不同浓度消毒液处理反渗透膜对透析用水化学污染物含量的影响

柳竹青 郭 琛 张东亮

目前，反渗透(reversed osmosis，RO)水处理设备广泛应用于医疗卫生行业，特别是血液透析中心[1]。透析用RO水做为透析浓缩液和置换液的稀释液，对化学污染物和微生物都有严格的控制范围，而有色金属、化学合成物、微生物或其产物含量超标对人体危害极大，可通过透析膜进入血液对透析患者造成严重伤害，甚至会威胁患者生命安全[2]。国家医药行业标准《血液透析及相关治疗用水》(YY0572-2015)[3]明确规定了透析用水有色金属、化学合成物及微生物污染物控制标准。透析用水微生物控制有赖于定期的RO水设备和管路的消毒，消毒剂的浓度变化对RO膜的损害作用目前尚不明确，本研究对此进行观察。

1 材料与方法

1.1 监测资料

选取北京大学国际医院血液透析中心2台水处理设备，采用常规化学消毒模式进行消毒，消毒后分别在两台设备供水端取透析用水500 ml和6 ml，运用紫外分光光度测定法、电感耦合等离子体质谱法、原子吸收分光光度法、离子色谱法电感耦合等离子体原子发射光谱法检测化学污染物，用R2A琼脂培养基、半定量细菌内毒素检测试剂分别进行微生物及其衍生物检测。

1.2 仪器与试剂

选取血液透析中心两台CWP60和WRO66型RO水处理设备(美国Baxter公司)，均为第一级RO装置，分为RO1组和RO2组。使用同一品牌、不同浓度的过氧乙酸溶液(原液浓度15%～21%，北京鑫四环消毒技术开发有限公司)作为消毒液，使用相同的消毒方式、频率和时间，在消毒操作后检测透析用水的化学污染物含量和微生物及其衍生物，自2015-2017年连续观察3年。R2A规格250 g(北京路桥)。半定量细菌内毒素检测试剂0.125 EU/ml，PYROSATE®KIT，COPE COD：Falnouth(美国ACC公司生产)。

1.3 消毒方法

配置两台水处理设备消毒所需过氧乙酸溶液含量，A瓶+B瓶，放置48 h后备用。按水处理设备消毒模式进行消毒，消毒期间关闭供水管路阀门。RO1组水处理设备加入消毒液每升水中含有2000 mg(0.2%)过氧乙酸，RO2组水处理设备加入消毒液每升水中含有3000 mg(0.3%)过氧乙酸，循环、浸泡时间均为30 min。消毒后按出厂设置要求冲洗90 min。按要求每3个月进行1次消毒。需必备的条件是两台水处理设备进水压力、预处理水、系统回收率、水温度和膜材质相同。

1.4 检测方法

每6个月对透析用水化学污染物进行检测。消毒后RO膜供水端留取透析用水水样500 ml和细菌培养水样6 ml。RO膜透析用水供水端，将取样阀打开放置5 min后，用去离子蒸馏水瓶接取水样500 ml，避免取样口与瓶口接触，避免水流暴露空气中时间过长。取样后立即送至中国生态与环境研究学院进行检测。

根据YY0572-2015标准[3]将化学污染物分成：①血液透析中已证明毒性的污染物，包括铝、总氯、铜、氟化物、铅、硝酸盐、硫酸盐及锌；②透析溶液中的电解质，包括钾、钠、钙及镁；③无机微量元素污染物，包括锑、砷、钡、铍、镉、铬、汞、硒、银及铊。

检测方法分别为：①氯和氯氨采用紫外分光光度测定法，铝、铜、钡、镉、铬、锌、砷、银以及铅采用电感耦合等离子体质谱法；②硒和汞采用氢化物发生-原子吸收分光光度法；③氟、硝酸盐及硫酸盐采用离子色谱法；④钙、镁、钠及钾采用电感耦合等离子体原子发射光谱法。

每3个月进行透析用水生物学检测。一次性灭菌注射器留取5 ml水样放置无菌留取瓶中送至微生物培养室进行细菌培养，采用水培养皿R2A培养基薄膜过滤法进行培养。无菌吸液管吸取0.5 ml水样，使用半定量细菌内毒素检测试剂(Limulus Amebocyte Lysate，检测标准：0.125 EU/ml，PYROSATE®KIT，COPE COD：Falnouth USA)进行内毒素测试。

1.5 监测指标

透析用水中：①电解质最大允许量不应超过钾离子8 mg/L、钙离子2 mg/L、镁离子4 mg/L和钠离子70 mg/L；②已证明的毒性污染物最大允许量不应超过铝离子0.01 mg/L、总氯0.1 mg/L、氟化物0.2 mg/L、铜离子0.1 mg/L、铅离子0.005 mg/L、硝酸盐2 mg/L、硫酸盐100 mg/L和锌离子0.1 mg/L；③微量元素最大允许量不应超过：锑离子0.06 mg/L、砷离子0.005 mg/L、钡离子0.1 mg/L、铍离子0.0004 mg/L、镉离子0.001 mg/L、铬离子0.014 mg/L、汞离子0.0002 mg/L、硒离子0.09 mg/L、银离子0.005 mg/L和铊离子0.002 mg/L；④透析用水中细菌应＜50 CFU/ml，内毒素应＜0.125 EU/ml。

1.6 统计学方法

采用SPSS13.0统计软件进行数据分析，符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，不符合者以中位数(25%，75%)表示。对两组基线实测值进行两相关样本非参数检验，再分别对RO1组和RO2组的基线与随访末实测值进行两相关样本非参数检验。对两组定期检测的22种化学污染物进行以10为底的对数运算后进行直线线性拟合，求出斜率以反映化学污染物的变化趋势，再对斜率进行两组间的配对t检验。对两组内毒素和细菌检测不达标率进行记录，进行x2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 统计结果

随访3年间RO1组和RO2组的化学污染物分别采样6批次，其基线的化学污染物水平相当，差异无统计学意义(Z=-1.154，P＞0.05)；RO1组随访末与基线水平相当，差异无统计学意义(Z=-1.846，P＞0.05)；RO2组随访末水平显著高于基线水平，差异有统计学意义(Z=3.621，P＜0.05)；RO2组随访末水平显著高于RO1组，差异有统计学意义(Z=3.823，P＜0.05)；RO1组和RO2组的变化趋势拟合直线斜率对比结果表明，RO2组化学污染物增高程度为(0.198±0.165)mg/L，显著高于RO1组的(0.077±0.138)mg/L，差异有统计学意义(t=3.460，P＜0.05)。

2.2 检测结果

RO1组与RO2组所测生物学指标共12批次，内毒素及细菌培养结果全部为阴性，未行透析分析。测得结果无明显差异，且无统计学差异。RO2组设备透析溶液中的电解质相比较YY0572-2015标准[3]最大允许量安全范围值内上升趋势明显(见表1)。

表1 透析用水中电解质最大允许量和样本溶液中电解质检测结果

RO2组中钙离子季度测试最高值已达到安全范围值的75%，钾离子也已达到了61%，钠离子、镁离子分别达到了50%和65%。已证明有毒性污染物相比较YY0572-2015标准[3]最大允许量安全范围值内比较差距较大(与原水中所含化学污染物浓度有关)见表2。

RO2组中铝离子浓度季度测试最高值已达到安全范围值的80%，氟化物、铜离子、铅离子、硝酸盐、硫酸盐及锌离子分别达到45%、9%、60%、15%、29%及60%。微量元素污染物相比较国家医药行业标准(YY0572-2015)[3]最大允许量安全范围值内基础上与有毒污染物相似，其中银、硒、铍及铊季度测试最高值分别仅达到安区范围值的4%、6%、2.5%和5%。相比较砷和钡已达到了60%，铬、汞及镉分别为50%、15%和10%。以此增长趋势计算可推出部分化学污染物超出安全范围值所需时间，差异具有统计学意义(t=3.460，P＜0.05)。两组设备细菌及其衍生物培养均合格无统计学意义(见表3、图1～4)。

图1 样本溶液中钾、钙及镁3年试验结果曲线

表2 透析用水中已证明的毒性污染物最大允许量和样本溶液中毒性污染物检测结果

表3 透析用水中微量元素最大允许量和样本溶液中微量元素检测结果

图3 样本溶液中铝、铜、锑、砷、铍、镉、铬、汞、硒、银、铊及铅的试验结果曲线

图4 样本溶液中硝酸盐、锌、总氯、钡及氟化物的试验结果曲线

3 讨论

按照常规透析(4 h/次，3次/周，透析液流量500 ml/min)计算，血液透析患者的血液每周要通过透析膜与360 L透析液基础、进行溶质交换[4]。基于反渗透膜消毒传统消毒液浓度(≥0.3%)对反渗透膜的损伤程度一直模棱两可。本研究实验通过对同一品牌不同浓度的消毒液消毒反渗透膜后观察透析用水中化学污染物总体变化，观察反渗透膜截留系数，结果显著。

本研究可以总结出部分污染物已经明显接近安全值，以此类推，在有限时间内反渗透膜无法保证部分化学污染物的截留效果。铝离子是本研究实验中季度测试最高值已达到安全范围值的80%，透析用水中平均每年以26.6%速度在增长。血液透析患者铝负荷的来源主要有两种，一种用于制备透析液的水源污染，另一种是服用含铝的磷结合剂[6]。透析用水中铝的存在可导致透析患者体内铝蓄积。透析用水中钙离子、镁离子的存在是导致患者出现“硬水综合征”主要原因之一[7-8]。已证明有毒的部分污染物接近了安全范围值，如果以此继续保持消毒液浓度和回收率，那么不出一年铝离子等有毒物质超出安全范围。虽然还无数据证明无机微量元素对透析患者有害，但锑、镉等离子在透析患者体内有蓄积的危险[9]。

反渗透膜利用反渗透原理进行水的净化，采用了分子截留和电场排斥理论的过流式膜分离法[5，10]。反渗透膜目前多使用薄复合膜-聚酰胺膜，酸碱度pH值为4～11能够抗水解。过氧乙酸溶液pH值＜1.5，其分子量76.5，可渗透到反渗膜进水隔层。过氧乙酸溶液属于强氧化剂，其分解产物为醋酸、氧和水。虽有实验证明过氧乙酸溶液对反渗透膜氧化影响要低于次氯酸钠等消毒液，实际当浓度≥0.3%时，化学污染物含量虽还在透析用水最大允许量安全范围内，但总体含量每年都在升高。

过氧乙酸溶液浓度及成份对反渗透膜的氧化作用并未因膜的抗氧化性而降低，本研究实验的局限在于无法解剖过氧乙酸溶液对反渗透膜结构破坏分析，但可根据试验严谨和试验结果去证明过氧乙酸溶液在浓度≤0.2%对反渗透膜的截留影响降到了最低。