ward等［9］证明透析液流量＞600 ml/min对于尿素清除指数均有益处。因此，对于血流量较小的患者(如儿童或低体重患者)，透析液的流速可适当减小。如血流量150 ml/min时，透析液流量可为 300 ml/min，这样每次透析能节约40%纯化的反渗水。在临床实际工作中，由于一般机器无法方便调整透析液流量，多采用固定流量即500 ml/min，因此从节约水资源的角度而言，今后透析机生产厂家应增加机器这一功能。同时还需强化透析单位工作人员节约用水的观念，避免各种原因导致的透析空运转现象。

吸附技术的应用 20世纪70年代曾研究过将吸附技术应用于透析，即采用吸附方法清除透析废液中毒素以净化并循环使用，从而大大减少透析液需要量，但吸附装置的高昂费用令其在80年代退出历史舞台。现今广泛使用的均是透析液单次经过透析膜的模式，称为单次经过系统。本世纪以来，因吸附透析具有小型化、可移动、需水量少的特点而重新被人们所关注。其单次透析仅需6L水，相比单次经过系统需要200～300L的自来水，大大减少水的需求［10］。两者比较见表1，其具有广泛应用前景。

废水再利用 透析中废水包括两部分，一是反渗水生产过程中产生的废水，即反渗废水，二是患者透析治疗后的透析废液。

反渗废水的再利用 反渗在水的净化过程中是重要步骤。前期处理的水最后利用反渗膜进行反渗处理。由于膜通过能力的限制，供给反渗膜的水仅部分能透过反渗膜成为反渗水，其余部分则成为废水，而这两者的比例则取决于反渗系统的效率。不同系统效率不一，一般需要排放至少25%的反渗废水［11］。在美国，每年产生的废水相当于2700万吨，它足以提供约17.5万人的城市的全年用水［2］。反渗废水其实是质量相当好的水。虽然这种水法律上不能饮用，但实际上其常常超过饮用水的标准［2，5，12］。由于它并未进入患者治疗环节，并无增加感染之虞，因此利用反渗废水并无任何不利之处。目前很多国家，包括澳大利亚、美国、加拿大、英国、法国、西班牙、摩洛哥及我国有些透析中心开始使用反渗废水灌溉、拖地、用于公共设施或作为蒸汽来消毒灭菌。而在家庭HD反渗废水则可通过家中再循环入储水池，用作卫生清洁、洗澡等。

透析废液再利用 目前在全世界的透析实践中，透析废液统一排放至下水道，但已有关于透析废水再利用的研究报道。Tarrass等［2］评估了使用膜技术对HD废水进行处理，并用作灌溉的可行性，该作者发现透析废液主要特点是电导度高，但其化学成分和生物数量均符合世界卫生组织和美国食品和农业协会关于灌溉用水的标准。

使用膜(纳滤［13］和反渗［14］)处理透析废液，废液的电导度降低，其应用前景很广。这是一种现已广泛适用于各种废水处理中的技术，并能有效减少微量有机物、细菌和病毒。某种程度上来看采用这项技术处理透析废液的成本效益比还有一定优势。Tarrass等［2］报道通过使用纳滤和反渗，处理透析废水获得灌溉用水的成本是0.7美元/m3和0.74美元/m3。该作者进一步分析海水淡化的平均成本是1美元/m3，相较而言可节约20%～30%的成本。

节约用水的益处

降低成本 透析中心用水量非常大，节约用水或废水再利用可以节约大量成本。Connor等［15］在英国研究了反渗废水节约的成本效益，显示产水率800 L/h的系统采用反渗废水节约每年可节约7500英镑。上文已提到Tarrass等［2］报告的处理透析废水用作灌溉时相比海水淡化节约了20%～30%的成本。

目前对透析中心节约用水的成本效益关注还较少。当使用成本效益分析时，一系列的指标必须考虑:资本设备、操作和维持成本，节约用水量等。绝大多数情况下，注意到节约用水后的改进措施花费很小，但潜在的成本节约是巨大的。

对环境的影响 HD产生的废水可以预见将对环境产生巨大的影响，因为它含盐量高及电导度高。但是排放废水的确切风险缺乏深入研究。若透析废水能直接排放至海洋中，则可通过水的再循环(海洋-云-雨水)来减小其对环境的不利影响，而如果废水直接排放至市政下水管道，可能对土壤产生不利影响。

透析节约用水还可能因减少碳排放而有利于环境保护。美国健康医疗部门的碳排放量估计为每年546百万吨二氧化碳，而英国则为18.6百万吨。Connor等［16］报告了中心HD和家庭HD的碳排放，发现3次/周的中心HD，每例患者每年将会产生3.8吨的二氧化碳，家庭 HD则会产生3.9～7.2吨的二氧化碳。合理用水可减少碳排放，该作者还报告每天使用14.4吨透析废水代替自然水可每年减少1.239 88 吨二氧化碳的排放［15］。

小结:本世纪水资源不足可能成为限制我国经济可持续发展的重要因素之一，HD中节约用水和废水再利用可节约经济成本、减少对环境的影响、减少碳排放量，应在临床医疗工作中继续研究并逐步实行，从而寻找到更为合适的节约水资源的方式。

1 陈香美:中国肾脏病学 2011新进展.http://csnchina.org/cn/news.asp?id=34.html

2 Tarrass F，Benjelloun M，Benjelloun O.Recycling wastewater after hemodialysis.An environmental analysis for alternative water sources in arid regions.Am J Kidney Dis，2008，52(1):154-158.

3 Agar JW.Reusing dialysis wastewater:the elephant in the room.Am J Kidney Dis，2008，52(1):10-12.

4 Hoenich NA，Levin R，Ronco C.Water for haemodialysis and related therapies:recent standards and emerging issues.Blood Purif，2010，29(2):81-85.

5 Tarrass F，Benjelloun M，Benjelloun O，et al.Water conservation:an emerging but vital issue in hemodialysis therapy.Blood Purif，2010，30(3):181-185.

6 Printz J.Démarche écologique et réflexion des industriels en matiére de traitement de l'eau pour hémodialyse:le point de vue Gambro.Marseille，Association des Techniciens de Dialyse(ATD)，2009.

7 Renkin EM.The relation between dialysance，membrane area，permeability and blood flow in the artificial kidney.ASAIO Journal，1956，2(1):102-105.

8 Sigdell JE，Tersteegen B.Studies concerning the optimization of dialysate consumption.Nephron，1995，71(4):401-406.

9 Ward RA，Idoux JW，Hamdan H，et al.Dialysata flow rate and delivered Kt/Vurea for dialyzers with enhanced dialysate flow distribution.Clin JAm Soc Nephrol，2011，6(9):2235-2239.

10 Agar JW.Review:Understanding sorbent dialysis system.Nephrology(Carlton)，2010，15(4):406-411.

11 Kawasaki T，Uchino J，Shinoda T，et al.Guidance of technical management of dialysis water and dialysis fluid for the Japan association for clinical engineering technologists.Blood Purif，2009，27(Suppl 1):41-49.

12 Agar JW，Simmonds RE，Knight R，et al.Using water wisely:new，affordable，and essential water conservation practices for facility and home hemodialysis.Hemodial Int，2009，13(1):32-37.

13 Madaeni SS，Fane AG，Grohmann GS.Virus removal from water and wastewater using membranes.J Membr Sci，1995，102:65-75.

14 Grundestam J，Hellström D.Wastewater treatment with anaerobic membrane bioreactor and reverse osmosis.Water Sci Technol，2007，56(5):211-217.

15 Connor A，Milne S，Owen A，et al.Toward greener dialysis:a case study to illustrate and encourage the salvage of reject water.J Ren Care，2010，36(2):68-72.

16 Connor A，Lillywhite R，Cooke MW.The carbon footprints of home and in-center maintenance hemodialysis in the United Kingdom.Hemodial Int，2011，15:39-51.