水处理设备溶盐桶的改良设计

符德贵，陈兴富(通信作者)

1 广东省第二人民医院设备科 (广东广州 510317)；2 广州市红十字会医院血液净化中心(广东广州 510220)

无论是农业、工业还是医疗领域，对水质的要求均越来越高。以上领域均需对水进行软化处理，对于硬水的软化处理，目前常采用离子交换法[1-2]。软化处理中用到的再生液是由盐(NaCl)和水按照一定比例混合制得的饱和盐水，再生液的制备主要通过在装有一定量水的溶盐桶内不断加盐，保持盐水中存在的固体盐沉淀不溶解，以反映盐水处于饱和状态，但以上属于自然溶解的方法，缺点是制备周期长及盐水的饱和度存在分层情况，即底部完全饱和、中部临界饱和、上部未饱和的情况，导致再生不够充分。由于软化水效果不理想会给后级水处理设备带来严重的影响[3-4]，且透析用水质量严重影响患者治疗效果，因此，临床透析用水处理系统对其安装工艺以及对水硬度的要求均非常高[5-6]，《水和透析液质量管理指南》[7]及国家医药行业标准YY 0572-2015《血液透析及相关治疗用水》[8]均明确规定了透析用水各项指标的控制要求。

为解决配置盐水周期长及盐水浓度明显分层问题，本研究设计了一种医用溶盐桶，其通过流量泵进行搅拌以及电导计进行监测，可减少溶液浓度分层现象，缩短配置时间，达到临床透析用水水质要求。

1 医用溶盐桶的设计与实现

本设计的医用溶盐桶包括容纳颗粒盐和盐水混合物的桶体和将桶体分为上、下两层的隔板，隔板与桶体底面之间形成15 cm的隔盐区。桶体材料采用白色PVC材料，其与盐水形成阴影，利于观察桶内液位位置以及是否存在未溶解盐。隔板采用黑色的塑料板材，与白色颗粒盐形成鲜明对比，利于在添加固体盐时可清楚地观察到桶内盐的剩余情况；隔板表面设有若干实现隔板上、下侧溶质传递的细小通孔，其只允许部分未溶解颗粒盐从隔板上侧穿到下侧溶盐区，添加的固体盐沉淀在隔板的上侧，只有最靠近隔板，粒径较小的颗粒盐才会从所述细小通孔穿到隔盐区，所以，进入隔盐区的盐量极少，很快就会溶解，故隔盐区内基本不存在颗粒盐，可避免颗粒盐堵塞管道情况出现。

另外，我们还为医用溶盐桶设置了用于循环搅拌盐水的管道以及用于从盐桶内抽取饱和盐水的交换盐水管道，并将循环搅拌盐水的管道上端连接到盐桶液面下方10 cm处，以及交换盐水管道的上端连接到树脂罐的控制头处，将这两个管道的下端设置在隔盐区的中间位置并设置了过滤塞，可避开加盐区的颗粒盐从隔盐区抽取盐水，避免抽出未溶解颗粒盐。本设计的医用溶盐桶的结构与常规溶盐桶一致，均不会对现有水处理系统的场地造成影响，其结构见图1。

图1 医用溶盐桶的结构图

医用溶盐桶的电子模块部分主要由电源、处理器、电导率探头、水泵、显示器组成。本设计采用的是接触式电导率探头，通过比较两个电导率探头的差值来确定医用溶盐桶盐水浓度分层情况。当差值超出设定范围时，处理器控制水泵启动，将底部盐水浓度较高的溶液抽到上方，达到充分搅拌的效果，有效加快颗粒盐溶解，使上、下两部分的盐水浓度接近一致，达到饱和状态。为了达到预期的搅拌效果，本研究选用格兰富UPS25-80水泵，功率为110 W，管径为40 DN，全扬尘8 m，全流量3.3 m3/h，供电220 V、50 Hz，噪声等级<43 dB。总之，该水泵稳定性好，流量合适，噪声低。

2 饱和盐水的制备方法

通常情况下，1 kg水在20 ℃下可以溶解360 g NaCl，240 g NaCl可以再生1 L树脂，根据树脂罐的大小以及盐桶的大小，即可计算出日常加盐量。在实际操作中，为了保证加盐量足够，我们会在盐桶中多添加盐，使盐桶中的盐充分溶解至不再溶解的状态，整个溶解周期较长，在树脂罐再生周期内会出现浓度分层的现象，导致盐水饱和不均匀，水硬度不达标。

本研究中，当盐桶内盐水溶液的电导率大于30 mS/cm时，在树脂再生周期内，水硬度均小于17 ppm，符合透析用水相关标准YY 0572-2015，因此将其作为电导计的基准值。根据树脂罐的大小，加适量盐后，启动程序，进行预设的30 min搅拌，然后通过比较电导计1和基准值来判断底层溶液是否搅拌均匀，当底部溶液达到饱和后，再通过电导计2和基准值来判断上层溶液是否达到饱和，具体处理步骤见图2。

图2 软件流程图

3 实验对比

在盐桶120 L、溶液80 L、加盐30 kg、水温20～25 ℃的条件下，进行自然溶解配置与搅拌配置实验，并分别在30 min及4、8、12、24 h时记录对应的浓度电导率。实验中所采用的为深井岩盐，大小(1.9～2.1)cm×(1.2～1.5)cm×(1.2～1.5)cm，纯度≥99.5%，水分≤1%，水不溶物≤0.2%。通过采用SPSS 25.0统计软件对电导计1和电导计2分别进行独立样本t检验，发现电导计1的两组数据比较，差异无统计学意义(P=0.104)；电导计2的两组数据比较，差异有统计学意义(P=0.003)，见表1。由此说明，通过自动化搅拌可减少盐水溶液浓度分层的现象。

表1 自然溶解配置与搅拌配置实验30 min及4、8、12、24 h时对应的浓度电导率(mS/cm)

4 讨论

随着各领域对水质的使用要求越来越高，制备合格用水的方法和技术逐渐成熟，但有些细节仍易被忽视[9-10]。在传统的观念中，肉眼可见沉淀结晶盐即理解为盐水达到饱和状态，而实际的测量发现，上、下层溶液存在严重的浓度分层现象[11-13]，而本设计的医用溶盐桶可有效解决该问题。本研究设计的医用溶盐桶将流量泵与电导计巧妙结合，实现了饱和盐水的自动搅拌配置，明显改善了盐水浓度分层的现象，使饱和盐水的配置更加科学、简便。

值得注意的是，本研究设计仍存在问题，如采用了比较容易实现的接触式电导率探头，虽然制作简单，但探头长时间使用容易被盐腐蚀，可能导致测量误差增大，甚至探头损坏，目前现有技术中已有非接触式电导率测量的方法，可很好地解决此问题；电导率易受温度的影响，存在南北、夏冬、昼夜等差异，因此，对盐水饱和时基准电导率的测定需要综合多方面考虑，若能够研究出随着温度变化的电导率曲线，即可避免出现较大的误差；此外，可在自动加盐方面对本设计进行完善，实现全自动化，节省人力[14-16]。