Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho máy chạy thận nhân tạo công suất: 600 lít/h

Chương 2: TỔNG QUAN. TỔNG QUAN VỀ BỆNH VIỆN QUẬN 9. Tổng quan bệnh viện: Điạ chỉ: 387_ Lê Văn Việc_ P.Tăng Nhơn Phú A_ Q.9_ Tp. HCM. Bệnh viện quận 9 được tách ra từ Trung tâm Y tế quận 9 vào ngày 13/03/2000 trong điều kiện khó khăn về nhiều mặt, thiếu thốn về cơ sở vật chất, đội ngũ cán bộ y tế vừa thiếu, lại biến động nhiều. Nhưng với sự nỗ lực rất lớn của Ban Giám đốc và tập thể khoa ngoại, hiện công tác phẫu thuật tại bệnh viện đã hoạt động ổn định và bước đầu đạt kết quả tốt. Bệnh viện Có các khoa: a) Khoa Khám bệnh b) Khoa Hồi sức cấp cứu; c) Khoa Nội tổng hợp d) Khoa Ngoại tổng hợp đ) Khoa Phụ sản; e) Khoa Y học dân tộc và Phục hồi chức năng; f) Khoa Dinh dưỡng; g) Khoa Cận lâm sàng (Chẩn đoán hình ảnh - Xét nghiệm); h) Khoa Dược - Chống nhiễm khuẩn. Bệnh viện Quận 9 có tất cả 3 phòng chức năng (phòng Tổ chức – Hành chính quản trị, phòng Kế hoạch tổng hợp và điều dưỡng, phòng Tài chính - kế toán) và 9 khoa (khoa khám bệnh, khoa hồi sức cấp cứu, khoa nội tổng hợp, khoa ngoại tổng hợp, khoa phụ sản, khoa Y học dân tộc và phục hồi chức năng, khoa Dinh dưỡng, khoa cận lâm sàng (chuẩn đoán hình ảnh – xét nghiệm), và khoa dược - Chống nhiễm khuẩn). Gần 2 năm qua, tuy còn gặp nhiều khó khăn nhưng tập thể cán bộ công nhân viên Bệnh viện quận 9 đã không ngừng cố gắng nhằm đưa Bệnh viện quận 9 phát triển xứng với niềm mong mỏi của nhiều người. Thực tế cho đến nay, chất lượng khám và chữa bệnh của Bệnh viện quận 9 ngày càng được nâng cao, đáp ứng được nhu cầu của người dân. Điều đáng phấn khởi nhất là chính qua quá trình công tác, các cán bộ y tế đã ngày càng gắn bó với nghề, với bệnh viện và bệnh nhân. Ở bệnh viện hiện nay có khá nhiều gương điển hình trong công việc. Họ luôn phấn đấu hết mình vì sự phát triển của bệnh viện, vì chữ “Tâm” trong ngành y tế. Trong số đó có thể kể đến những cá nhân nổi bật như: Bác sĩ Phạm Văn Trương ở Khoa Ngoại tổng hợp, hộ sinh Đặng Trần Thị Trang Khanh ở khoa Phụ sản, điều dưỡng Nguyễn Thị Thảo ở khoa Hồi sức cấp cứu…. Trên cơ sở những gì đã đạt được, chúng ta hoàn toàn có thể tin tưởng về sự phát triển của Bệnh viện quận 9 trong thời gian sắp tới. Tổng quan về đơn vị Nội thận - Lọc máu của bệnh viện Quân 9: Điều trị một số bệnh thận nội. Lọc máu cho các đối tương dịch vụ và Bảo Hiểm Y Tế sau : Suy thận cấp (huyết động học ổn định) và đợt cấp suy thận mãn. Suy thân mãn giai đoạn cuối điều trị lọc máu chu kì ngoại trú. Điều trị một số trường hợp ngộ độc cấp bằng lọc máu cấp cứu Thay thế thận liên tục (CRRT – Continous Renal Replacement Therapies): Hỗ trợ điều trị suy đa tạng. Hỗ trợ điều trị suy thận cấp (huyết động học không ổn định). Lọc máu hấp phụ độc chất. Thay huyết tương…. MÁY CHẠY THẬN NHÂN TẠO. Đặc điểm: Kiểm soát siêu lọc tự động. Chỉnh được nồng độ natri, bicarbonate trong dịch lọc theo yêu cầu. Hệ thống bơm máu có khả năng kiểm soát tự động. Hệ thống cung cấp dịch lọc (dịch thẩm tách). Trộn dịch tự động: bơm trộn theo tỷ lệ giữa dịch A, B và RO. Tạo áp lực âm tính trong khoang dịch lọc. Đường dịch có khả năng đi tắt, không cho phép qua màng lọc khi có các báo động. Có bộ phận phát hiện máu, báo động vỡ màng trên đường của dịch thải sau khi ra khỏi màng lọc. Chế độ khử nhiệt và khử khuẩn toàn bộ hệ thống dịch sau mỗi lần chạy thận. Có chế độ kiểm soát nhiệt độ dịch lọc tự động và theo nhiệt độ được cài đặt (To đặt từ 35 – 39o C) nếu T > 39oC máy sẽ báo động. Tuỳ theo loại máy thận, máy có các chế độ tự động tính toán, điều chỉnh và kiểm soát siêu lọc, thời gian cuộc lọc dựa vào các chỉ số đo được như Hematocrit, Kt/v, tốc độ máu, tốc độ siêu lọc/giờ. Hệ thống các thông số của máy thận nhân tạo: Phần cài đặt chức năng: Bộ phận cài đặt thời gian cho cuộc lọc. Bộ phận điều chỉnh lưu lượng máu. Bộ phận điều chỉnh nồng độ dịch lọc. Bộ phận điều chỉnh tốc độ heparin. Bộ phận điều chỉnh nhiệt độ. Bộ phận điều chỉnh áp lực xuyên màng TMP. Bộ phận cài đặt chế độ dịch bicarbonate Phần báo động: Conductivity: nồng độ dịch lọc thay đổi theo nồng độ Na, HCO3 - được cài đặt. Bình thường áp lực thẩm thấu dịch lọc khoảng 280-285 mOsmol/kg/cm2 . Venous pressure: đặt ngưỡng của giới hạn báo động ở ± 50 mmHg. Arteriel pressure. Heparin pump: cài đặt heparin theo y lệnh. Blood leakge: báo động vỡ màng, khi có máu dò vào đường dịch thải. Báo động về nhiệt độ của dịch lọc. Báo động áp lực của hệ thống nước tinh khiết RO, xuất hiện báo động khi nguồn nước RO quá mạnh, quá yếu. TMP: báo động khi giá trị thực nằm ngoài khoảng giao động, và khi TMP quá cao trên 350 mmHg, báo động này không làm dừng bơm máu. Các thiết bị của máy chạy thận nhân tạo: Màng lọc: Mỗi một màng lọc chứa khoảng 12000 - 50000 ống sợi rỗng, cấu tạo bằng các chất liệu khác nhau, có tính chất bán thấm được bao bọc trong vỏ chất dẻo. Các đầu sợi màng được gắn với các chất dẻo để chia tách giữa ngăn máu và ngăn dịch. Diện tích bề mặt màng thay đổi từ 0,6 đến 3,3 m2, đường kính mỗi sợi rỗng khoảng 30 mm. Ảnh hưởng đến cơ chế khuếch tán trong quá trình lọc máu: Màng lọc với kích thước lỗ lọc nhỏ, màng dày, diện tích màng thấp thì khả năng vận chuyển các chất cũng bị hạn chế và ngược lại. Màng có hệ số lọc cao, diện tích lớn, chất liệu tạo màng mỏng, lỗ lọc rộng, qua quá trình tiếp xúc giữa máu và dịch sẽ cho khả năng đào thải các sản phẩm cặn bã tốt hơn. Màng lọc gồm có : 2 cửa cho đường máu vào và máu ra. 2 cửa cho đường dịch vào và đường dịch ra. Máu và dịch được ngăn cách bởi màng bán thấm của sợi rỗng lọc, tại đây quá trình khuyếch tán và siêu lọc liên tục xảy ra trong quá trình lọc máu. Có 4 loại màng: Màng cellulose tự nhiên: ví dụ màng cuprophan, màng loại này có tính tương thích sinh học kém. Màng cellulose thay thế (được thay thế một số gốc carbon) như loại diacetat, triacetat, có tương thích sinh học vừa. Màng cellulose tổng hợp: cũng như hai loại trên, các loại màng cellulose đều có nhóm free hydroxyl trên bề mặt màng, free hydroxyl có khả năng hoạt hoá các bổ thể, kích hoạt bạch cầu đa nhân trung tính, tiểu cầu từ đó sinh ra các phản ứng của cơ thể với màng như ngứa, phù mạch, khó thở, chảy nước mắt mũi, sốc phản vệ, thậm chí ngừng tuần hoàn. Ví dụ màng Hemophan-Diaphan. Màng tổng hợp hoàn toàn: được cấu tạo bằng các vật liệu không có cấu trúc cellulose, chỉ có các cấu trúc Disulfo, gọi là màng Polymere tổng hợp, ví dụ như các chất liệu polyacrylonytrile, polysulfone, polyamide… Màng tổng hợp có các ưu điểm sau: Tạo ra được các lỗ màng to hơn. Độ đàn hồi của màng tốt hơn. Tính tương thích sinh học cao hơn nhiều so với các loại màng trước đây, ít xảy ra các phản ứng giữa màng với cơ thể. Tính thấm của màng thay đổi khi độ dày mỏng và kích thước lỗ trên màng thay đổi, vì vậy tính năng kỹ thuật được quyết định bởi chất liệu tạo màng, hệ số siêu lọc Kuf – Ultrafiltration Coefficient, diện tích của màng. Tóm lại chọn màng lọc dựa trên: màng được sản xuất bằng chất liệu gì, hệ số siêu lọc Kuf, diện tích màng. 35 Dialysate Out Dialysate In Blood In Blood Out (to effluent) (from patient) (to patient) HIGH CONC LOW CONC Hình 2.1: Nguyên lý lọc thẩm tách. Dây lọc máu: Kích cỡ của dây lọc máu phụ thuộc vào kích cỡ của bơm máu, hệ thống dây gồm dây động mạch và dây tĩnh mạch. Dây động mạch, sử dụng làm đường dẫn máu từ cơ thể ra đến quả lọc: mầu đỏ, arteriel line, nên chọc xa vị trí tim, chọc trước và cũng rút trước. Dây tĩnh mạch, sử dụng làm đường dẫn máu từ quả lọc trở về bệnh nhân: màu xanh, venous line, chọc sau và cũng được rút sau. Dịch thẩm tách cho thận nhân tạo: Hay còn gọi là dịch lọc (dialysate solution). Có hai loại dịch: aetate và bicarbonate. Trong cơ thể acetate được chuyển hoá qua gan để trở thành bicarbonate, vì thế lọc máu cho các bệnh nhân nặng, sốc, suy đa tạng trong các khoa hồi sức cấp cứu, sử dụng dịch acetate có thể làm nặng tình trạng suy gan. Trên thế giới, hiện nay dịch lọc acetate ít còn được sử dụng. Sự khác nhau giữa hai loại dịch Bicarbonate và Acetate: Bảng 2.1: So sánh giữa 2 loại dịch Bicacbonate và Acetate. Bicarbonate (mEq/lít) Acetate Sodium 135 – 145 Potasium 0 – 4 Calcium 2.5 – 3.5 Magnesium 0.5 – 0.75 Chloride 98 – 124 Bicarbonate 30 – 40 Dextrose 11 pH 7.1 – 7.3 Acetate 2 – 4 pCO2 40 – 100 mmHg Khắc phục được phản ứng phụ của acetate Dễ nhiếm khuẩn, đắt. Cân bằng trực tiếp kiềm toán. Dễ kết tủa, khó hoà tan, pha đòi hỏi kỹ thuật cao. Để được thời gian ngắn. Như nhau 0 Thay đổi. 35-38 0.5 Acetate dễ chuyển hoá, dễ hoà tan. Kinh tế, ít nhiễm khuẩn. Nhiều biến chứng: tụt HA, khó thở, mệt. Dễ pha chế. Để được lâu hơn. Hình 2.2: Ảnh minh hoạ quá trình khuyếch tán của các chất trong lọc máu ngắt quãng. Các chú ý về kỹ thuật và lựa chọn vật tư cho lọc máu cấp cứu: Khi chỉ định lọc máu cấp cứu, với 1-2 lần lọc đầu tiên, để đề phòng hội chứng mất cân bằng tốc độ hạ ure nên ở mức 40% (Kt/V 0,7-0,9), đồng nghĩa với việc duy trì tốc độ máu thấp (khoảng gấp 3 lần trọng lượng cơ thể tính theo kg, ví dụ bệnh nhân 50 kg, nên duy trì tốc độ máu ở 150 ml/phút), thời gian tiến hành 2-3 giờ/ lần lọc đầu hoặc thứ 2. Chọn màng lọc: Nên chọn loại màng tổng hợp để giảm tối đa các phản ứng cơ thể- màng Không nên dùng màng sử lý lại, trong trường hợp cần sử dụng lại, nên lựa chọn chế độ tiệt trùng bằng ethylene oxyde, hoặc tia gama, tiệt trùng bằng hơi nước (Steam sterilized) Với những lần lọc máu cấp đầu chỉ nên chọn màng có độ thanh thải ure (KoA) 500 ml/phút để đề phòng nguy cơ xảy ra hội chứng mất cân bằng. Chọn dịch lọc: nên chọn dịch bicarbonate, Natri 145 mEq/l, có đường. Chống đông màng: phụ thuộc vào tình trạng đông máu của người bệnh, nằm ở nhóm nguy cơ chảy máu cao, trung bình, không có nguy cơ. Chọn liều sử dụng, đường dùng của Heparin chuẩn, heparin trọng lượng phân tử thấp, không dùng heparin, hoặc rửa màng nhanh 1giờ/ 1 lần ( Flushing) theo phác đồ. Một số phương pháp lọc máu ngắt quãng đã được chứng minh và áp dụng cho tháy giảm được tỷ lệ giảm huyết áp động mạch trong lọc máu cấp ở những bệnh nhân có huyết động không ổn định. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG CHẠY THẬN NHÂN TẠO Ở MỘT SỐ BỆNH VIỆN TẠI VIỆT NAM. Hiện giá chạy thận nhân tạo ở Trung Quốc là: 50 USD/ lần, ở Nhật và Hàn Quốc 300 USD/ lần, còn ở Việt Nam, nếu tính theo chế độ thu một phần viện phí từ 1995 - 2006 là 300.000 đồng/ lần. Quả lọc dùng lại trung bình là 6 lần. Theo số liệu thống kê của BV Nhân dân 115, tổng số bệnh nhân suy thận đang TNT của cả nước tính đến tháng 2-2009 đã gần 6.000 người. Trong đó TP.HCM có gần 2.000 bệnh nhân (chiếm 32%). Cả TP có 336 máy TNT phân bố ở 19 BV nhưng gần như không ngừng hoạt động. Theo số liệu từ khoa Tiết- Niệu của BV Chợ Rẫy, ngoài số bệnh nhân suy thận thể nhẹ điều trị ngoại trú, hiện trong khoa Thận Nhân Tạo (TNT) và các cơ sở khác của BV liên tục phục vụ cho gần hơn 700 bệnh nhân bị suy thận nặng giai đoạn cuối. Chỉ có 46 máy TNT, BV phải chia ra 4 ca để chạy, mỗi ca từ 3-4 giờ đồng hồ. Tính ra, mỗi ngày BV Chợ Rẫy phải CTNT trung bình hơn 200 bệnh nhân, chưa kể có tới 30-40 bệnh nhân suy thận phải cấp cứu/ngày. Hiện khoa Thận Nhân Tạo của BV Nhân Dân Gia Định chỉ có 12 máy nhưng phải phục vụ tới 65 bệnh nhân, luôn chạy hết công suất và chia làm 3 ca nhưng vẫn không đáp ứng hết nhu cầu chạy thận. Tại BV Nhân dân 115, mỗi bệnh nhân phải chạy thận nhân tạo 3 lần/tuần, mỗi lần 4 tiếng đồng hồ nhưng vẫn không đáp ứng hết được. Hầu như các máy chạy thận không ngừng hoạt động. BV đa khoa An Sinh, BV đa khoa tư nhân Vạn Xuân cũng có chuyên khoa chạy thận nhân tạo nhưng luôn trong tình trạng quá tải. NƯỚC CHO MÁY THẬN NHÂN TẠO. Trong hệ thống chạy thận nhân tạo, nước là một trong hai nhân tố quan trọng nhất. Trung bình một bệnh nhân chạy thận nhân tạo cần tới 22.000 lít nước siêu tinh khiết mỗi năm. Do thận hư không còn khả năng lọc các tạp chất, ion và vi khuẩn xâm nhập vào máu từ nước truyền nên rất dễ có những rủi ro bất ngờ, kể cả tử vong. Các nguyên tố vô cơ như nhôm, thuỷ ngân, đồng, chì kẽm và các độc tố hữu cơ như nitơrat, nitrit, amoniac, chloramine, vi khuẩn, tảo, nấm đều gây tai biến. Cho nên Nước dùng cho thận nhân tạo phải đạt tiêu chuẩn do Hiệp hội thiết bị y tế công nghệ cao (AAMI) qui định áp dụng cho các Trung tâm thận nhân tạo. Nhu cầu nước tinh khiết cho máy chạy thận nhân tạo: Trung bình 500 ml/phút x 60. Một giờ tối thiểu cần 30 lít nước tinh khiết để vận hành máy lọc máu. Nước càng tinh khiết càng hạn chế các phản ứng phụ như sau: Nhiễm trùng. Sốc nội độc tố, chí nhiệt tố. Thiếu máu: do tán huyết do tỷ lệ cloramin cao. CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC TINH KHIẾT_ CÔNG NGHỆ BẬC CAO. Công nghệ thẩm thấu ngược - RO (Reverse Osmosis): Tổng quát: Là công nghệ lọc nước sử dụng màng siêu lọc, khe lọc 0.0001micron (lọc đến kích thước ion, nguyên tử) để sản xuất nước siêu tinh khiết, ứng dụng trong các lĩnh vực sau: Sản xuất nước tinh khiết đóng chai. Chạy thân nhân tạo. Lọc nước biển thành nước ngọt... Lọc thẩm thấu ngược là công nghệ phát minh tại Mỹ, được xác định là công nghệ lọc nước tiên tiến nhất thế giới hiện nay. Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng chuyển dịch từ nơi có nồng độ muối/ khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ muối khoáng từ 2 nơi này cân bằng. Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược), người ta dùng một áp lực đủ để đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối/ khoáng cao “thấm” qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có ít muối/ khoáng hơn. Nước từ nơi sạch đến nơi có nồng độ muối cao hơn. Áp suất cao đẩy nước qua màng, đến nơi tinh khiết. Hình 2.3: Cơ chế thẩm thấu ngược. Màng RO: là một màng mỏng làm từ vật liệu Cellulose Acetate, Polyamide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0.001 micron. Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine không giống nhau. Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO. Một phần trong số những phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc. Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và “thải” bỏ ra ngoài. Với cách thức này, bề mặt của màng RO liên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 2 - 5 năm. Hình 2.4: Màng lọc RO. Các loại module RO trên thị trường: Module dạng tấm (Plate type module): Kiểu này được cấu tạo từ việc xếp chồng các màng và các tấm đỡ. Chất lỏng cần xử lý lưu thông giữa các màng của hai tấm kề nhau. Bề dày lớp chất lỏng từ 0.5 – 3 mm. Đồng thời các tấm phẳng bảo đảm hỗ trợ cơ học của màng và máng thấm lọc.Sự sắp xếp chúng cho phép dịch chuyển song song hoặc nối tiếp. Như vậy các tập hợp đơn có thể cấu tạo cho đến 50m2 cho diện tích bề mặt. Ưu điểm: với độ xiết chặt trung bình, các module có ưu điểm là dễ tháo gỡ, cũng như thay thế các màng và khi cần thiết có thể làm sạch toàn bộ. Nhược điểm: chiều dài và hình ngoằn ngoèo của máng vận chuyển làm cho tổn thất tải tương đối lớn. Hình 2.5: Module lọc dạng tấm phẳng. Hình 2.6: Thành phần bên trong của module dạng tấm phẳng. Module dạng ống (Tubular module): Ống được chế tạo từ sứ, cacbon hoặc plastic rỗ có đường kính từ 0.49mm(1/8 inch) đến 2.45mm(1inch). Dòng thấm chảy qua thành ống và được thu ở phía ngoài ống. Các ống tiếp theo được đặt song song hoặc nối tiếp trong vỏ hình trụ tạo thành module đơn vị. Ưu điểm: chế độ thủy động lực của dòng chảy được xác định là hòan hảo và tốc độ lưu thông có thể đạt tới 6m/s (khi cần một chế độ chảy rối mạnh). Kiểu này không cần thiết bị lọc bụi sơ bộ chất lỏng và cũng rất dễ làm sạch. Chúng đặt biệt phù hợp cho việc xử lý chất lỏng có độ nhớt cao. Nhược điểm: độ chặt nhỏ và giá thành cao. Hình 2.7: Module lọc dạng ống. Kiểu sơi rỗng (Hollow fibre module): Sợi rỗng được chế tạo bằng máy ép đùn qua khuôn hình. Sơi có đường kính thay đổi từ vài chục micron tới vài mm. Sợi rỗng này tương tự dạng ống, màng đặt bên trong. Những sợi rỗng có đường kính nhỏ hơn nhiều và kết cấu đỡ đòi hỏi rắn chắc hơn. Những sợi rỗng được thu gom lại thành bó có thể đạt giá trị rất cao. Dòng chất lỏng qua xử lý sẽ chảy từ bên trong (lớp mặt trong) hay bên ngòai( lớp mặt ngoài). Hình 2.8: Module lọc dạng sợi rỗng. Hình 2.9: Hình ảnh mô phỏng họat động của module màng sợi rỗng. Kiểu xoắn (Spiral Wound Module): Tấm màng lọc được quấn quanh ống có khoan lỗ để thu nước thấm. Hình 2.10: Module lọc dạng cuộn. Công nghệ trao đổi ion: Trao đổi ion là một quá trình thuận nghịch, tương đương về điện tích: để trao đổi được một ion hoá trị hai cần phải có hai ion hoá trị một ra khỏi mạng trao đổi. Chất trao đổi ion thông thường được hiểu là vật liệu rắn không tan trong nước, gắn trên ḿnh nó là các cation hay anion có thể trao đổi được. Các ion này có thể trao đổi tương đương về mặt tị lượng với các ion cùng dấu với nó khi tiếp xúc với các dung dịch chứa chất điện li. Cationit là loại có khả năng trao đổi cation, anionit là loại trao đổi các ion mang điện tích âm. Một số vật liệu có khả năng trao đổi cả ion mang điện tích dương và âm được gọi là chất trao đổi ion lượng tính. Quá trình trao đổi ion có thể được biểu diễn như sau: R-I+ + M+X- R-M+ + I+X- R+Y- + M+X- R+X- + M+Y- R- I+ là cationit và nó có ion dương I có thể trao đổi được với ion M trong dung dịch. R+ Y - là anionit do có khả năng trao đổi với các ion âm X trong dung dịch. R+, R- là mạng chất rắn không tan của chất trao đổi ion gồm mạng polyme ba chiều của liên kết hydrocacbon và các nhóm chức tích điện âm như SO3-, COO- (đối với canionit) và nhóm chức tích điện dương – NR (đối với anionit). Với các cationit, I+ thường là H+ hay Na+, tương ứng nó được gọi là cationit dạng H+ hay Na+. Anionit cũng thường tồn tại ở hai dạng là Cl- và OH-. Các nhóm chức chứa trong mạng chất trao đổi ion về thực chất là các nhóm axit (cationit) hoặc bazơ (anionit) vì chúng có khả năng nhườn proton hay thu nhận proton. Tuỳ theo bản chất chúng có thể là axit, bazơ mạnh, ví dụ chứa nhóm COO- hoặc _NR2. Tương ứng ta có loại cationit, anionit yếu hoặc mạng. Với các loại chất trao đổi ion mạnh, chúng có khả năng trao đổi ion ở khoảng pH rộng của dung dịch, cationit yếu chỉ có thể hoạt động ở vùng pH cao, anionit yếu hoạt động trong vùng pH thấp. Vật liệu có tính năng trao đổi ion có thể là loại tự nhiên hay tổng hợp, có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ. Chúng được coi là một nguồn tích trữ các ion và có thể trao đổi được với bên ngoài. Chất trao đổi ion đề cập đến đây là dạng rắn không tan trong nước và hầu hết trong các dung môi hữu cơ. Trên bề mặt chất rắn tồn tại các nhóm chức cố định và của ion linh động có thể trao đổi được. Cấu trúc của chúng có thể trao đổi như sau: Bảng 2.2: Các dạng chất trao đổi. Dạng chất trao đổi Mạng chất rắn Điện tích nhóm chức Ion linh động Cationit Anionit Lưỡng tính Vô cơ, hữu cơ Vô cơ, hữu cơ Vô cơ, hữu cơ Âm Dương Âm, dương Dương Âm Âm, dương Vật liệu trao đổi ion quan trọng nhất là nhựa trao đổi ion, nó là dạng gel, không tan trong nước do cấu trúc mạng không gian ba chiều của polyme mạch carbon. Trong mạng polyme có chức các nhóm chức _SO3-, _COO-, _PO3-, _AsO32- đối với canionit và các nhóm –NH3-, -RNH2+, -NR2H+, -NR3+ (amin bậc 4), amin bậc 3, amin bậc 2, S+ đối với anionit. Tính bền cơ vá hoá của nhựa cũng chỉ có giới hạn. Nguyên nhân gây hỏng nhựa thông thường là yếu tố hoá học và nhiệt oxy hoá mạng, phá huỷ các nhóm chức do thuỷ phân nhiệt. Phần lớn nhựa trao đổi ion bền trong các loại dung môi thông dụng trừ trường hợp trong các dung dịch có tính oxy hoá khử cao, thường chịu được tới 1000C. Riêng anionit mạnh bắt đầu phân huỷ ở 600C. Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo điển hình của hệ thống trao đổi ion. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi: Bản chất của ion bị trao đổi. Bản chẩt của chất trao đổi ion. Giá trị pH. Nhiệt độ của nước. Nồng độ của các ion khác có trong nước. Mức độ tái sinh. Hình dáng thiết bị. Công nghệ chưng cất: Quá trình chưng cất có thể cạnh tranh với các quá trình khác do quá trình vận hành không phụ thuộc TDS đầu vào. Hơn nữa khi TDS của sản phẩm bé hơn 100mg/l là dễ dàng áp dụng phương pháp này. Chưng cất là quá trình đun nóng nước cấp cho tới điểm sôi, chuyển thành hơi nước, sau đó ngưng tụ thành nước khử muối. Công nghệ chủ yếu cho thương mại là chưng cất nhiều bậc (Multistage flash distillation) và bay hơi hiệu ứng nhiều màng mỏng (Thin film multiple effect evaporation)_ là chuỗi các nguyên đơn bay hơi và ngưng tụ lắp đặt nối tiếp nhau để tận dụng lại nhiệt lượng của hơi nóng. Một thiết bị chưng cất thường có 10 - 25 bậc. Công nghệ điện thẩm tích ( Electrodialysis- ED): Nguyên tắc của phương pháp này là tách các ion ra khỏi nước bằng cách đẩy các ion qua lớp màng thấm ion chọn lọc (Selective ion-Permeable membranes) nhờ lực hút tĩnh điện. Hình 2.12: Hình ảnh mô tả sự họat động của phương pháp ED. Cấu tạo: các màng anion,cation đặt xen kẽ nhau giữa hai điện cực âm và dương ngăn cách bởi các miếng đệm plastic,hình thành nên cụm màng (membrane stack). Màng anion cho phép các ion: Cl- ,SO42- , ..thấm qua. Màng cation:Na+, Ca2+ thấm qua. Với phương pháp này không chỉ giúp loại bỏ lượng múôi quá cao, mà còn có thể lọc bỏ các độc chất khác trong nước ( như Cl-, lưu huỳnh..) làm tinh sạch nguồn nước. Máy được thiết kế với nhiều cấp lọc, tuỳ theo nồng độ muối cao hay thấp mà số cấp lọc khác nhau. Điều kiện nước đưa vào thiết bị điện phân phải có : lượng cặn ≤ 2mg/l Độ màu ≤ 20độ Độ oxy hóa ≤ 5mg/l O2 Mangan ≤ 0.05mg/l Fe ≤ 0.05mg/l Phương pháp này được áp dụng để khử mặn cho nước ngầm và nước mặt có hàm lượng muối từ 2.500 - 15.000 mg/l. Nước sau khi điện phân thì hàm lượng muối sẽ giảm xuống đến 500mg/l Công nghệ lọc nước bằng điện thẩm tách ED để tách muối ra khỏi nước không còn xa lạ đối với các nước phát triển trên thế giới. Nhiều nước còn áp dụng công nghệ này cho các ngành điện tử, dược phẩm ( nghiên cứu về vi sinh, tế bào, gien…). SO SÁNH CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BẬC CAO. Phương pháp Ưu điểm Khuyết điểm Điện phân - Quản lý đơn giản. - Có thể tự động hóa hòan tòan. - Không xử lý được vi sinh và các chất hữu cơ, chỉ xử lý được một vài ion. - Chi phí điện năng lại cao. - Khó áp dụng được với công suất lớn. - Việc làm vệ sinh 2 bảng điện cực gặp nhiều khó khăn. Chưng cất - Nhà máy không cần phải đóng cửa một bộ phận lớn để làm sạch hoặc thay thế thíêt bị thường xuyên. - Chiếm nhiều diện tích. - Việc tẩy rửa cặn lắng đọng ở các bề mặt tiếp xúc rất khó khăn. Trao đổi ion - Xử lý các ion trong nước gần như triệt để. - Áp dụng trong nhiều lĩnh vực như xử lý nước nhiễm mặn, trong công nghiệp thực phẩm… - Chi phí cao trong cả thiết kế và vận hành. - Thường xuyên phải gián đọan để tiến hành hòan nguyên cột nhựa. - Chỉ xử lý tối ưu ở nồng độ muối tương đối thấp (≤3000mg/l). - Dung dịch hoàn nguyên là hoá chất, không thích hợp sử dụng trong bệnh viện Lọc màng RO - Không có pha chuyển tiếp trong tách tạp chất cho phép tiến hành quá trình với chi phí năng lựơng thấp. - Có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng và không có bổ sung hoặc ít bổ sung hóa chất. - Đơn giản trong kết cấu, chiếm ít diện tích mặt bằng xây dựng. - Phát sinh hiện tượng phân cực nồng độ ở bề mặt màng dẫn đến giảm năng suất, giảm mức độ phân tách các cấu tử và giảm tuối thọ của màng. - Tiến hành quá trình ở áp suất cao nên cần có bộ phận làm kín đặc biệt và rất khó khăn trong sửa chữa, bảo trì.