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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA
DIVISION DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA
SISTEMA DE TRATAMCENTO DE AGUA PARA UN DEPARTAMENTO DE HEMODlALlSlS
PROYECTO TERMINAL
Que para obtener el titulo de
INGENIERO BIOMEDICO
Presenta
LEWA DlAZ MARIO
Asesor:
ING. ROC10 ORTK PEDROZA J?
México, D.F. 1997
A mis padres por darme la vida sin pedirlo
A mis hermanos por compartir las tristezas y las alegrías
de la vida
A mis sobrinos por darme sus alegrías
A mi madre en especial por orientarme en el camino del
aprendizaje
OBJETIVO: Conocer las características químicas y biológicas que debe tener el agua en un Departamento de Hemodialisis, así como el diseño, funcionamiento y revisión de cada parte que componen un sistema de tratamiento de agua.
INDICE
1. El RIRON
l. 1 Anatomía Fisiológica 1.2 La nefrona, teoría básica
1.3 Enfermedades Renales l. l. l. La filtración Glomerular
1.3. l. Fracaso r.enal Agudo 1.3.2. Efectos fisiológicos del Fracaso renal agudo 1.3.3. Causas de la insuficiencia renal aguda 1.3.4. Insuficiencia renal Crónica 1.3.5. Efectos Fisiológicos 1.3.6. Causas de la insuficiencia renal Crónica
1.4 Diálisis de los pacientes "El riñón artificial"
11. CARACTERlSTlCAS QUlMlCAS Y BACTERIOLOGICAS DEL AGUA PARA HEMODlALlSlS
2.1 Características químicas del agua 2.2 Características Bacteriológicas
111. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA
3.1 Sistema de Tratamiento 3.2 Diseño de un sistema de Tratamiento
3.3 Documentación del sistema 3.2.1. Consideraciones en el diseño del sistema
IV. FILTROS DE ARENA
4.1 Características De un filtro de arena 4.2 Porque usar un filtro de arena 4.3 Que puede ocasionar que el filtro de arena falle
4.3.1. Monitorizacion de un filtro de arena 4.4 Documentación de un filtro de arena
V. SUAVEADORES
5.1 Proceso de suavización 5.2 Porque suavizar el agua 5.3 Posibles fallos en el tanque suavizador
5.3.1 Monitorizacion de la suavización
VI. FILTROS DE CARBON ACTIVADO
6.1 Carbones Activos 6.2 Filtro de Carbón Activado
6.3 Fallos en un filtro de Carbón Activo 6.2.1. Filtro de Carbón Activo en diálisis
6.3.1. Monitoreo de un filtro de Carbón Activado
V11. DElONlZAClON
7.1 Deionizacion en Diálisis 7.2 Posibles Fallos de un sistema de deionizacion
7.2.2. Monitoreo de un sistema de deionizacion
VIII. OSMOSIS INVERSA
“3 8.1 Osmosis Inversa 8.2 Membrana de Osmosis Inversa
8.3 Posibles fallos de un sistema de osmosis inversa 8.2.1. Membrana de osmosis inversa en dihlisis
8.3.1. Monitoreo de un sistema de osmosis inversa
1X. LUZ ULTRAVIOLETA
9.1 Lampara de luz ultravioleta 9.2 Desinfección de Microorganismos
9.3 Monitoreo de La Luz Ultravioleta 9.2.1. Funcionamiento
9.3.1. Duración del foco de luz Ultravioleta
X. CONCLUSIONES
BlBLlOGRAFlA
APENDICE
A. Espectro de filtración
INTRODUCCION
El papel del agua juega un role muy importante en el proceso de hemodialisis. Ya que la función de este es como un medio de disolución en la preparación de la dialisis, un medio de difusión mediante el despojo de contaminantes desde la sangre, y como un medio de ayuda para estabilizar el balance electrolitico fisiologico normal.
Inicialmente los centros de dialisis usaban un grifo de agua como fuente de la difusión y un medio de disolución. El uso de este grifo de agua, por lo tanto, era complicado en el proceso de didlisis y producía complicaciones en el paciente. El síndrome de agua dura, demencia por aluminio, y envenenamiento por flururo y clomaninas son causadas por contaminantes comúnmente encontrados en las fuentes de suministro de agua.
Para poder identificar los problemas asociados con el uso del agua en los procesos de hemodialisis, se integro un subcomite formado entre la Advancement of Medical Instrumentation (AAMI) y la American Society for Artificial Internal Organs (ASAIO). El objetivo de este subcomite fué establecer guías voluntarias para la seguridad en el uso del agua en el proceso de diálisis. Esta guía para el uso del agua en la hemodialisis fue publicada en la AAMI en 1982 y se titulo Standars for Hemodialysis Systems. Después de esta publicación, más centros de hemodialisis han incorporado el uso de algunas condiciones en los equipos para purificación del agua. El progreso en la tecnología de los sistemas de agua fue avanzando desde la simple instalación de filtros de arena, suavizadores de agua hasta sistemas más complicados incorporando filtros de carbón, osmosis inversa, sistemas de desionización y ultrafiltraclón.
Considerando la complejidad que se presenta cada vez m8s en los sistemas de agua, no es de sorprenderse que los centros de diálisis han dependido de las compañías purificadoras de agua para el soporte tkcnico y de servicio. Esta dependencia es causada por la necesidad de la capacitación en la tecnología de purificación del agua como un requisito formal en el curriculum en el cuidado de la salud, y como factor que más centros de diálisis no pueden ofrecer al paciente los equipos necesarios como monitores y mantenimientos de estos sistemas de tratamientos de agua.
Así que es recomendable que cada centro de diálisis tome parte pro- activa en el desarrollo e implementación de un programa de monitoreo de sistemas de agua.
Por lo tanto, este trabajo pretende orientar y establecer los protocolos de monitoreo para el tratamiento de aguas en los departamentos de diálisis. Si este protocolo se diseña correctamente y se sigue rutinariamente, este puede ayudar a identificar la problemática que se presentaría en los sistemas que no han sido diseñados de acuerdo a la guía de la AAMI. En este también se describen 9 sistemas para el tratamiento de agua, los problemas técnicos, los sistemas de monitoreo y pruebas.
Los protocolos han sido identificados y estudiados de acuerdo a sus ventajas, limitaciones y rutinas de monitoreo, los cuales pueden ser complementados por la grabación de la información .
CAPITULO I
EL RIÑON
ANATOMIA FISIOLOGICA
Los riñones están situados a ambos lados de la columna vertebral (DI2 a
L3), a nivel de la parte alta del espacio retroperitoneal como se muestra en la
fig. 1 .l. Tiene la forma de una habichuela. La parte cóncava constituye el
hílio, que da paso a:
- por una parte, a la pelvis, que recoge la orina excretada,
- por otra parte, a los elementos que constituyen el pediculo renal: arterias,
venas , linfaticos y nervios.
La arteria renal en general, única, se divide en dos ramas: anterior y
posterior. Sin embargo es frecuente observar, en el polo inferior, una arteria
polar independiente.
Un corte sagita1 del riñ6n permite definir dos zonas: la cortical, que
constituye una zona alrededor de 1.2 cm de espesor medio y que se insinúa
en forma de columnas de Bertín en la zona medular; y la medular, que se
subdivide en dos zonas: interna y externa. Se define por la existencia de
pirámides estriadas. Su base es externa. Su vértice termina en la papila, que
tiene una serie de orificios. A este nivel se efectúa la unión entre el
parénquima renal propiamente dicho y los cálices, que se reúnen para formar
la pelvis [I].
Los riñones realizan dos funciones fundamentales. En primer lugar, eliminan
gran parte de los productos metabólicos terminales del organismo y, en
segundo lugar controlan las concentraciones de la mayor parte de los
componentes de los líquidos corporales.
Fig. l. 1 Referencia anatómica del aparato Urinario:
Los dos riñones,. en conjunto tienen aproximadamente dos millones de
!?efronas, y cada una de ellas es capaz de formar orina por separado. Así
pues en la mayor parte de los casos, no es necesario estudiar el riñón entero,
sino simplemente la función de una única nefrona para explicar la función
renal. La nefrona esta compuesta basicamente de I ) un glomérulo a través del
cual se filtra el liquido desde la sangre y 2) un túbulo largo, en el que el líquido
filtrado es convertido en orina, en su camino hacia ta pelvis renal [2].
La figura 1.2 muestra la anatomía básica de la nefrona, que puede
descirbirse de la siguiente manera: la sangre entra en el glomérulo a través de
la arteriola aferente y sale através de la arteriola eferente. El glomérulo es
una red de hasta 50 capilares paralelos que se ramifican y
anastomosan, recubiertos por células
epiteliales y encerrados en la cápsula de Bowman, pasando posteriomente al
túbulo proximal, que se situa en la corteza renal junto con los glomérulos.
Desde el túbulo proximal, el liquido pasa al asa del Henle, que penetra
profundamente en el riñón, llegando algunas de ellas hasta la parte de mas
interna de la médula renal. Cada rama tiene a su vez una parte descendente y
otra ascendente. La pared de la rama descendente y de la parte inferior de la
ascendente es muy delgada, recibiendo el nombre de porción fina del asa de
Henle. Sin embargo, a medida que la rama ascendente va dirigi6ndose hacia
la corteza, su pared se vuelve otra vez gruesa, similar a la de otros
segmentos del sistema túbuiar conociendose como porción ascendente gruesa
del asa de Henle [2].
U. ARTEIUOLA EFEREWTE T.R TUBULO RE- P.A. PORClOW ASCENDENTE O
FINA IE LA ASA DE HENLE
P.D. PORCKm DESCENElbTE O FHUDELAASADEUENLE
Fig. 1.2 Anatomía básica de la nefrona.
Tras pasar a través de esa estructura, el líquido entra en el túbulo distal, el
cual como el proximal, se encuentra en la corteza renal. Despu6s todavía, en
la corteza se unen varios túbulos distales, incluso hasta ocho, para formar el
túbulo colector cortical (conocido también como tubulo colector), cuyo extremo
se aleja de nuevo de la corteza y penetra en la medula, convirtiéndose en el
túbulo colector medular que tambih frecuentemente recibe el nombre de
túbulo colector. Los túbulos colectores se van uniendo para formar unidades
cada vez más grandes que penetran hacia la medula, en paralelo con las
asas de Henle. Las mas grandes drenan en la pelvis renal a través de las
puntas de las papilas renales. Estas son proyecciones cónicas de la medula
que protruyen en los cálices renales, que son a su vez prolongaciones de la
pelvis renal. En cada riñón hay aproximadamente 250 tubulos colectores
grandes transportando cada uno de ellos la orina de unas 4 O 0 0 nefronas [2].
A medida que el filtrado glomerular fluye por los túbulos, hasta un 99% de
agua y cantidades variables de soluto se reabsorban habitualmente hacia el
sistema vascular, secretándose a si mismo algunas sustancias desde el propio
sistema vascular hacia la luz tubular. El agua restante y las sustancias
disueltas en ella constituyen la orina.
Rodeado completamente el sistema túbular renal existe una extensa red de
capilares que recibe el nombre de red capilar peritubular . Está red recibe
sangre de las arterias eferentes, es decir sangre que ya ha pasado a través
de los gromérulos. La mayor parte de los capilares peritubulares se sitúan en
la corteza renal a lo largo de los tubos proximales, túbulos distales y túbulos
colectores corticales. Sin embargo, desde las porciones más
profundas de esta red peritubutar salen unas largas asas capilares, llamadas
vasos rectos, que penetran en profundidad hacia la medula, situándose
paralelos a las asas de Henle de las nefronas yuxtamedulares durante todo su
recorrido hasta las papilares renales. Allí, y siempre en paralelo con las asas
de Henle, estos capilares hacen una especie de asa regresando a la corteza y
desembocando en las venas corticales.
1 .l. LA NEFRONA TEORIA BASCA
La función básica de la nefrona es limpiar o aclarar el plasma sanguíneo de
sustancias de desecho a medida que pasa por los riñones. Dentro de estas
sustancias que deben ser eliminadas se encuentran particularmente
determinados productos terminales del metaboiismo, como urea, creatinina,
ácido úrico y uratos. Ademas otras sustancias corno los iones de sodio,
potasio, cloruro e hidrógeno tienden a acumularse en el organismo en
cantidades excesivas; es también función de la nefrona evitar la acumulación
de estos iones.
Los principales mecanismos mediante los cuales la nefrona depura el
plasma de sustancias de desecho son las siguientes: I) filtra una gran
proporción de plasma a partir de la sangre que fluye por los glomérulos,
habitualmente la quinta parte de la misma, determinando el paso de un ultra
filtrado hacia el sistema tubular. 2) A continuación, a medida que el filtrado
fluye a través de los túbulos, las sustancias de desecho permanecen en la luz
tubular mientras que el resto, especialmente el agua y muchos [Z ] .
electrólitos, son reabsorbidos de nuevo hacia el plasma a nivel de los
capilares peritubulares. En otras palabras, los componentes del líquido
tubular que no deben ser eliminados pasan de nuevo a la sangre mientras que
los productos de desecho se eliminarán en la orina.
Un segundo mecanismo mediante el cual la nefrona depura el plasma de
otros productos de desecho es la secreción tubular. Este mecanismo consiste
en que determinadas sustancias son secretadas desde el plasma hacia el
espacio tubular, directamente a través de las células epiteliales tubulares. Así
pues, la orina formada está compuesta principalmente por sustancias filtradas
pero también por pequeñas cantidades de sustancias secretadas [2].
1.1.1. LA FILTRACION GLOMERULAR
El líquido que se filtra a través del glomérulo hacia la cápsula de Bowman
recibe el nombre de filtrado glomérular, y la membrana a través de la que se
realiza esta filtración se conoce como membrana glomerular, Aunque en
lineas generales, esta membrana es similar a la de otros capilares del
organismo, hay algunas diferencias. En primer lugar, tiene tres capas
principales; I) la capa endoletial del propio capilar, 2) una membrana basal y
3) una capa de células epiteliales, situadas en la superficie exterior de los
capilares glomerulares. Sin embargo, a pesar del gran número de capas, la
permeabilidad de esta membrana es del orden de 100-500 veces superior a la
de capilares normales.
Esta enorme permeabilidad de la membrana glomerular es consecuencia de
su especial estructura. Las células endoteliales de los capilares glomerulares
están perforadas por miles de pequeños agujeros llamados fenestraciones.
Por fuera se sitúa la membrana basal, compuesta principalmente por un
entramado de fibras de colágeno y proteoglicanos, que deja grandes espacios
en su interior por donde el líquido puede pasar fácilmente. La última capa de
la membrana glomerular es la de células epiteliales, que se sitúa en la parte
más externa del capilar glomerular. Sin embargo, estas células no son
continuas, sino que tienen múltiples proyecciones digitiformes que revisten la
membrana basal, estas proyecciones dejan entre si unas hendiduras
conocidas como poros, por donde pasa el liquido filtrado.
Así pues, este filtrado atraviesa tres capas diferentes antes de entrar en la
cápsula de Bowman, pero la permeabilidad de cada una de ellas es varios
cientos de veces superior a la de las membranas capilares habituales, lo que
determinan la gran cantidad de filtrado glomerular que se forma por unidad de
tiempo. No obstante a pesar de su enorme permeabilidad, la membrana
glomerular tiene una gran selectividad en función del tamaño de las
macromoléculas que pasan a su través.
En lineas generales, la permeabilidad de la membrana glomerular para las
distintas sustancias que pasan a su través, en función de los pesos
moleculares, expresada como el cociente entre la concentración de sustancias
disuelta en el ultrafiltrado y su concentración plasmatica, es aproximadamente
la siguiente:
Peso molecular Permeabilidad Sustancia tipo
5 200 1 .o0 lnsulina 30 O 0 0 0.5 Proteínas pequefias 69 O00 0.005 Albúmina
Esto implica que para un peso molecular de 5 200, la sustancia disuelta se
filtra en un loo%, prácticamente como el agua, pero para una proteína de
peso molecular 69 O00 sólo se filtra el 0.5%. Obsérvese que el peso
molecular de la proteína plasmatica más pequeña, la albúmina, es de 69 000.
Así pues, a efectos prácticos, la membrana glomerular es prácticamente
impermeable al resto de las sustancias disueltas en el plasma normal.
Hay dos razones básicas para esta alta selectividad molecular de la
membrana glomerular. En primer lugar, el propio tamaño de los poros. Es decir, los poros de la membrana son suficientemente grandes como para
permitir el paso de moléculas con diámetro de hasta aproximadamente 8
nanómetro (80 angstroms). No obstante, el diámetro molecular de la albúmina
es sólo de 6 nanómetro es decir algo menor que el tamaño de los poros. Así
pues, ¿por que las proteínas no pasan en grandes cantidades a la orina? La
respuesta está en que hay un segundo factor determinante de la
permeabilidad de la membrana: la membrana basal glomerular está
recubierta por una red de proteoglicanos cargados negativamente. Las
proteínas plasmaticas también tienen cargas negativas. Así pues, la repulsión
electrostática de las moléculas por las paredes de los poros evita
prácticamente que todas las proteínas con un peso molecular igual o superior
a 69 O00 pasen a su través.
En resumen, la composición del filtrado glomerular es la misma que la del
plasma, excepto por la ausencia de proteínas.
La cantidad de filtrado glomerular que se forma por minuto en todas las
nefronas de ambos riñones recibe el nombre de índice de filtración glomerular.
En una persona normal, es aproximadamente de 125 ml/min. Dicho en otros
términos, la cantidad total del filtrado glomerular que se forma cada día es del
orden de 180 litros, lo que representa más de dos veces el peso total del
organismo. Más de un 95% de este filtrado se reabsorbe normalmente en los
tubulos, siendo eliminados el resto en forma de orina.
Otras de las funciones que desempeña el riñón es la endocrina y la
metabólica.
Endocrina, segrega la hormona eritropoyectina, cuya función principal es
activar la médula ósea para poder crear glóbulos rojos [2].
1.2 ENFERMEDADES RENALES
Las enfermedades renales pueden clasificarse en cinco categorías:
1) Fracaso renal agudo, en el que la función renal se interrumpe rápida y casi
por completo..
2) Insuficiencia renal crónica, con una pérdida progresiva de nefronas, hasta
que los riñones dejan de funcionar.
3) Enfermedad hipertensia renal, en la que determinada lesiones vasculares
glomerulares producen hipertensión pero no insuficiencia renal.
4) Síndrome nefrótico, caracterizado por un incremento de la permeabilidad de
los glombrwlos, perdibndose grandes cantidades de proteína por orina, y
5) Anamolias tubulares específicas, con una absorción anormal o bien una
falta de reabsorción de determinadas sustancias por los túbulos.
Es necesario identificar o diferenciar dos tipos de insuficiencia o fallo renal,
por los cuales el paciente necesitará hernodialisis además de un tratamiento
clínico a base de drogas y dietas [3].
1.2.1 FRACASO RENAL AGUDO
- GLOMERULONEFRITIS AGUDA: es una enfermedad causada por una
reacción inmunológica anormal. Esto se debe principalmente a una infección,
producida principalmente por ciertos tipos de estreptococos beta. La infección
puede ser una faringitis estreptocócica, una amigdalitis estreptocócica o
incluso una infección cutánea.
- NECROSIS TUBULAR: esto se debe a una destrucción de las células
epiteliales tubulares, Las causas mas comunes de necrosis tubular son: 1)
Diversos tóxicos renales que destruyen las células epiteliales tubulares, entre
los tóxicos se encuentran el tetracloruro de carbono y los metales pesados
como el ion mercurio 2) isquemia intensa aguda de los riñones; la causa mas
frecuente es el colapso circulatorio grave, en esta patología el corazón es
incapaz de enviar cantidades suficientes de sangre para nutrir correctamente
las diferentes partes del organismo, estando el riñón especialmente a sufrir, ya
que aparece una vasoconstriccion de los vasos renales.
I .2.2. EFECTOS FISIOLOGICOS DEL FRACASO RENAL AGUDO
- Retención de sodio y agua.
- Aparecen edemas.
- Hipertensión.
- Retención de productos nitrogenados
- Acidosis.
Cuando el paciente no es tratado, la muerte suele producirse al cabo de 8 a 14
días.
I .2.3. CAUSAS DE LA INSUFICIENCIA RENAL AGUDA
- Traumatismo.
- Venenos.
- Transfusiones incompletas.
- Infecciones.
- Drogas tóxicas y químicas.
- Severas hemorragias.
- Shock.
- Obstrucciones.
- Sustancias tóxicas.
- Anestesias.
- Accidentes obstétricos.
- Cirugía.
1.2.4. INSUFICIENCIA RENAL CRONICA
- GLOMERULONEFRITIS CRONICA: se produce en el contexto de múltiples
enfermedades que afectan fundamentalmente a los glomérulos, pero a
menudo también a los tubufos. En los ultimos estadios de la enfermedad, el
coeficiente de filtración disminuye en forma imporante por el descenso del
numero de capilares con capacidad de filtración.
- PIELONEFRITIS: es una enfermedad inflamatoria e infecciosa que comienza
en la pelvis renal, extendiéndose posteriormente al resto del parénquima.
Puede ser producida por diversas bacterias, pero la mas frecuente son las
enterobacterias, presente en el intestino y que contaminan el aparato urinario,
estos pacientes suelen tener una función renal aceptable pero manifiestan
grandes alteraciones en su capacidad para concentrar la orina.
- NEFROSCLEROSIS BENIGNA: diferentes lesiones vasculares pueden
producir isquemia renal y afectación del tejido renal las mas frecuentes son: -l) arteriosclerosis de las arterias renales principales, con oclusión esclerótica
progresiva de las mismas; 2) hiperpasia fibromuscular de las grandes arterias,
produciéndose también oclusión de los grandes vasos y 3) nefrosclerosis
benigna, una enfermedad muy frecuente que se produce por la aparición del
lesiones escleróticas en las arteriolas y arterias de pequeño calibre. En estos
casos el riñón es incapaz de mantener la composición normal de la sangre,
aumento paradógico de la diuresis, lsostenuria los mecanismos renales
deconcentración funcionan inadecuadamente [4].
I .2.5. EFECTOS FlSlOLOGlCOS
- Retención de agua y edema
- Acidosis de la insuficiencia renal. El paciente entra en coma como
consecuencia de la acidosis.
- Aumento de la urea y de otros productos nifrogenados no proteicos.
- Coma urémico: respiración profunda y rápida como consecuencia de la
acidosis, la presión arterial va descendiendo conforme se acerca al final,
cuando el pH sanguíneo llega a 6.8 el paciente muere.
- Anemia en la insuficiencia renal crónica: estos pacientes tiene por Iu general
en todos los casos anemia, esto es debido a la ausencia de eritroproyetina
sustancia secretada por los riñones en funciones normales y que es capaz de
estimular a la médula ósea para producir hematies.
- OSTEOMALACIA: cuando la insuficiencia renal es muy proiongada, puede
aparecer osteomalacia, una situación caracterizada por una excesiva
resorción y debilidad ósea.
1.2.6. CAUSAS DE LA INSUFICENCIA RENAL CRONICA
Estas deficiencias puede llegar progresivamente o tener un comienzo agudo
por las mismas causas que la insuficiencia renal aguda y otras distintas, como
son:
- Diabetes mellitus.
- Amilodosis.
- Glomurulonefritis.
- Hipertension.
- Analgésicos.
- Obstrucciones crónicas.
- Poliquistosis.
I .3. DIALISIS DE LOS PACIENTES
EL RIÑON ARTIFICIAL
Los riñones artificiales se utilizan desde hace 40 años para tratar a los
pacientes con insuficiencia renal. En algunos tipos de fracaso renal agudo,
como los que siguen a la intoxicación con mercurio o al colapso circulatorio,
el riñ6n artificial se utiliza únicamente para mantener a los pacientes durante
algunas semanas hasta que las lesiones renales cicatricen y los riñones
vuelvan a funcionar normalmente.
Sin embargo en los últimos años se ha desarrollado el riñón artificial hasta
el punto que miles de personas con insuficiencia renal crónica permanente o
incluso sin riñones pueden mantenerse vivas y saludables durante años,
dependiendo totalmente del riñón artificial.
habrá una transferencia neta de la misma hacia el liquido de diálisis. La
cantidad de sustancia transferida depende de: I) la permeabilidad de la
membrana y su superficie; 2) las diferencias de concentración a los dos lados
de la membrana; 3) el tamaño de las moléculas, pues las pequeñas se
difunden con mas rapidez que las grandes, y 4) el tiempo de contacto entre la
sangre y el liquido de diálisis.
Durante el funcionamiento normal del riñón artificial, la sangre fluye continua
e intermitantemente, por el dispositivo de diálisis, retornando a una vena. La
cantidad total de sangre contenida en el riñón artificial en un momento dado
es inferior a 500 ml, el flujo de la misma puede ser de varios cientos de
mililitros por minuto y la superficie total de la difusión se puede encontrar
entre 0.6 y 2.5 m2. Para prevenir la coagulación, se utilizan pequeñas
cantidades de heparina, que se infunden cuando la sangre entra en el rifión.
La tabla 1 .I compara los componentes de un liquido de diálisis típico con
los del plasma urémico. Obsérvese que la concentración de iones y otras
sustancias del liquido de diálisis no son las mimas que en plasma normal o en
el urémico. De hecho, se ha ajustado para que se produzca un movimiento
apropiado en el agua y de solutos a través de la membrana durante el periodo
de diálisis.
Obsérvese también que no hay urea, fosfato, uratos, sulfatos o creatinina en
el liquido de diálisis, pero que están en elevados concentraciones en la
sangre urémica. Así pues, cuando el paciente urémico se dializa, estas
sustancias pasan en grandes cantidades al liquido de diálisis, con los que son
eliminadas del plasma [2].
El principio básico del riñón artificial consiste en pasar sangre a través de los
diminutos canales de una membrana muy fina. En el otro lado de la membrana
se coloca un liquido de diálisis, produciéndose el paso por difusión de las
sustancias de desecho desde la sangre hacia este liquido [2].
DIALIZANTE I I ’ I
1
1
SOLUCION
Fig. 1.3 Riñón artificial básico.
La figura 1.3 muestra los componentes de un tipo de riñón artificial en el que
la sangre fluye continuamente entre dos membranas delgadas de celofán; en
la parte externa se sitúa liquido de diálisis. El celofán es lo suficientemente
poroso como para permitir que gran parte de los componentes del plasma,
excepto las proteínas, se difundan en ambas direcciones, desde el plasma
hacia el liquido de diálisis y desde este hacia el plasma. Si la concentración de
la sustancia es mayor en el plasma que en liquido de diálisis,
TABLA 1.1
COMPARACION DEL LJQUIDO DIALIZANTE
CON EL PLASMA NORMAL Y UREMIC0
CONSTITUYENTE PLASMA LIQUIDO PLASMA NORMAL DIALIZANTE UREMIC0
Electrólitos (mEq/litro)
Na+
K+ Ca++
Mg++
CI-
HC03 -
Lactato-
HP04 -- Urato-
Sulfato--
No electrólitos (rng/dl)
Glucosa
Urea
Creatinina
142
5
3
1.5
107
27
1.2
3
0.3
0.5
1 O 0
26
1
133
1 .o 3.0
I .5
105
85.7
1.2
O
O
O
125
O
O
142
7
2
I .5
107
14
I .2
9
2
3
1 O0
200
6
""""C"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
CAPITULO 2 CARACERISITCAS QUIMICAS Y BACTERIOLOGICAS
DEL AGUA PARA HEMODIALISIS
INTRODUCCION
El agua juega un papel importante en el proceso de hemodialisis. El agua
sirve como disolución en la preparación del dializante (capitulo 1), esté sirve
como medio de difusión para remover desechos metabolicos contaminantes
que se encuentran en la sangre, as¡ como un medio auxiliar para el balance
electrolito.
El tratamiento del agua que se usa para preparar el baño de la membrana
del hemodializador es necesario porque se ha demostrado que algunos
contaminantes quimicos son causantes incluso de la muerte de los pacientes
sometidos a la diálisis, otros han sido reportados como no tóxicos, cuando
estan presentes en fluidos fisiológicos, pero pueden llegar a ser peligrosos si
sus concentraciones se encuentran incrementadas en el agua usada para la
hemodiálisis [5].
Tambien la implantación de límites sobre el crecimiento bacterial son
necesarios para prevenir una cuenta alta de bacterias, ya que estos
incrementos se han asociado con las reacciones pirogénicas.
La American Public Healt Association y la American Society for Artificial
Internal Organs (ASIO), hacen incapié sobre la responsabilidad que se tiene
por parte de proveedores de tratamientos de agua, ingenieros clinicos y
médicos en asegurar la pureza del agua utilizada en hemodiálisis [6].
Para identificar estos problemas asociados con el uso del agua en el
proceso de dialisis, se formo en Estados Unidos un subcomite formado por
Association for Advancement of Medical Instrumentation (AAMI) y la American
Society for Artificial Internal Organs (ASIO), el cual establece un estandar para
la utilización del agua en un proceso de dialisis.
Las recomendaciones fueron publicada por la AAMI en 1982 baja el nombre
de Standards for Hemodialysis Systems. En esta se publican los limites
tolerables de bacterias así como las caracteristicas fisico-quimicas del agua
utilizada en un departamento de hernodialisis.
Para poder alcanzar los limites recomendables por la AAMI es necesario
utilizar una serie de equipos especificos. Para poder tener una calidad de
agua es necesario contar con equipos como son: filtro de arena, filtros de
ablandamiento, filtros de carbón activado, sistema de osmosis inversa,
lampara de luz ultravioleta, deionización y sistemas de ultrafiltración [7].
En los capitulos siguientes se hablara especificamente de cada uno de ellos
y ademas propondremos un metodo de control de los diferentes equipos
utilizados.
2.1 CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL AGUA
El agua usada para preparar el fluido dializador no debe contener segun la
AAMI un exceso de los contaminantes mostrados en la tabla 2.1, excepto
cuando el médico encargado de este servicio se haga responsable de la
selección de los niveles minimos y maximos.
Estos contaminantes quimicos, se han dividido en tres grupos con el
proposito de estandarizarlos:
TABLA 2.1
CALIDAD QUIMICA DEL AGUA
NIVELES DE CONTAMINACION
CONTAMINANTES NIVEL MAXIM0 (mg/l) """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""-
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Cloro
Cloraminas
Nitrato
Sulfato
Cobre
Bario, Zinc
Aluminio
Arsenico, Plata
Cadmio
Selenio
Mercurio
Cromo
2(01 mEq/l)
4(0.3 mEq/l)
70(3 mEq/l)
8(0.2 mEq/l)
0.5 (mEq/l)
O. 1 (mEq/l)
2.0 (mEq/l)
1 O 0 (mEq/l)
O. 1 (mEq/l)
O. 1 (mEq/i)
0.01 (mEq/l)
0.005 (mEq/l)
0.001 (mEq/l)
0.09 (mEq/l)
0.0002(mEq/l)
0.014 (mEq/l)
El primer grupo esta formado por los que causan toxicidad en pacientes
dializados. Este incluye fluoruros, cloraminas, sulfatos, nitratos, cobre y
aluminio [6].
El fluoruro, el cual se añade a los suministros de agua para reducir el
deteriodo de los dientes, afecta a la dialisis del paciente, alterando la
formacion osea, cuando se presenta en el agua para preparar el fluido
dializador.
El nivel del aluminio se puede incrementar debido a la utilización de
recipientes que sirven para el tratamiento de agua, por lo que se debe prevenir
o evitar la utilizacion de estos recipientes fabricados con aluminio, ya que este
metal es potencialmente tóxico en el paciente. Existen ademas evidencias que
sugieren que el aluminio es un agente causante de padecimientos renales,
debido a que es dificil removerlo del agua utilizada en hemodiálisis, por su
complejidad quimica, ya que pueden existir con un catión trivalente, un anión
complejo o como un coloide [7].
La toxicidad de las cioraminas es indiscutible cuando rebasa el limite
marcado. El cloro libre esta includo en este grupo debido a su alto potencial
de oxidación en la sangre, ademas, de que forma cloraminas, por lo que se
debe evitar un agua altamente cloraminada en la preparación del fluido
dializador.
Una alta concentración de sulfato (arriba de 200 mgfl) provoca nauseas,
vómito y acidósis metabólicas, los sintomas desaparecen cuando el nivel
permanece abajo de 100 mg/l.
Los nitratos, son un medio ideal para la contaminación bacteriana y causan
metahemagobinemia, por lo que se permiten sólo muy bajos niveles.
La toxicidad del cobre y zinc, han sido demostrados cuando aumenta su
nivel en el flujo del dializador, por lo que es recomendable no utilizar tuberias
de estos materiales.
El segundo grupo de contaminantes químicos incluye bario, selenio, cromo,
plata, cadmio, mercurio y arsénico. Si hay un aumento de estos contaminantes
se recomienda usar ósmosis inversa en el tratamiento del agua, ya que
remueve del 90 al 99% de sólidos inórganicos disueltos [7].
El tercer grupo de contaminantes, consiste en sustancias fisiológicas que
pueden ser dañinas cuando se presentan en cantidades excesivas. El calcio y
sodio son ejemplos de éstas. El nivel de calcio ha sido reducido de 10 ppm a
2 ppm, debido al papel critico que tiene el calcio en problemas óseos
asociados con padecimientos renales.
El hierro no ha sido incluido en esta tabla debido a que no entra en
cantidades suficientemente altas, como para causar toxicidad en los
pacientes, lo que puede causar es suciedad en los sistemas de purificación
del agua o en los sistemas de abastecimiento de este servicio.
Los estandares japoneses, recomiendad para hemodialisis un nivel maximo
de hierro de 0.3 mg/l. A la vez, tampoco son señalados los niveles para
materiales o sustancias radiactivas. Sin embargo el comite de la Agencia de
Protección Ambiental (EPA por sus siglas en ingles), establece los siguientes
niveles para sustancias toxicas radiactivas:
- Endrin 0.002 mg/l
- Lindane 0.004 mg/l
- Methoxychlor 0.1 mg/l
- Toxaphane 0.005 mg/l
Aunque estas sustancias podrian formar un cuarto grupo de contaminantes,
sus efectos son aun desconocidos.
En la tabla 2.2 se enumerán los niveles de los contaminantes inorganicos
recomendados por la AAMI y los metodo de analisis recomendado para
detectarlo, estos analisis los debera realizar un laboratorio que cuente con el
equipo necesario para la realización de estos estudios, desgraciadamente en
Mexico no se cuenta con la tecnologia necesaria para detectar partes tan
pequefias de contaminantes, si bien existen compañias que se dedican hacer
estudios fisico-quimicos sobre el agua utilizada por calderas, estas muchas
veces no cuentan con la tecnologia para detectar niveles tan pequeiios de
contaminantes. Estos estudios fisico-quimicos por lo general se hacen en
laboratorios que se encuentran en los Estados Unidos..
La realizacion del metodo de Absorcion de Flama Atomica, Absorcion
Atomica por Vapor Frio, Absorcion Atomica Hidrido Gaseoso y la Prueba del
Ion Especifico para detectar a los contaminantes fueron publicado por la EPA
bajo el titulo: Methods for chemicals Analysis of Water and Waste en
Cincinnati, Ohio; U. S. en 1979.
El metodo Turbiodimetrico, Ion Cromatografico y el Colorimetro para
detectar los contaminentes del agua fue publicado por la APHA bajo el titulo
Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, Washington,
DC; U. S. en 1975.
TABLA 2.2
NIVELES DE CONTAMINANTES Y
METODOS PARA DETECTARLOS
ELEMENTO
Aluminio Asenico Bario Cadmio Calcio Cloraminas Cloro Cromo Cobre Fluoruro Plomo Magnesio Mercurio Nitrato Potasio Seleniu Plata Sodio Sulfato Zinc
METODOS DE ANALISIS
Absorción Atomica Flama Absorción atomica Calor Absorcion atomica Vapor Frio Absorción atomica Gaseoso Hidrido Ion Cromatografico Prueba de Ion Especifico lnduccion Par Emision Plasma Colorimetrico Turbiodimetrico
AAMI (PPmJ
0.01 O. 005 o. 1 O 0 0.001 2 .o00 o. 1 O0 0.500 0.014 o. 1 O0 o. 200 0.005 4.000 o. 0002 2.0000 8 .O00 o. O90 O. 005
70.000 100.000
o. 1 O 0
METODO RECOMENDADO
AAF AAFIAAGH AA/ICP AAF AA/ICP/IC CM CM AAF AA/ICP/IC IC/ISP AAF AAIICPIIC AACV IC/ISP M l S P AAF AAF AAF 1 C/TM AAIlCP
AA AAF AACV AAGH IC ISP ICP CM TM
El metodo de Absorcion Atomica e lnduccion por Emision Plasma fue
publicado por la €PA bajo el titulo de: Test Methods for Evaluation of solid
Wasfe, Chemical and Physical Methods. Washinton, DC; U. S. en f980.
Aunque estos metodos son los recomendados por la AAMI no
necesariamente se deben seguir, ya que pueden surgir con el tiempo otras
tecnicas y otras tecnologias mas avanzadas para analizar los contaminantes
que se encuentren en el agua.
2.2. CARACTERISTICAS BACTERIOLOGICAS
Aunque el agua para hemodialisis no necesita ser estéril, la contaminación
microbiana se debe mantener en niveles muy bajos.
Estudios epidemiologicos hechos por varios investigadores han demostrado
que si la cuenta en el agua usada para preparar el fluido dializador excede de
200 bacterias/mI, existen problemas potenciales, por que esas
concentraciones pueden aumentar en otras partes del sistema, resultando un
aumento en los niveles de bacterias en el fluido dializador, hay un incremento
en el riesgo de complicaciones pirógenicas y septicémicas. Las reacciones
pirógenicas pueden ser causadas por endotoxinas provenientes de la fuente
de agua del municipio [S].
Por otro lado las bacterias gram negativas tiene la capacidad no solamente
de sobrevivir si no tambien de multiplicarse rapidamente en todos los tipos de
agua. Estos organismos pueden tener niveles de desarrollo en rangos desde
10E3 hasta 1 OE6 por milimetro de agua. Bajo ciertas circunstancias estos
pueden constituir serias alteraciones importantes en el desarrollo de la diálisis
de los pacientes, por que son tratados directamente por septocemia y porque
ello contiene bacterias endotoxinas, las cuales pueden causar reacciones
pirogenicas.
La tabla 2.3 es una lista de algunos géneros da bacterias de agua que han
sido detectados en los sistema de diáilisis 191..
La capacidad de estos organismo de crecer rapidamente en el agua se
puede llegar a atacar utilizando mezclas de soluciones de sal.
Las bacterias gram negativas se pueden desarrollar en las destilaciones,
deionizaciones o osmosis inversa cuando se presenta una disminuci6n de
presión, estas pueden estar presentes en el agua y llegan a tener niveles ricos
de 10E5 a 10E7 por milimetro. En contraste algunas de estas bacterias
pueden crecer en los fluidos de las diálisis alcanzando niveles de 1 OE8 a 1 OE9
por milimetro.
El control del crecimiento masivo de la acumulación de las bacterias gram
negativas del agua en el sistema de diálisis involucra principalmente la
prevención de su creciemiento. Esto puede ser evitado por la propia
desinfección, tanto del sistema del tratamiento del agua como del cuidado
correspondiente de las máquinas. Los sistemas de tratamiento de agua, el
sistema de distribución de la diátisis y el metodo de desinfección pueden
todos ellos disminuir el nivel de contaminación por bacterias [7].
TABLA 2.3
TIPOS DE MICROORGANISMOS DEL AGUA
PRESENTE EN EL SISTEMA DE
HEMODlALlSlS
"_""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" Bacterias Gram Negativas del Agua
- Pseudomonas
- Flavobacterium
- Acinobacter
- Alcaligenes
- Acromobacter
- Aeromonas
- Serratia
- Moroxela
Micobacterias Notuberculosas
- Micobacterium Chelonei
- M. Fortitum
- M. Gordonea
- M. Kansasi
- M. Avium
- M. lntracelular
CAPITULO 3
SISTEMA DE T'RATAMIENTO DE AGUA
INTRODUCCION
LOS centros de diálisis usan el agua del suministro publico, la cual puede
venir con altos niveles de contaminación. Las fuentes del agua de la
superficie normalmente contiene endotoxinas, provenientes de las bacteria
gram-negativas del agua, al igual que algunos tipos de algas azul-verdes.
Los niveles de endotoxinas no son significativamente reducidos, como también
pueden contener remanentes altos de reacciones pirogenicas [I O].
Por lo regular los suministros de agua tienen contaminantes de bacteria
gram-negativas. Por medio de cloro y otros desinfectantes adicionados al
agua pueden provenirse del desarrollo de altos niveles de contaminación.
La presencia de estas sustancias químicas en los fluidos de la diálisis, se ha
llegado a considerar indeseables, porque en determinado momento estos
podrán llegar a afectar al paciente.
El agua utilizada para la producción de fluido de diálisis pueden ser tratada
por una orden de remoción químico de contaminantes. La Asociación para el
desarrollo de Instrumentación Medica, publico una serie de equipos de
tratamientos de agua, el cual se mencionaran en los capítulos siguientes [7].
En el capitulo dos se mencionaron las características químicas y
bacteriológicas que debe tener el agua que se utiliza en un departamento de
Hemodialisis, desgraciadamente el agua que llega del municipio no reúne
estos requisitos de calidad de pureza necesaria para utilizarla en hemodialisis,
para poder utilizar el agua es necesario que el agua pase por un "sistema
hidrdulica de filtrado" el cual aumentara el grado de calidad del agua.
3.1. SISTEMA DE TRATAMIENTO
El sistema hidraulico de filtrado puede tener uno o varios componentes, la
gran ventaja de utilizar varios componentes de filtrado es que se va tener una
calidad de agua mucho mayor, ¡a desventaja es el gran costo económico que
llega tener para el hospital contar con un sistema completo.
Según la Continental Water Corporation el sistema ideal que debe tener un
departamento de hernodialisis para el tratamiento del agua es el que se
muestra en la fig. 3.1. el cual muestra que el agua que llega del municipio
pasara por dos filtros de arena conectados en serie, una vez que pase por los
filtros de arena el agua pasara por dos filtros suavizadores inmediatamente
después a los filtros de carbón activado para después introducirse a la
osmosis inversa y así hasta llegar al suministro de las maquinas
hemodializadoras.
En los capítulos siguientes se hablara de cada componente del sistema de
tratamiento así como también se hablara de un sistema de monitorización para
cada uno de los componentes.
En México no hay hospitales que tengan una configuraron ideal, ya que la
mayoría de los hospitales se saltan por lo menos un componente, bien sea por
que la calidad del agua es tal que no creen recomendable ponerlo o bien por
cuestiones económicas.
c
s. a. t 3-r C.A.
ULTRAFLTRACM ULTRAFLTRACM
r
B \ \
I n I I I 1
I DUONIZADOR
MIXTO B I
DUONIZADOR A. ABASTECIMIENTO s. SUAVIZADORES C.A. CARBO# ACTIVADO
Fig. 3.1 Configuración ideal de un sistema de tratamiento de agua según la Continental Water Corporation, en el cual se muestra los diferentes tipos de filtrado que el agua de suministro deberá pasar antes de llegar a las maquinas hemodializadoras.
3.2. DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO
El primer paso para diseñar un sistema de purificación de agua es analizar
el agua de alimentación (agua que se distribuye en la ciudad). Con este tipo
de dato, se adquiere el equipo recomendado para producir una cantidad y
calidad de agua requerida. El departamento de hemodiaiisis deberá de
realizar tener en cuenta las siguientes reconsideraciones antes de adquirir un
sistema de tratamiento:
Análisis del agua de alimentación por lo menos durante un mes y calcular
un promedio de los principales contaminantes, ademas de proyectar un
impacto sobre la calidad del agua.
Realizar un estudio sobre los principales problemas que puedan poner en
riesgo el suministro y calidad del agua.
3.2.1. CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DEL SISTEMA
En el diseño de un sistema de tratamiento se debe tener las siguientes
consideraciones:
El sistema deberá tener un sistema de drenaje Único, esto significa que el
drenaje no deberá ser el drenaje común del edificio, ya que si no se corre
el riesgo de sufrir una contaminación de dimensiones mayores [9].
En la adquisición de un componente de tratamiento se debe considerar que
algunas técnicas de filtrado pueden realzar el cultivo de bacteria por lo que
es recomendable que los componentes cuenten con sistema de auto
lavado.
No es recomendable tener un tanque de almacenamiento de agua tratada,
ya que este puede ser un medio de cultivo para las bacteria [ 1 O].
Nunca se utilizara tuberías de cobre, se utilizara solamente tuberías PVC
[I 01-
3.3. DOCUMENTACION DEL SISTEMA
Este, muchas veces es considerado la parte mas critica del sistema de
documentación, ya que en esta parte se observa la condiciones de estabilidad
y parámetros que serán usados en el funcionamiento del monitor y sus niveles
de aceptabilidad para el sistema hidráulica. Esta sección se divide
generalmente en cuatro areas, cada area deberá ser completa y comprensible
en lo posible, estas areas son:
- IDENTIFICACION DEL SISTEMA
- DOCUMENTACION DEL SISTEMA
- CONFIGURACION DEL SISTEMA
- ESPECIFICACIONES DE FUNCIONAMIENTO
IDENTlFlCAClON DEL SISTEMA: identifica la ubicación especifica del
sistema hidráulica, si el sistema original es modificado una nueva
documentación propia y una recalibración deberá ser realizada para hacer el
funcionamiento del sistema valido.
DOCUMENTACION DEL SISTEMA: Identificar su manufactura, la de fecha de
compra y de disponibilidad, el soporte de la documentación requiere de un
mantenimiento propio del sistema hidráulica. Todos los cambios del sistema,
modificaciones, mejoras y alteraciones deben ser documentados en esta
sección (asumiendo que en el original habrá cambios).
Cuando los cambios son hechos en el sistema hidrWica una nueva prueba
de validación deberá ser iniciada para confirmar el mejoramiento o que se
mantiene como el original las especificaciones de funcionamiento.
CONFIGURACION DEL SISTEMA: Un esbozo propio es requerido para
identificar el diseño del sistema y su distribución del arreglo. La disponibilidad
de la configuración del esbozo debe ser bien definida puede ser de mucha
ayuda para establecer un protocolo de sanidad y frecuencia.
ESPECIFICACIONES DE FUNCIONAMIENTO: En esta sección toda la
hipótesis de funcionamiento será definida claramente con documentación
propia con una concentración de analisis puede identificarse cada
componente dentro de todo el sistema hidraulica y especificamente su función.
Esta hipótesis inicial de funcionamiento del sistema es un fundamento para
establecer un monitoreo y un programa de mantenimiento. El monitoreo de
los datos obtenidos deberán ser comparados con las especificaciones del
funcionamiento original para determinar la tendencia del problema.
En los capitulos siguientes se hablara de cada componente del sistema ideal,
ademas se mostrara un proceso de monitorizacion asi como la documentacion
necesaria para llevar un control de cada uno de los componentes.
CAPITULO 4
FILTROS DE ARENA
INTRODUCCION:
El agua tal como la encontramos en la naturaleza no es utilizable
directamente para el consumo humano ni para la industria, ni mucho menos
para aplicaciones medicas, porque, salvo en raros casos, no es
suficientemente pura. A su paso por el suelo, por la superficie de la tierra o
incluso a través del aire, el agua se contamina y se carga de materiales en
suspensión o en solución: particuias de arcilla, residuo de vegetación,
organismos vivos (plancton, bacteria, virus), sales diversas (cloruro, sulfato,
carbonatos de sodio, calcio, hierro, manganeso ...), materiales orgánicos
(ácidos húmicos, fúlvicos, residuos de fabricación), y gases.
La presencia de esta gran variedad de impurezas exige el tratamiento de las
aguas antes de su utilización, para hacerlas aptas para las aplicaciones
consideradas, en nuestro caso para la utilización de agua en un departamento
de hemodialisis.
Para conseguir los resultados deseados, desde la obtención de un liquido
claro y limpio para el consumo humano, hasta el agua extrapura que se
requiere para un departamento de hemodialisis, será necesario aplicar,
independientemente o en forma combinada una serie de equipos que se
mencionaran en el presente y en los siguientes capítulos.
4.1. CARACTERISTICAS DE UN FILTRO DE ARENA
En el sistema de la fig. 3.1 se muestra que el primer filtrado del agua son
los filtros de arena.
La primera función de un filtro de arena (también llamado filtro
multimedia) es remover las partículas de materiales suspendidas de una
fuente de agua.
El filtro multimedia esta compuesto por un recipiente generalmente
construido de fibra de vidrio, acero y un grado especifico de filtración
(densidad de arena).
El recipiente esta construido por un acero de bajo grado y requiere de una
linea inerte de protección contra la degradación y oxidación. El filtro
multimedia necesita sacar fuera del recipiente en un tiempo determinado una
cierta cantidad de mojo (fierro, hierro) que se acumulan dentro del filtro. El
hierro es un elemento dañino ya que provoca bajos flujos de agua
(taponamiento) en el equipo de tratamiento de agua (osmosis inversa).
I
Las partículas que acompañan al agua son removidas por diferentes
densidades de arena dentro del recipiente. El filtro multimedia puede emplear
varios tipos de arena fina para remover fango, lodo, mojo o arena con silicio
no hidratado para remover sedimientos finos. Ambos tipos de arena tienen un
promedio de filtración en el rango de 5 a 50 micras que son los mas usuales
en el mercado.
Q m
rz m
P S
X m n_
Una filtración fina requiere de una configuracion de diferentes tipos de arena
de ahí el nombre de mutimedia. Este tipo de filtro de arena utiliza de 4 a 5
diferentes tipos de arena, cada una de diferente tamaño y densidad. Un filtro
típico multimedia utilizada para un departamento de hemodialisis tiene un
promedio de filtración de 5 a 10 micras.
4.2 PORQUE USAR UN FILTRO DE ARENA
En equipo de purificaci6n corno son las maquinas de osmosis inversa y los
desionizadores requieren el uso de un pre-filtro de por lo menos 5 micras. La
pre-filtracion es usada para la prevención de estos equipos, ya que se evita
que sus poros se lleguen a tapar debido a las partículas que acorhpafían al
agua. Los filtros de arena son utilizados cuando se demanda grandes
volúmenes de agua que requieren una filtración densa.
En particular los filtros de arena son utilizados para reducir los niveles
inconvenientes de particulas, así como de poder facilitar el mantenimiento del
equipo de tratamiento de agua y extender el tiempo de vida del equipo de
purificación de agua, estos pre-filtros que se usan en hemodialisis deben de
ser por lo general de 5 micras.
En resumen el filtro de arena remueven material suspendido de una manera
eficiente y económica, protege igualmente ta operación y la vida del equipo
de purificación del agua.
4.3. QUE PUEDE OCASIONAR QUE EL FILTRO DE ARENA FALLE
Cuando hay material de partículas acumulables en la superficie de arena del
filtro, el flujo de agua es reducido y la presión del filtro se incrementa,
reduci6ndose la salida total del agua. Para evitar este problema se requiere
que el filtro de arena venga equipado de un sistema automático de auto
lavado, este autolavado se hará en sentido contrario al flujo de entrada para
remover las partículas acumulables que se encuentran en la superficie del
filtro esto ocasionara que todo el material que antes obstruia la superficie de
arena se remueva y se dirija a la tubería de drenaje, esto ocasionara ,que se
restablezca la capacidad del flujo original [ I I].
Un filtro de arena deberá estar equipado con un medidor automático de
tiempo y de flujo, el medidor de tiempo será para indicarle los intervalos de
autolavado que deberá hacerse en forma automático por el filtro, el medidor
de flujo indicara la cantidad de agua producto que esta saliendo de los filtros.
En el diseiio se deberá tener la consideración de instalar un filtro de arena
duplex (fig. 4.1), ya que en este diseño se puede habilitar un filtro de arena
mientras el otro esta en autolavado y en tiempo de espera, así se evitara que
el flujo sea interrumpido, ademas de que se tendrá un equipo de emergencia
que siempre estará en tiempo de espera [ I I].
La mayoría de los hospitales de México que tienen un departamento de
hemodialisis cuentan con por los menos un filtro de arena sin que a la fecha
esto provoque una emergencia por solo utilizar un filtro de arena, pero es
recomendable si se cuentan con los medios económicos utilizar un
configuración duplex
4.3 MONITORIZACION DE UN FILTRO DE ARENA
La primera función de un filtro de arena es remover material suspendido en
la superficie del agua. Para determinar que también esta funcionando nuestro
filtro de arena un protocolo fue establecido por la AAMI bajo el nombre de "Silt
Density Index" (Indice de densidad de sedimentos). El SDl es una
característica del suministro del agua por parte de nuestro filtro de arena.
Esta prueba se reaiiza con un filtro de 0.45 micras y mide la capacidad del
filtro de suministrar agua en un tiempo determinado.
Una prueba típica de SDI consiste en una presión dada por nuestro filtro de
arena seguida por una presión regulada de aproximadamente 30 psi. para
que después el flujo pase por un filtro de 0.45 micras (fig. 4.2).
El análisis del SDI es el siguiente: se deja pasar un flujo directo con una
presión de 30 psi. por un tiempo de 15 minutos, durante este tiempo 100
mililitro son recolectados en intervalos de 5 minutos, el tiempo que tarda cada
recolección deberá ser registrada; veremos que en cada colecta el tiempo se
ira incrementando debido al incremento de partículas de materiales que se
encontraran en nuestro filtro de 0.45 rnicras. Los datos registrados son
sustituidos en la formula de la fig. 4.2.
El valor máximo de la medición de SDI deberti ser de 15 máximo. Pero que
pasa con un SDI de aproximadamente 5, la membrana de osmosis inversa
no funcionaran correctamente con este valor, las fibras huecas de la
membrana de osmosis inversa necesitan (como veremos mas adelante) que el
SDI tenga un valor de aproximadamente 3.
I SUMINISTRO-ALIMENTACION
(30-80 psig)
REGULADOR DE PRESION PARA 30 psig
MEDIDOR DE
"SILT DENSlTlTY INDEX"
FORMULA
(1 - ti/tf) SDI =
T SDI = lndice de Densidad de Sedimentos
T = Tiempo total de la prueba (Generalmente 15 minutos)
ti = Tiempo inicial requerido para obtener la primera muestra
tf = Tiempo requerido para obtener la ultima muestra despues de los 15 minutos
Fig. 4.2 Diagrama de flujo para el calculo del lndice de Densidad de Sedimentos.
Si nuestro filtro de arena no puede producir un SDI bajo entonces
deberemos a proceder a reemplazar este equipo o buscar una tecnología
alterna [ 1 O].
Un protocolo de monitorizacion para un filtro de arena deberá de incluir la
presión del filtro, ya que este indicara cuando un autolavado deberá ser
requerido. En el protocolo se llevara también el flujo que se lleva en el
autolavado y e¡ tiempo que se llevara este.
4.4. DOCUMENTACION DE UN FILTRO DE ARENA
Es responsabilidad del departamento de hemodialisis vigilar e buen
funcionamiento de un filtro de arena, este se logra teniendo un control de
vigilancia y documentando las diferentes características que pudiera tener
nuestro filtro de arena, así como llevar un control en bitácoras especialmente
para este equipo.
En las hoja siguiente se muestra un ejemplo de como se debería de llevar un
control de este equipo.
Una revisión visual todos los dias antes de la llegada de los pacientes es
recomendable así como la anotación diaria para este equipo.
t
CAPITULO 5
SUAVIZADORES
INTRODUCCION:
Una vez que el agua de abastecimiento paso por los filtros de arena el siguientes elemento por donde tendrá que circular son los filtros
suavizadores, según se muestra en la fig. 3.1 donde se muestra la
configuracion ideal.
Cuando el agua se encuentra a un paso de entrar a los filtro
suavizadores, esta, ya fue liberada de partículas contaminates de gran
tamaño, como son pequeños pedazos de hojas, insectos, arena etc ... Una suavizacibn (ablandamiento) del agua es un cambio directo de iones,
en este proceso se remueven los iones "duros" indeseables y son
reemplazados por mas iones deseables. En el proceso de ablandamiento el
termino "dureza" es usado para identificar que el agua contiene altos niveles
de calcio y magnesio.
En este capitulo se hablara de cOmO se produce la suavización así como su
monitorizacion de este tipos de filtros
5.1. PROCESO DE SUAVEACION
En la fig. 5.1 se muestra un filtro tipico de suavización, el cual muestra un
tanque de salmuera conectado al tanque de acero (suavizador) el cual esta
formado por una resina que es la encargada de hacer el intercambio y de un
control de flujo y de tiempo.
En el proceso de ablandamiento el calcio y el magnesio son removidos
desde el agua del suministro y reemplazado con sodio, este intercambio se
lleva dentro del tanque de acero que contiene la resina, esta resina que es la
que se encarga del cambio de iones (fig. 5.1).
En la suavización la resina tiene la habilidad para remover iones con cargas
positivas y se hace referencia a ella como "resina catódica". Para llevar a cabo
el proceso de suavización la resina catódica es convertida en el interior a una
forma de resina de sodio, esto es posible con altas concentraciones de
salmuera (NaCI). Esta alta concentración hace que la resina cat6dica tenga
un alto grado para remover iones con cargas positivas. La salmuera es usada
para regenerar la resina de suavizacibn, ademas de tener un bajo costo
produce un impacto benigno en la producción de agua para hemodialisis.
En la fig. 5.2 se muestra el proceso de suavización, en esta figura se
muestra los factores de dureza como son el calcio (Caz+), Magnesio (Mg+), y
hierro soluble (Fierro, Fez+).
Estos elementos son removidos mediante un cambio de iones divalentes por
iones de sodio monovalentes (fig 5.2 a).
Los iones de sodio se asocian con los principales aniones compañeros de
cationes divalentes, como son el carbonato (co32-), bicarbonato (HCOb) y
sulfato presentes en la del agua de suministro (fig. 5.2 b).
La capacidad de suavización del agua para remover factores de dureza
depende del volumen de resina usada. Cuando la resina esta agotada, la
capacidad de ablandamiento es restaurada directamente mediante la
inyección de sal a la resina (fig 5.2 c),
VALVULA CONTROLADORA
-
Y ALY U LA DE S ALM U ERA-
TANQUE DE SALMUERA
/
/
CONTROL DE FLUJO
INYECTOR
3
b
"_
a - z Fig. 5.1 POSICION DE SERVICIO
El agua no tratada entra al equipo por la válvula de entrada, circula alrededor de la ranura inferior del pistbn, pasando al tanque de elementos, baja atravesando los elementos y entra al distribuidor como agua acondicionada. El agua acondicionada sube por el tubo central hacia la vdlvula de salida.
t t
Fig. 5.2 Se muestran los tres pasos principales de un sistema de ablandamiento de agua. a) Se muestra a la resina en un estado de regeneración total, b) Se muestra a la resina durante el intercambio de iones de sodio por calcio, magnesio y fierro durante la alimentación de agua, c) se muestra la regeneración con sal.
5.2. POR QUE SUAVIZAR EL AGUA
El agua dura tiene muchos efectos perjudiciales en el funcionamiento y
mantenimiento de las lineas de distribución del sistema de agua. En áreas
con alta concentración de calcio y de Carbonato de calcio de pueden producir
escamas en las membranas de los osmosis inversa así como en las tuberías
y cañerías que se encuentran en el sistema de tratamiento del agua. En estas
areas el ablandamiento se utiliza para extender y proteger el sistema de vida
de purificación. En aplicaciones de dialisis el uso de agua dura se corre el
riesgo de que el paciente sufra de Hipercalcemia y de Hipermagnesia, el cual
produce que el paciente tenga constantes vómitos y nauseas. Otros efectos
documentados por el uso prolongado al calcio y al magnesio es la alteración
de huesos y tejidos blandos.
La recomendación que hace la AMMI tiene un limite bajo para el calcio que
es de 2 ppm y para el magnesio no debe ser mayor de 4 ppm para la
preparación de la diálisis.
Otra ventaja para usar la suavizacion del agua es la habilidad para remover
otros iones con cargas positivas como el aluminio. La concentración del
aluminio debe ser lo mas bajo posible y tiene como limite 0.010 ppm que esla
recomendada por la AMMI para poder evitar un daño potencial a los huesos.
5.4 POStBLES FALLOS EN EL TANQUE SUAVIZADOR
Como la resina catódica esta expuesta al agua, la habilidad del cambio de
iones se va reduciendo, en este ciclo la suavización no produce a lo largo del
recipiente la calidad deseada para remover iones eficientemente. Cuando se
entra en este punto se dice que la resina esta "agotada". Se debe prevenir o
evitar la exposicidn de pacientes asociado con problemas de dureza del agua,
la acción que se debe tomar es ver si el suavizador empieza a remover otra
vez estos iones indeseables. Este proceso se conoce como regeneración.
Durante el ciclo de regeneración, la concentración de salmuera (NaCI) es
inyectada directamente a la resina catódica agotada fig 5.4. La alta
concentración de sodio forja a que la resina libere el calcio y el magnesio y
otros contaminantes con cargas positivas y sean remplazados con iones de
sodio.
Ciertas condiciones pueden ser que la suavización falle, esto puede suceder
cuando nuestro recipiente se encuentre sucio debido a las altas
concentraciones de cobre o de otros materiales polielectrolitos. Se debe
identificar esta condition y una apropiada acción se debe tomar para evitar la
suciedad del recipiente de suavización. Por esta razón se pide que el
recipiente tenga un sistema de retrolavado internamente que sirva para
poderse limpiar internamente y de una manera automática (fig. 5.6) y lograra
así un incremento en la calidad de agua tratada.
En la parte final de este capitulo se dan una seria de problemas que pueden
llegar a presentarse durante el proceso de ablandamiento y una seria de
posibles soluciones.
5.4.4. MONlTORlZAClON DE LA SUAVIZACION
La función de la suavización es remover el calcio y el magnesio (factores de
dureza), entonces es necesario medir cuando el paso de la dureza de nuestro
sistema de agua empieza a incrementarse. Esta medición es critica porque
determina el punto en el cual la resina de suavización debe empezar a
regenerarse. Esta medición puede venir acompahada con una prueba de
dureza mediante la utilización de una tira colorimetro el cual mide la presencia
de calcio y de magnesio.
En la compra de este equipo de tratamiento se debe exigir al fabricante que
la regeneracitrn de la suavización empiece antes de que se de paso a un
incremento de la dureza. Esto se puede llevar acabo mediante la utilización
de un control automático de tiempo (timer), ya que este control indicara los
intervalos de tiempo en el cual se tendrá que inyectar salmuera a nuestro
tanque evitando así el agotamiento de la resina suavizadora.
Una rutina de monitorizacion de dureza es fuertemente recomendado para
asegurar que la frecuencia de regeneración es suficiente para poder remover
todos los factores de dureza que se encuentran en el agua.
Una rutina de revisión del tanque de salmuera es también altamente
recomendado ya que una falta de sal impedirá que la resina empiece a
regenerarse.
Una rutina de revisión del tiempo de regeneración también es necesario, ya
que una falla en el suministro eléctrico puede ocasionar que el control eléctrico
(timer) altere los intervalos de tiempo con la consecuencia de que la
regeneración de la resina se lleve en tiempo que no corresponde, ademas
puede provocar que se empiece a regenerar en tiempo en que se este
llevando la diálisis, por que cuando se regenera la resina el flujo del producto
se interrumpe el cual puede tener consecuencias graves, por esta razón se
recomienda un sistema de suavización duplex (fig. 5.3), ya que mientras un
suavizador esta funcionando el otro se esta regenerando y en tiempo de
espera (stanby).
t t
Fig. 5.4 POSICION DE SUCCION DE SAL. El agua no tratada entra al equipo por la válvula de entrada, circula alrededor de la
ranura inferior del pistón, a través de la boquilla y orificio del inyector, succionando solución salina del tanque de salmuera, la solución salina baja atravesando los
elementos, penetra en el distribuidor, sube por el tubo central, atraviesa el centro del pistón y sale por la linea de drenaje.
V A L V U L A CONTROLADORA
YALYULA DE S ALY U ERA
I 1 1
1 T
Fig. 5.5 REPOSICION DE AGUA AL TANQUE DE SAL. (DE 4~ 20 MINUTOS)
El agua no tratada entra a la unidad por la válvula de entrada, fluye alrededor de la
ranura inferior del pistón atravesando la garganta del inyector, a través de la válvula de sal y el control de flujo para reponer agua al tanque de sal. El agua no tratada
fluye también a través de la ranura inferior del pistón, atravesando el pasaje superior del tanque, bajando a través de los elementos y entrando al distribuidor como agua
acondicionada. El agua acondicionada, fluye hacia arriba a través del tubo central
hacia la válvula de salida.
VALVULA CQNTAOLADQAA
-
VALVULA DE SALMU
INYECTOR
TANQUE DE SALMUERA
PISTON
3LE
1 1
Fig. 5.6 POSICION DE RETROLAVADO. ( IOMINUTOS)
El agua no tratada entra al equipo por la válvula de entrada, circula alrededor de la ranura inferior del pistón, baja por el tubo central, saliendo por el distribuidor, sube
atravesando los elementos, sale por el pasaje superior del tanque, circula alrededor
de la ranura superior del pistón y sale por la linea de drenaje.
PROBLEMAS CAUSAS CORRECCION
l. EL ACONDICIONADOR DE 1 .a. FALTA DE ENERGIA 1.a ASEGURESE DE QUE HAY ENERGIA AGUA NO REGENERA. ELECTRICA. ELECTRICA (FUSIBLES, ENCHUFES O
INTERRUPTOR.).
l. b. TIMER DEFECTUOSO. 1.b. CAMBIAR EL TIMER.
1 .c. FALLA ELECTRICA. 1.c. PONER EL TIMER EN EL HORARIO CORRECTO.
2. AGUA NO TRATADA. 2.a. LA VALVULA DE PASO NO 2.a. CERRAL LA VALVULA DE PASO ESTA EN LA POSICION DE SERVICIO
-
2.b. FALTA DE SAL. 2.b. AGREGAR SAL Y MANTENER NIVEL SOBRE EL DEL AGUA
2.c. LA REJILLA DEL INYECTOR 2.c. LIMPIAR REJILLA DEL INYECTOR ESTA TAPADA.
2.d. EXCESIVO USO DE SAL 2.d. INCREMENTAR FRECUENCIA DE REGENERACION Y10 AUMENTAR NIVEL DE SAL.
2.e. INSUFICIENTE REPOSICION 2.e. REVISAR TIEMPO DE REPOSICION DE DE AGUA AL TANQUE DE SAL AGUA AL TANQUE DE SAL Y LIMPIAR
LINEA DE CONTROL DE FLUJO DE SAL SI ES QUE ESTA OBSTRUIDA
2.f. DUREZA EN EL TANQUE DE AGUA CALIENTE 2.f. ES REQUERIDO HACER SALIR AGUA
CALIENTE REPETIDAS VECES DEL TANQUE.
3. CONSUMO EXCESIVO DE 3.a. INADECUADA 3.a. REVISAR PROGRAMA DE SAL SAL. PROGRAMACION DE SAL
3.b. EXCESO DE AGUA EN EL 3.b. VER PROBLEMA NUM. 7 TANQUE DE SAL
4. PERDIDA EN LA PRESION 4.a. FORMACION DE HIERRO EN 4.a. LIMPIAR LA TUBERIA QUE VA AL DE AGUA. LA TUBERIA QUE VA AL ACONDICIONADOR DE AGUA.
ACONDICIONADOR
4.b. FORMACION DE HIERRO 4. b. LIMPIAR CONTROL Y AGREGAR EN EL ACONDICIONADOR DE LIMPIADOR DE MINERALES. AGUA. INCREMENTAR FRECUENCIA DE
REGENERACION.
4.c. LA ENTRADA DE CONTROL 4.c. QUITAR EL PISTON Y LIMPIAR EL ESTA TAPADA DEBIDO A CONTROL. MATERIAL AJENO A LA TUBERIA CAUSADOS POR TRABAJOS DE PLOMERIA EFECTRUADOS RECIENTEMENTE
PROBLEMAS
5. PERDIDA DE MINERAL POR LA LINEA DE DRENAJE
6.. HIERRO EN EL AGUA ACONDICIONADA
7. EXCESO DE AGUA EN EL NIVEL DE TANQUE DE SAL
8. EL ACONDICIONADOR FALLA AL SUCCIONAR SOLUCION SALINA.
9. EL CONTROL RECICLA CONTINUAMENTE.
I O . EL DRENAJE FLU* CONSTANTEMENTE.
CAUSAS CORRECCION
5.a. AIRE EN EL SISTEMA DE 5.a. ASEGURESE QUE EL SISTEMA HA
AGUA SIDO PURGADO CORRECTAMENTE.
6.a. MINERAL SUCIO. 6.a. CONTROLAR RETROLAVADO, SUCCION DE SAL Y REPOSlClON DE AGUA AL TANQUE DE SAL, AUMENTE FRECUENCIA DE REGENERACION, AUMENTE TIEMPO DE RETROLAVADO
7.c. TIMER NO FUNCIONA. 7.c. CAMBIAR TIMER
7.d. MATERIAL EXTRAÑO EN VALVULA DE CONTROL DE SAL. DE SAL y LA MISMA.
7.d. REEMPLAZAR ASIENTO DE VALVULA
7.e. MATERIAL EXTRAÑO EN LA 7.e. LIMPIAR LINEA DE CONTROL DE
LINEA DE CONTROL DE SAL. FLUJO DE SAL.
8,a, LA LINEA DE CONTROL DEL 8.a. LIMPIAR LINEA DE CONTROL DE DRENAJE ESTA TAPADA.
8.b. EL INYECTOR ESTA 8.b. LIMPIAR EL INYECTOR. TAPADO.
8.c. LA REJILLA DEL INYECTOR 8.c. LA REJILLA. ESTA TAPADA.
FLUJO DE DRENAJE.
8.d. LA PRESION ES BAJA. 8.d. AUMENTAR PRESJON DE LA LINEA A 20 PSI.
8.e. PERDIDA EN EL CONTROL y MONTAJE DEL PISTON, 8.e. CAMBIAR SELLOS, ESPACEADORES
INTERNO.
9.a. INTERRUPTOR ROTO O EN 9.a. DETERMINAR SI EL INTERRUPTOR O rnwrn EL TIMER ESTAN DEFECTUOSOS Y VV,\ I V.
REEMPLAZARLOS O CAMBIAR LA VALVULA COMPLETA.
10.a. REVISAR EL PROGRAMA DEL TIMER
QUE LA VALVULA ESTE ENSAMBLADA CORRECTAMENTE.
PROGRAMADA CORRECTAMENTE.
LA No ESTA Y LA POSICION DEL CONTROL. REVISAR
10.b. MATERIAL EXTRAF;JO EN 10.b. QUITE LA VALVULA E INSPECCIONE EL CONTROL. ORIFICIOS DE ENSAMBLE, QUITE LOS
MATERIALES EXTRAÑOS Y VERIFIQUE EL CONTROL EN VARIAS POSICIONES DE REGENERACION.
1O.c. FUGA EN EL CONTROL PISTON. 1O.c. CAMBIE SELLOS Y MONTAJE DEL INTERNO.
CAPITULO 6
FILTRO DE CARBON ACTIVADO
INTRODUCCION:
En la fig. 3.1 se muestra el sistema de circulación del agua, el cual muestra
que hasta ahora nuestro suministro de agua a pasado por los filtros de arena,
el cual a eliminado los contaminantes, como son partículas suspendidas en el
agua y también a circulado por los filtro suavizadores el cual ha eliminado los
iones de calcio y de magnesio (factores de dureza) el cual son perjudiciales
para la salud del paciente, inmediatamente después pasara a circular por los
filtros de carbón activado, del cual hablaremos enseguida.
El mecanismo de funcionamiento del filtro de carbón activado es mediante
la absorción.
La absorción define la propiedad de ciertos materiales de fijar en su
superficie mol6culas orgánicas extraídas de la fase liquida o gaseosa en la
que se encuentran sumergidas. Se trata, por lo tanto, de una transferencia de
masa de la fase liquida o gaseosa hacia la superficie sólida en la que el
compuesto orgánica tiende a unirse con una energía de ligazón.
Como todos los problema de transferencia de masa, la capacidad de
absorción de un absorbente frente a un cuerpo determinado depende de:
Superficie desarrollada del material: los absorbentes naturales (arcillas,
zeolitas ...) tienen pequeñas superficies, 50 a 20 m2/g por lo que su
capacidad es pequeña. Los absorbentes industriales tienen una superficie
mfnima de 300 m2/g, y los carbones activos de buena calidad llegan hasta
1000 a 1500 rn2/g.
De la concentración de la sustancia orgánica en solución: en el limite se
establece un equilibrio entre ta concentración de la solución y la masa de
contaminante absorbida por la unidad de superficie (o de masa) del
absorbente.
De las características hidrodinámica del intercambio, de la velocidad
relativa de las dos fases y, en especial, del tiempo de contacto de las fases
sólida y liquida.
De la energía de ligazón, es decir de la afinidad de la superficie por la
sustancia orgánica considerada, y por lo tanto de la naturaleza de los
productos que han de absorberse; con frecuencia, esta afinidad es a su
vez, función del pH; en la mayoría de los casos, un pH ácido facilita la
absorción sobre un carbón activo.
Los mecanismos de ligazón son muy complejos y todavía no se han
determinado con precisión, puesto que las fuerzas que intervienen se
derivan de fen6menos puramentes físicos (atracción tipo VAN DER
WAALS) a los que se unen ligazones propiamente químicas.
6.1 CARBONES ACTNOS
Tal como se indico en los párrafos anteriores la superficie especifica es una
de las características determinantes de la calidad del absorbente. Ahora
bien, se sabe que mediante el empleo de técnicas apropiadas y por un costo
razonable pueden conferirse a diversos substratos Carbonados con superficies
especificas muy elevadas (700 a 1500 mzg) lo que explica que los carbones
activos sigan siendo los absorbentes que mas se utilizan en tratamientos de
agua.
Para la preparación de los carbones activos de uso frecuente, se emplea
principalmente antracita, carbones grasos o bituminosos, coque de petróleo,
turba, madera y coco.
El uso continua demuestra que los carbones activos son absorbentes de
amplio espectro; la mayoría de las moléculas orgánicas se fijan en su
superficie, siendo las que peor se fijan las mol6culas más cortas
(especialmente las que contienen menos de tres átomos de carbono:
alcoholes simples, primeros ácidos orgánicos) y las menos polares. Por el
contrario se fijan bien las moléculas mas pesadas, los compuesto aromhticas,
los hidrocarburos sustituidos ...
Una propiedad muy utilizada de los carbones activos es su acción catalítica
y, mas concretamente, la que se ejercen sobre la reacción de oxidación del
agua con cloro libre:
Se realiza así la eliminaci6n del cloro de una agua que haya sufrido un
tratamiento de cloracion en exceso. Esta acción eliminadora de cloro se
caracteriza por la longitud de semi-decloracion: es la altura del lecho filtrante
que, a una velocidad dada provoca una reducción a la mitad de los dosis en el
cloro.
Se produce una acción catalítica del mismo tipo frente a las cloraminas que
se descomponen en nitrógeno y ácido clorhídrico. Sin embargo su cinética es
más lenta que en el caso dei cloro libre (longitud de semi-declaracion mucho
mas elevada); por lo tanto si se desea obtener resultados comparables, es
preciso disminuir notablemente las cargas volúmicas.
El poder de eliminación del cloro de un carbón se ve afectado por todo lo
que se opone al contacto entre el carbón activo y el agua a tratar, sedimentos
de carbonato calcio, saturación de la superficie por absorción de
contaminantes diversos, etc ...
6.2 FILTRO DE CARBON ACTIVADO
Un filtro de carbón es un pretratamiento comúnmente usado para remover
cloro, materiales organicos indeseables, color, olor y sabor agua. Un filtro de
carbón esta construido generalmente de fibra de vidrio o de un recipiente de
acero como se muestra en la fig. 6.1. Como se dijo anteriormente el filtro de
carbón esta hecho de antracita, carbones grasos o bituminosos, coque de
petróleo, turba, madera y coco.
AGUA
TUBO DE SALIDA- 1
B
1
1 DISTRIBUIDOR DE AGUA
Fig. 6.1 Diseño típico de un filtro de Carbón Activado.
Estos materiales se activan para experimentar un proceso de destilación
destructiva mediante un aumento de temperatura, este aumento de
temperatura puede llegar desde los 800 a 900 grados Celsius. Esto permite la
total quemadura de todos los materiales no carbonicos que se expongan a la
superficie del filtro de carbón. La superficie del área (porosidad) es un factor
critico en el proceso de absorción, la porosidad es una característica
partículas del carbón activo, el cual tiene una excelente capacidad para
remover contaminantes del agua. El mecanismo para remover contaminantes
es un proceso químico y físico. El proceso físico esta asociado con las fuerza
de unión de Van der Waals, el proceso físico bajo ciertas condiciones puede
ser un proceso reversible. La absorción química es una reacción no reversible
y que se produce en medio del carbón y de los materiales de absorción. La
naturaleza de los materiales del carbón, la polaridad de los contaminantes, y
las condiciones ambientales del agua influyen en el funcionamiento de
absorción del filtro de carbón activado.
6.2.1. FILTRO DE CARBON ACTIVO EN DIALISIS
En dialisys, es generalmente entendible que los contaminantes orgánicos
son dañinos para pacientes con diálisis crónica. En dialisys, el filtro de
carbón activado es primeramente usado para remover cloro y la cloraminas
ademas para remover percusores orghnicos el cual pueden ser la causa de la
formación de Trimethyl Nitrosamina.
La exposición a el cloro y a las cloraminas están bien documentadas y
pueden alterar la vida de los pacientes tratados. La presencia de cloro y
cloraminas en diálisis pueden causar en los pacientes ta formación de
Methaemoglobina, bajo estas condiciones lo hemoglobina se inhibe. La
hemoglobina esta químicamente ligados a los glóbulos rojos de la sangre que
se encargan de transportar el 98% de oxigeno que nuestro cuerpo necesita.
La metahemoglobina cuando se llega a presentar en forma leve provoca una
disminución de hematocritos provocando que los pacientes sientan síntomas o
sensación de estar enfermos. Una extrema exposición al cloro o a las
cloraminas puede ser la causa de una rápida y aguda hemolysis, inicialmente
el paciente presenta síntomas de dolor de cabeza, malestar, respiraciones
cortas, vomito, disminución de la presión sanguínea, palpitaciones del corazón
y posiblemente sobreviene la muerte. Los síntomas clínicos de una aguda o
crónica exposición a la trimethyl nitrosamina no están completamente
documentadas, pero se debe tener una protección para evitar que se llegue a
formar ya que este es un agente cancerígeno.
Para evitar lo antes mencionado se debe utilizar un fittro de carbón activado
acompañado de un sistema de deionizacion, este pequeño sistema se
muestra en le fig. 6.2.
MICROPOROSO
- Fig. 6.2 Dos configuraciones típicas de un filtro de Carbón Activado. La primera configuracion se muestra con dos tanques desionizadores y la segunda se muestra con un filtro de algodón de 5 micras.
6.3 FALLOS EN UN FILTRO DE CARBON ACTIVO
Como el filtro de carbón tiene un contacto directo con la fuente de
alimentación de agua, los sitios activos de la superficie de carbón remueven
contaminantes orgánicos constantemente. Eventualmente, como el agua
tiene flujo directo con el carbón se llega el momento en que todos los sitios
activos se encuentran ocupados. En este punto se dice que el carbón esta
agotado y se debe reemplazar el filtro de carbón activado. dependiendo de la
cantidad de carbón del tanque, el reemplazamiento puede ocurrir cada mes,
cada seis meses o una vez cada año, una rutina de funcionamiento se deberá
emplear para asegurar que nuestro filtro de carbón activado tenga todavía
sitios activos desocupados. El sistema hidráulica del filtro de carbón activado
puede experimentar frecuentemente una disminución de presión y un bajo flujo
debido a la suciedad que pueda llegar a tener la superficie del carbón. Por lo tanto nuestro filtro de carbón activado deberá tener una rutina de autolavado
para eliminar esta suciedad. El sistema de autolavado no deberá afectar la
capacidad de filtro de carbón para remover contaminantes del agua y
solamente servirá para eliminar problemas hidráulicas asociados con la
acumulación normal de tierra y solidos suspendidos en la superficie de
carbón.
El sistema de autolavado no indica que nuestro filtro de carbón activado se
regenere, este autolavado es única y solamente para resolver problemas que
pudieran presentar en nuestro filtro de tipo hidráulica.
6.3.1. MONITOREO DE UN FILTRO DE CARBON ACTIVADO
Generalmente se asume que la actividad del filtro de carbón activado es
remover contaminantes orgánicos de nuestro sistema de agua. Normalmente
el carbón es reemplazado debido al paso directo del cloro o de cloraminas. La
absorción continua de materiales orgánicos pueden crear un excelente
ambiente enriquecido para el crecimiento de bacterias y servir como incubador
de estas mismas, por esta razón el filtro de carbón deberá ser reemplazado
periódicamente (mínimo una vez cada año) y una rutina de limpieza se deberá
seguir.
El paso directo del cloro y las cloraminas son bastante fácil de monitorizar
ya que existe en el mercado una gran variedad de cintas colorimetricas que
pueden servir para detectarlas. La AAMI recomienda que este examen se
haga cada vez que se empieza una sección de diálisis, esto asegura que el
agua utilizada por los pacientes este libre de cloro y de cloraminas.
A continuación se mencionan cinco puntos que se podrán seguir en un
sistema de tratamiento:
Si el sistema de tratamiento de agua se rediseña o se modifica, se deberá
asegurar que exista un pre-tratamiento del agua y si ya existe se deberá
asegurar que todos los componentes sean compatibles con el nuevo
sistema.
El carbón deberá ser reemplazado periódicamente (por io menos una vez
al año). Este contara con un sistema de autolavado, este autolavado no
indica que el filtro de carbón se regenere.
Se tendrá que hacer un examen antes y durante cada sección de dialisys, y
se verificara si es posible los niveles de cloro y cloraminas, estas no
deberán pasar los limites establecidos por la AAMl que es de 0.5 y 0.1 ppm
respectivamente.
Se sugiere que el sistema de carbón sea diseñado con dos tanque en serie
como se muestra en el fig. 6.2 para asegurar así que el prodúcto del agua
este libre de cloro y de cloraminas.
Finalmente un procedimiento de limpieza se deberá emplear antes de que
un nuevo tanque entre en servicio.
CAPITULO 7
DElONlZAClON
INTRODUCCION:
La deionizacion, por definición es un proceso el cual remueve iones de una
solución. En la industria purificadora se utiliza con muchas tecnologías, pero
generalmente se refiere como un intercambiador de iones. Parecido a los
suavización, la deionizacion se refiere al reemplazamiento de iones
indeseables con iones deseables. En el proceso de suavización, los iones
duros (calcio y magnesio) son removidos y reemplazados con iones de sodio.
En aplicaciones de alta pureza del agua es necesario eliminar otros iones
indeseables el cual no pueden ser removidos por el filtro suavizador.
Para producir agua ultrapura existen en el mercados dos diferentes tipos de
resina para la deionizacion del agua. Una resina es la resina cationica que es
la que se utiliza para remover iones con cargas positivas (+), y una resina
anionica que es la que se encarga de remover los iones con cargas negativas
(-). Para producir agua ultrapura por deionizacion, se utiliza como
regeneradores químicos al ácido clorhídrico (HCI) y el hidróxido de sodio
(NaOH). La resina cationica son regeneradas con ácido clorhídricos así los sitios de intercambio son ocupados con iones de carga positiva (H). La
resina anionica es regenerada con hidróxido de sodio, los sitios de
intercambio son ocupados con iones de carga negativa (OH). Durante el
proceso de deionizacion, los iones con cargas positivas son removidos por la
resina cationica y cambiados por iones de hidrogeno, igualmente los iones con
cargas negativas son removidos en la resina anionica y cambiados por iones
de hidróxido, este proceso se muestra en la fig. 7.1.
t Na'CI'
RESfflA CATlONlCA
IONES DE SOU0 REMPLAZADO POR IONES DE HIDROGENO
r H20 + H'CI-
I
RESINA ANIONKA IONES DE CLORO
REMPLAZADO POR lONES DE HIDROX1DO
Ht OH
AGUA PURIFICADA
Fig. 7.1 Proceso de purificacitrn mediante el sistema de intercambio de iones (desionizacih)
El resultado de este proceso debe de ser de H y OH o H20 de agua
purificada.
Hay dos formas de deionizacion: separada y mixta. La diferencia entre
estos métodos es la forma de colocar la resina (cationica y anionica) ya que
pueden ser colocadas en tanque separadas y/o colocadas en un mismo
tanque, ambos sistemas se muestran en la figura 7.2.
OElONlZAClON SEPARADA DElONlZAClON MIXTA
Fig. 7.2 Diseño tipico de un tanque de intercambio de iones con resina separada y resina mixta.
Cuando se utiliza el sistema de deionizacion "separada" produce tipicamente
una calidad de agua menor de 1 megohm de conductividad, ademas de
producir agua con un pH entre 8.0 y 9.5 (fig. 7.3).
MODULO DE PRE-FILTRACION
CARBON CARBON RESINA RESINA CATODICA ANODICA
YtCROPORO O MOWLO DE
JLTRAFLTWIOH
Fig. 7.3 Configuracibn tipica de un sistema de deionización en el cual se muestra a dos tanques de resina separadas
El sistema de deionizacion "mixta" es mas eficiente que la deionizacion
separada. Tipicamente, la deionizacion mixta puede producir agua con una
calidad mayor, ya que produce un resultado de 18.3 mehohm de conductividad
ademas de tener un pH neutral, fig. 7.4.
La ionizacicin mixta y separada, pueden tener tres diferentes
configuraciones:
En la primera configuración, la resina puede estar disponible en cartuchos
desechable. Una desventaja de este tipo de cartuchos es su tamaño muy
limitado y una baja capacidad para realizar el intercambio de iones.
SISTEMA DEKXHZACNI# CON RECIRCULACIOH Y UN PREFILTRO Y UN MOMTOR DE REStSTlYlDAD
A
n I-- I
I I I -- I DI MIXTO
A R UN PUNTO DE USO W: MIOHIZACION
DEK)NKACIOEI MIXTA CON UNA ALARMA DE 1 YEGAHOldS
Fig. 7.4 Diseño de un sistema de deionizacibn mixto el cual tiene integrado una alarma de conductividad.
Una segunda configuracion es conocido como de "servicio de intercambio de
iones" (SDI). En esta configuracion los tanques de ionización por lo general
son rentados a una compañía de servicios de purificación. El servicio y el
intercambio de la resina son responsabilidad de la compañía arrendadora de
los deionizadores. La ventaja de tener este tipo de deionizacion son:
No se requiere un desembolso de capital por el hospital donde se realiza
la diálisis
El servicio lo realiza solamente la compañía que renta el equipo.
Con este tipo de sistema se puede incrementar o disminuir el flujo del agua
ya que esta sistema puede ser ajustado a los requerimientos necesarios.
La desventaja del sistema SDI:
0 El alto costo por galón ($0.05 a $0.20/galón US).
La calidad del agua varia con respecto a diferentes compafiías.
El hospital no podrá contar como propio este equipo.
Una tercera configuración, recibe el nombre de deionizacion automática, el
centro de diálisis que se interese por esta configuracion deberá contar con un
superficie de almacenamiento, ademas de que esta superficie deber6 contar
con una temperatura demasaido baja, ademas, de tener una bodega donde
guardar las sustancias químicas que son las que van a servir como
regeneradores de las resinas.
La ventaja de este tipo de configuracion es:
Bajo costo de operación.
Control total sobre la calidad final del producto (agua).
Ser propietario del equipo.
l a desventaja de este tipo de configuracion es:
Almacenamiento de quimicos peligrosos para la regeneración.
Personal dedicado al mantenimiento de este equipo.
Se requiere de una suma fuerte de capital.
La deionizacion es un proceso para remover iones disueltos en agua que se
usa para la hemodializacion. La deionizacion no es para remover bacteria,
pirogenos, coloides o partículas de materiales. Tipicamente la deionizacion
es usado para tener una agua purificada que iguale los requerimientos ionicos
de la AAMI, ademas la deionizacion sirve como una alternativa de compra
mas económica en la que se puede ser propietario del sistema o no.
Cuando el proceso de deionizacion es aplicado en diálisis se debe tener las
siguientes consideraciones:
Se debe contar con un pre-tratamiento con Filtros de carbón activado para
prevenir la formación de nitrosaminas en el sistema de deionizacion,
ademas para remover cloro y cloraminas.
0 Se debe colocar una alarma audible a un 1 megohm, esta alarma deberá
ser colocada en medio de los tanque del sistema de deionizacion.
El wendedor de este tipo de equipo deberá revisar su funcionamiento una
vez al año. La selección de la compañía deberá ser sobre el valor, no
sobre el precio; donde el valor=(beneficios/costos).
La deionizacion no sirve para remover bacteria, pirogenos o partículas,
sirve solamente para intercambio de iones no deseables (tabla 2.1).
7.2. POSIBLES FALLOS DE UN SISTEMA DE DElONlZAClON
Ambas resinas de deionizacion están definidas y limitadas por un numero de
intercambio (sitios activos) de iones, cuando se esta fuera de los limites de
intercambio se dice que las resinas están agotadas. La capacidad total de un
sistema de ionización esta determinada por el tipo y la calidad de la resina
usada. La capacidad de la resina esta expresada en granos por pies cúbicos.
Los granos pueden ser calculados por la división de la totalidad de los solidos
disueltos (TSD), expresados como CaC03, entre 17.1. Si suponemos que el
agua tiene un valor de TSD de 171 ppm y la dividimos por 17.1, entonces el
numero total de granos es de 10 granos/galón.
Si el sistema de resina es diseñado para tener una remoción, con una cantidad
de granos con capacidad de 10,000, entonces nuestro sistema producirá
1,000 galones de agua purificada antes de que los sitios de intercambio se
agoten, (1 0,000 granos +- 1 O granos/galón = 1,000 galones).
Otro posible fallo de las resinas puede ser la suciedad del agua, el cual
puede provocar un taponamiento en los sitios de intercambio (sitios activos)
de las resinas, ademas de generar un bajo flujo en la salida del producto
(agua). Mientras la capacidad es fácil de calcular, el calculo de la calidad es
un poco mas extensiva. La cantidad de salida del producto de un tanque de
deionizacion deben de venir en las especificaciones del fabricante, el cual
determina la cantidad agua producto según sea la calidad del agua
suministrada a las tanques deionizadores, esta especificaciones generalmente
los da el fabricante mediante una carta compromiso.
7.2.2. MONITOREO DE UN SISTEMA DE DElONlZAClON
El departamento de diálisis debe contar con una rutina de monitoreo para el
sistema de deionizacion. La disminución de la capacidad del sistema de
deionizacion puede ser causado por una regeneración impropia (mala) de las
resinas o por la presencia de suciedad en las resinas. La suciedad de las
resinas puede ser por contaminantes metálicos u orgánicos el cual se
depositan en los sitios activos de intercambio de la resina, provocando el
taponamiento de los sitios de intercambio y evitando así el intercambios de
iones. Ambos problemas se deben de dirigir y corregir por la compañía
vendedora del sistema de deionizacion. Un pequeño test sobre la capacidad
de flujo puede ser fácilmente implementada de la siguiente manera, se deberá
registrar el promedio de números de galones entregados diariamente por los
tanque de intercambio (desionizadores) una disminución de este flujo es una
señal de alerta sobre el posible agotamiento de la resina o bien una señal de
que la resina se encuentre sucia.
La tecnología de intercambio de iones es mas efectiva para la remoción de
contaminantes ionicos del agua. Por lo tanto es mas eficiente contar con un
monitoreo que mida la presencia o la ausencia de contaminantes ionicos. El
agua contiene sales (iones) el cual tienen una tendencia de conducir la
electricidad. El flujo de electricidad es a traves el agua el cual esta
acompañada directamente con iones disueltos. Una alta concentración de sal
hace mas conductiva al agua. La resistividad es una función inversa de la
conductividad, por lo tanto una alta conductividad es igual a una baja
resistividad. Como los iones son removidos del agua, las características de
la conductividad deben ser bajas, (pocos iones para generar flujo eléctrico).
Una ventaja que se puede tomar de este fenómeno eléctrico natural, es que
el agua deionizada tiene un valor medible que es la resistividad, y el valor de
la resistivdad son expresadas en unidades de resistividad conocida como
ohms-cm. Una alta purificación, tiene una alta resistividad. El agua ultrapura
debe tener una medición de 18.3 megohms-cm a una temperatura de 23
grados centigrados, el cual traducido a niveles de cantidades ionicas, esta
alrededor de 0.020 ppm. En aplicaciones de diálisis, es recomendable que el
sistema de deionizacion tenga un valor de resistividad tan grande como de I
megohom-cm. La AAMI tomo como mínimo valor de conductividad de 1
megahoms para todos los iones.
Otras precauciones que se deben tomar es en la compensación de la
temperatura, casi todos los deionizadores tiene un censor de indicación de
conductividad. Este tipo de censor puede a veces no reflejar la correcta
calidad del agua, porque no compensa el incremento o disminución del
temperatura ambiente del agua. El agua a temperatura altas, durante los
meses de primavera y verano incrementa la actividad ionica, dando un
incremento falso en la actividad conductiva. Cuando el agua a temperaturas
bajas durante los meses de otoño y de invierno, la actividad ionica disminuye.
Esta situación puede ser la cause de una medición falsa en la disminución de
la conductividad. El departamento de diálisis debe tener en cuenta este
problema, y un monitoreo de la temperatura deberá seguir, este monitoreo
siempre se realizara en medio de los tanques de deionizacion. Esto podrá
asegurar que la conductividad del agua tenga al menos una conductivdad de 1
megohon.
Trimestralmente se deberá hacer un análisis del funcionamiento, para
verificar el nivel de iones entregados por cada tanque.
Una rutina de inspección microbiologica deberá ser estudiada e
implementada, así como el tiempo en que ha permanecido los tanques ya que
un tiempo prolongado de estos tanque hacen que pudiera haber un incremento
en la contaminación microbiologica. El sistema de deionizacion proporciona
un excelente ambiente para la reproducción de bacterias y consecuentemente
disminuye el flujo debido a estos contaminantes. Siempre que sea posible, si
el centro de diálisis encuentra un incremento en la contaminación
microbiologica deberá cambiar el tanque ese mismo día si es posible. Los
tanques que están guardados en deposito, almacenes o que son transportados
por una periodo largo de tiempo tienen por ley altos niveles de bacteria por lo
tanto estos tanque deberán ser regenerados y depositados en lugares con
temperatura lo suficientemente bajas. Se debe tener en cuenta también que
los tanques de deionizacion se deben cambiar en función de una rutina de
tiempo y no de capacidad de flujo. Este procedimiento evita que se exponga
a pacientes a altos niveles de contaminación bacterial y posiblemente a
condiciones pirogenicas.
Las acciones correctivas que se proponen, es que no deben aplicarse sin
consultar previamente a un especialista, son los siguientes:
Preventivos, por cloración previa, continua o discontinua, del agua antes de
llegar a los tanques de ionizadores
Curativos, por desinfección de la capa de resina, bien sea con formol, o con
una solución, de un producto a base de compuestos de amonio cuaternario.
CAPITULO 8
OSMOSIS INVERSA
INTRODUCCION:
Los procesos de separación de materias disueltas por medio de
membranas, bajo el efecto de una presión, se conoce desde hace unos cien
años. Sin embargo, hasta los años de 1960, con et desarrollo de las
membranas sintéticas, no se ha producido una aplicación industrial concreta
de estas técnicas.
Estos procesos, en los que se utilizan las propiedades de
semipermeabilidad de ciertas membranas (permeabte al agua y a ciertos
solutos, pero impermeable a otros, así como a toda partícula) constituyen la
continuación de los procesos clásicos de filtración, yendo hacia separaciones
I cada vez mas afinadas. Por ello después de la filtración simple en la que
quedan retenidas las partículas de diámetro superior a varias micras (caso de
la filtración de arena, por ejemplo) se encuentran sucesivamente:
1 :- La microfiltración: que retiene partículas de diámetro superior a varias
micras.
2.- La ultrafiltración que retiene moléculas cuya masa molar es superior a
10000 - I00000 g/mol, según las membranas.
3.- La osmosis inversa, también denominada hiperfiltración, que permite la
retención de iones y moléculas de masa molar superior a algunas decenas de
gramos mol.
Existen dos diferencias fundamentales entre los procesos de filtración y de
microfiltración por una parte, y las de osmosis inversa y ultrafiltración por otra:
a) La microfiltración no altera ninguna de las propiedades químicas de la
solución, mientras que, en los otros dos procedimientos, la separación de
especie disueltas modifica el potencial químico y crea un gradiente que tiende
hacer que las especies separadas se difundan nuevamente. Para llegar a un
estado de equilibrio , es preciso bloquear esta retrodifusion, y para ello
ejercer una presión sobre el fluido <<filtrado>>. En el equilibrio, a la
diferencia de presidn así creada se le denomina presi6n osm6tica del
sistema.
b) En la filtración o en la microfiltración de partículas insolubles, todo el
caudal a tratar a traviesa el aparato de filtración. Las partículas en suspensión
se acumulan sobre el material filtrante y, al cabo de un cierto tiempo de
funcionamiento , debe procederse a una limpieza mecánica del material
filtrante o a una sustitución de la membrana destruida.
En osmosis inversa o en la ultrafiltración, las membranas no sólo detiene las
partículas insolubles, sino también moléculas o iones disueltos. La
acumulación de estos últimos en la proximidad de la membrana da lugar a
fenómenos de polarización y su concentración produce un aumento de la
presión osmótica de la solución a tratar seguido a veces por fenómenos de
precipitación. Para evitar estos inconvenientes en lo posible, es necesario
que:
- solo una fracción del caudal a tratar a traviese la membrana, lo que lleva a
la evacuación en continuo de un vertido que contiene los iones y moléculas
retenidas por la membrana;
- utilizar presiones superiores a las que en teoría serian suficientes y
prácticamente:
2 a 6 bar para la ultrafiltración
20 a 80 bar para la ósmosis inversa.
8.1. OSMOSIS INVERSA
La ósmosis inversa tiene su origen en la comprobación de la reversibilidad
del fenómeno de osmosis directa o natural.
La fig. 8.1 representa una solución acuosa de sales minerales
(compartimiento A) y agua pura (compartimeinto b). La ósmosis natural o
directa se traduce por una transferencia de agua pura del compartimiento B
hacia el compartimiento A.
I membrana solución acuosa I de sales minerales I
I I I m
Fig. 8.1 Osmosis Directa
El nivel asciende en el compartimiento A hasta que la presión engendrada por
la columna del liquido anula el flujo de agua pura: se alcanza el equilibrio
osmótko y, como se ha indicado en la introduccion el valor de esta presión
hidrostática se le denomina presión osmótica de la solución A como se
muestra en la fig. 8.2
I I
Presi6n Osmotica I de la s u l n n A
. r
I
I C ? P : L I
Fig. 8.2 Equilibrio Osmatico del Sistema
Si se aplica ahora por encima de la solución salina, una presión hidrostática
superior a su presión osmótica (fig. 8.3), se observa un flujo de agua pura en
sentido inverso al anterior, quedando las sales retenidas por la membrana..
Este fenómeno recibe el nombre de osmosis inversa.
Fig. 8.3 Osmosis Inversa
Para la osmosis inversa, se utilizan una membranas llamadas semi-
permeables, que dejan pasar el agua en tanto que retienen del 90 al 99% de
todos los elementos minerales disueltos, del 95 al 99% de la mayoría de los
elementos orgánicos, y el 100% de la materias coloidales mas finas
(bacterias, virus, sílice coloidal ...).
Se dice que la eficacia de las membranas frente a las sales varia del 90 al
99Y0 o que su paso del sal esta comprendido entre el 10 y el 1 %.
Las membranas se reúnen en unos elementos denominados módulos y el
esquema de aplicación más sencillo consiste en poner en serie una bomba de
alta presión y un modulo: el agua pura atraviesa la membrana bajo el efecto
de la presión, en tanto que un efluente concentrado (rechazo) se evacua en
continuo por medio de la válvula de expansión (fig. 8.4).
4
'"?if I 1 .- Agua Bruta 2.- Agua Depurada 3.- Vertido Concentrado 4.- Bomba de Alta Presidn 5.- Modulo de Osmosis Inversa 6.- membrana Semi-permeable 7.- Valvula de Expansifin
5
6 e 3
-"- + 2
Fig. 8.4 Esquema simplificado del funcionamiento de una unidad de Osmosis Inversa
La relación entre el caudal de agua depurada y el caudal de alimentación se
denomina "porcentaje de rechazamiento".
Por ultimo, el caudal de una membrana de ósmosis inversa es directamente
proporcional a la presión eficaz (diferencia entre presión aplicada y presión
osmótica). Por lo tanto para conseguir un flujo de agua depurada, conviene
disponer de una presión muy superior a la presión osmótica del rechazo
(Tabla 8.1).
En la practica las presiones utilizadas varían entre 25 y 80 bar.
NATURALEZA DE LA SAL PRESION OSMOTICA CONCENTRACION mg.A BAR
NaCl
MgS04 0.42 1 O00 Na2S04 0.79 1 O00 NaCl 27.86 35 O00
0.67 1 O00 MgCl 0.89 1000 NaHC03 0.58 1 O00 CaC12 0.25 1000
TABLA 8.1 Presión Osmotica de diferentes sales en solucion
8.2 MEMBRANA DE OSMOSIS INVERSA
En la actualidad se comercializan dos tipos de membrana:
Membrana de acetato de celulosa (mezcla mono, di, triacetato).
Membrana de poliamidas aromáticas.
Las membranas de acetato de celulosa se adaptan a una fuente caudal por
unidad de superficie y se utilizan en forma tubular, en forma plana arrollada en
espiral y mas recientemente en forma de fibras huecas.
Por el contrario, las membranas de poliamidas tienen menor caudal
especifico. Estas se fabrican en forma de fibras huecas para obtener un
máximo de superficie por unidad de volumen, aproximadamente 15 veces más
que las membranas arrolladas es espiral. (fig. 8.5)
7 /
a /
6 - Material de proteccidn. 10 - Membrana. 1 - Agua bruta. 7 - Junta de estanquidad entre mddulo y 11 - Colector de permeado. 2 - Rechazo. envolvente. 12 - Membrana. 3 - Salida de permeado. 8 - Perforaciones de recogida de permea- 13 - Espaciador. 4 - Sentido de flujo del agua bruta. do. 14 - Línea de soldadura de las dos mem- 5 - Sentido de flujo del permeado. 9 - Espaciador. branas.
Fig. 8.5 Componentes de la membrana de osmosis invesa
Conviene resaltar la excelente resistencia a los agentes químicos y
bioldgicos de las membranas de poliamidas, que les confiere una duracion
mucho mayor que las membranas de acetato, cuya hidrólisis no puede
evitarse (sin embargo, puede reducirse al mínimo esta hidrólisis respetando
unas condiciones de explotación muy rigurosa por lo que se refiere al pH y ala
temperatura.).
En la Tabla 8.2 se resumen las diferentes características de dos tipos de
membranas de diacetato de celulosa y de poliamida.
MEMBRANA
2.- Configuración
Poliamida Aromática 1 .- Naturaleza TRATAMIENTO DE AGUA D
agua producida 3.5 bar Contra presión máxima del 28 bar Presión normal de función.
3 Resistencia física:
Fibras Huecas
buena resistencia Otros agentes oxidantes pH> 8 : 0.25 mg/l admisible en continuo pH< 8 : 0.1 mgA Cloro libre dosis máxima insensible Ataque bacteriano insensible Hidrólisis 4 a 11 pH tolerado
4.- Resistencia Química
de almacenamiento 40° C Temperatura Max.
de funcionamiento 350 c Temperatura Máxima
5.- Duración
5 a 10 años 6.- Paso de sal (NaCI) 3 a 5 aAos
TABLA 8.2
SALINIDAD < 15 g/l
Acetato de celulosa
Espiral o Fibras huecas
30 a 42 bar
30° C
30° C
4.5 a 6.5 muy sensible muy sensible 0.5 - 1 mgA 0.5 - mgA resistencia mediana
2 a 3 años 5 a 1 0 %
Membrna de Acetatos de Espirales y membranas de Poliamida de Fibras Huecas
8.2.1. MEMBRANA DE OSMOSIS INVERSA EN DIALISIS
En la tabla 8.3 se muestran las principales tecnologías para un sistema de
filtrado, así como también se muestran los contaminantes removidos. En la
tabla 8.3 se muestra a la osmosis inversa como una tecnología universal para
el tratamiento de agua. La osmosis inversa rechaza los cinco principales
contaminadores del agua.
Esto se debe a que la membrana de osmosis inversa pueden tener un poro
tan pequeiro del orden de 0.0001 micras, por lo tanta bacteria, pyrogenos, y
iones disolventes son removidos del agua.
Con una buena rutina de limpieza el sistema de osmosis inversa puede
producir agua libre de bacterias. Una agua libre de bacterias aplicada en
diálisis es muy recomendable ya que esto evita que las bacterias invadan el
cuerpo del paciente al momento de que se este hernodializando, aquí la
recomendacidn que da la AAMI es que el agua aplicada en diálisis tenga un
numero menor de 200 cfu/ml.
TECNOLOGIA
Filtro de arena
Carbón Activado
Ablandamiento
Deionizacion
CONTAMINANTE
Partículas
Orgánicos
lnorgánicos (cationes)
lnorgánicos (todos los iones)
lnorganicos (todos los iones) Orgánicos Bacterias Pyrogenos Partículas
Ultrafiltracion batcteria Pyrogenos Partículas Orgánicos
9
tabla 8.3 Principales técnicas utilizadas en la
filtración del agua así corno los principales contaminantes
8.3. POSIBLES FALLAS DE UN SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA
Hay dos problemas de servicio asociados a un sistema de osmosis inversa:
- Un alto rechazamiento de iones
- Una alta produccidn de agua que requiere un rango de flujo alto.
Estos problemas pueden ser debidos debido a un mal funcionamiento del
sistema de presi6n (bombas), o a un mal funcionarhiento de la membrana de
osmosis inversa. Una avería en el sistema de presión puede ser debido a problemas eléctricos, mecánicos o debido a una interrupción del flujo del
agua, o a descompostura mecánica de las bombas.
Las causas principales de descompostura de la membrana de osmosis
inversa puede ser debido a:
- Diseño inapropiado del sistema de pre-tratamiento de agua (filtro de arena,
tanque suavizadores, desionizadores . . . .)
- AI mal funcionamiento de uno de los equipos que conforman el pre-
tratamiento de agua.
- Introducción de agentes químicos, que pueden ser incompatibles con la
membrana de osmosis inversa.
- A la descompostura de los empaque que conforman la membrana.
8.3.1. MONITOREO DE UN SISTEMA DE O$MOSlS INVERSA
El buen funcionamiento de un sistema de osmosis inversa depende de que
tan bien este funcionando el sistema de pre-tratamiento del agua. Si el
sistema de pre-tratamiento es inadecuado un periodo corto de vida tendrh
nuestra membrana. En la tabla 8.4 se muestran los principales elementos que
deben considerarse como eliminados antes de que lleguen a la membrana de
osmosis inversa, este eliminación se puede hacer cuando existe un buen
diseno de pre-tratamiento de agua (filtro de arena doble, suavizadores
conectados en series . . .).
EFECTOS CAUSAS
Escamas Carbonato Sulfatos Silica
Sucia oxidos Metálicos Partículas Suspendidas Coloides Orgánicas
Niveles de pH Alto pH Bajo pH
Oxidación Química Cloro Peróxido Hidrogeno
TABLA 8.4 Se Muestran los principales efectos que tienen
en la membrana cuando se presentan estos contaminantes
Un inadecuado diseño de pre-tratamiento para remover los contaminantes
pueden provocar la formación de escamas en la membrana de osmosis
inversa el cual a lo paso del tiempo destruirán la membrana de osmosis
inversa. La escamacion ocurre cuando sobrepasan los limites de saturación
para una sal en particular, resultado la precipitación de la sal en el agua; esto
puede ocurrir debido a que membrana de osmosis inversa tiene la habilidad
para rechazar iones, esta concentración de iones son rechazados en el lado
de rechazo de la membrana, si estos iones tiene una altos niveles de
concentración entonces se precipita afuera y la escama aparece en el lado
donde se produce el rechazo, pero si aparece con concentraciones de iones
bajos esto no ocurrir&
J
El rechazo de la concentración de iones esta monitorizado por un sistema
de conversión por porcentaje.
Esto se refiere a la cantidad total de agua que pasa directamente atraves del
sistema de osmosis inversa y que logra salir como producto final.
Por ejemplo si a la unidad de osmosis inversa le entran I O galones por minuto
pero solamente 5 galones por minuto logran salir como producto final,
entonces la unida esta trabajando con conversión del 50%.
Un porcentaje bajo de conversión indica una concentración de iones bajas y
los problemas debido a escamas tienden a eliminarse.
En la tabla 8.5 se muestra los principales requerimientos para un pre-
tratamiento y los efectos que provocan en la unidad de osmosis inversa.
CONSTITUCION DEL AGUA pH del agua
Solidos Suspendidos Precipitación 3e sales
Metálicos
I
t POSIBLE PROBLEMA Hidrólisis
Membrana Sucia Membrana con escamas
Sucia
Oxidación membrana Química - cloro Oxidación de la
Orgánicos membrana sucia
Materiales Membrana sucia biql6Qicos
MEDICION
4nálisis del agua
Densidad de sedimentos 4nálisis físico químico del agua
1
SISTEMA LIMITE Celulosa 4 a 5 acetato 4 -1 1 F. Huecas O a 3 Espiral O a 5 Se requiere niveles lo mas mínimo posible
~ ~~~
Tira colorimetrica Celulosa Acetato 1.3 ppm max. Polyamidas menores 0.1 ppm
Análisis del agua No mas de 5% del total de solidc disueltos
TABLA 8.5
SOLUCION
filtros de arena
Escamas Carbonatadas: -Ablandamiento -Acidificación -Conversión
pequeña
Escamas sulfatadas: -ablandamiento
Hexameta -conversión pequeña
-FOSfatO
Escamas silica: -Resina anion -Aumentar la temperatura - Reducir la conversión
Suciedad de Hierro: - Ablandamiento - Filtro de arena - Bajar el pH de alimentación
-Carbón de absorción
-Inyección de tri- sulfato de sodio
- Inyección de bi- sulfato de sodio
-Carbón de absorción
Rutina de limpieza
Se Muestra los principales contaminantes así como los efectos en la membrana y su posible solución
Basicamente un monitoreo del equipo del sistema de pre-tratamiento, nos
podrá indicar que también va a funcionar el sistema de osmosis inversa. Un
porcentaje de rechazamiento es tipicamente usado como herramienta para
monitorear el buen funcionamiento de la membrana de osmosis inversa. El
porcentaje de rechazamiento mide también la cantidad total de solidos
disueltos de la alimentación del agua cuando sale del pre-tratamiento. Este
porcentaje da una idea general de la eficiencia de la membrana de osmosis
inversa para remover también iones. Es importante recordar que la membrana
de osmosis inversa rechaza solamente un porcentaje de iones del agua.
Porque la exclusi6n de rango de iones de la membrana esta en función de la
concentración de iones que tiene el agua antes entrar al sistema de osmosis
inversa, por eso es muy importante monitorear los cambios de alimentación de
agua, esto dará una idea del calidad final del producto.
El porcentaje de rechazamiento no debe considerarse como un incremento
de iones en la alimentación del agua, por lo tanto un9 rutina cuidadosa se
debe de implantar para determinar:
Cambios en las características del agua (alimentación)
La eficiencia del sistema de osmosis inversa para un elemento critico
especifico.
Se deben tomar medidas de seguridad para evitar que la agua de
alimentacion de municipio tanga niveles altos de contaminantes.
El rango de rechazamiento de un sistema de osmosis inversa generalmente
puede ser variado, por lo anterior dicho es importante llevar un estricto control
sobre los niveles de rechazamiento que se seleccionan, ya que si los niveles
de rechazamiento son mínimos se corre el riesgo de no cumplir con las
requisitos que dictan la AAMI, como puede ser por ejemplo el aluminio.
CAPITULO 9
LUZ ULTRAVIOLETA
INTRODUCCION:
En los capítulos anteriores se describieron las diferentes t6cnicas para
una limpieza de agua.
En teoría fueron removidos todos los contaminantes químicos que
pudiera haber traído la agua que se distribuye en la ciudad.
Muchas de las veces en los hospitales es necesario tener un tanque de
almacenamiento este tanque de almacenamiento (capitulo 3) puede ser
un ambiente propicio para la incubación de microorganismos lo cual se
transforma en problemas para los pacientes.
No es recomendable tener un tanque de almacenamiento pero si esto
no es posible se deberán tener las siguientes recomendaciones:
Recirculacion rápida
No se debe dejar agua almacenada de un día para otro
Tanque de PVC
Ademas de lo antes descrito se debera colocar una lampara de luz
ultravioleta que es lo que se tratara en este capitulo.
9.1. LAMPARA DE LUZ ULTRAVIOLETA
Los equipos de luz ultravioleta han sido fabricados para uso en agua
potable, la generación de rayos ultravioleta dentro del rango de 1760
nanometros tiene poder germicida (destrucción de gérmenes).
Las unidades de germicida instaladas en hemodialisis deberán generar
una dosis inicial de 40,000 microwatts/segundo/cm2, después de 7000
horas de usos normal bajara a 18000 microwatts/segundo/cmZ, suficiente
para destruir la mayor cantidad de microorganismos patógenos.
9.2. DESINFECCION DE MICROORGANISMOS
A continuación se mencionaran algunos microorganismos y su
capacidad de absorción de rayos ultravioleta para destruir su DNA.
E Coli, requiere una dosis de 7000 mcirowatts/segundo/cm2,
corresponde a un valor de 1 y todos los demás organismos son
comparados con este. Por ejemplo, salmonela requiere una dosis de
I000 microwatts/segundo/cm2 y por lo tanto, tiene una resistencia .
relativa de 1.5 en comparación con E. Coli.
A continuación se mencionan algunos ejemplos de microorganismos y
su resistencia relativa a la desinfección por luz ultravioleta,
BACTERIAS Pseudomonas Aeruginosa
Micrococcus Candidus Micrococcus Sphaeroides Bacilus Anthracis (Esporas)
Dysentery Bacilly
VIRUS Tabaco Mosai Polivirus Tipo 1 Adenovirus Tipo 3
Influenza Bacteriophage (E. Coli)
LEVADURAS Levadura de Pan Torta de Levadura wmun Levadura de Cerveza Saccharomyces ELLIPSOIDEUS
HONGOS Aspergillus Falvus
Aspergillus Glaucus Pseudomonas Fluorescense Sarcina Lutea
PROTOZOARIOS Chilorella Vulgaris (Algas) Alga Azul-Verde Paramecium Huevos e Nematode
RESISTENCIA RELATIVA 1.6 0.6 2.3 6.6 0.6
RESISTENCIA RELATIVA 67.0 I .o 0.7 1 .o 0.7
RESISTENCIA RELATIVA 1.3 2.0 1 .o 2.0
RESISTENCIA RELATIVA 15.0
13.0 1.5 4.0
RESISTENCIA RELATIVA 3.3 60.0 30. O 14.0
TABLA 9.1 PRINCIPALES MICROORGANISMOS QUE
SON DESCONTAMINADOS CON LUZ ULTRAVIOLETA
9.2.1. FUNCIONAMIENTO
La luz ultravioleta es generada por un foco que se encuentra dentro de
un envolvente de acero inoxidable, la radiación de luz ultravioleta
atraviesa el tubo de cuarzo y contacta con los microorganismos que se
encuentran en el agua, estos absorben la radiación que penetra la
membrana o endoplasma llegando al núcleo o DNA. de los mismos,
golpeándolos hasta destruirlos.
La radiación que se genera en la lampara no tiene efectos posteriores,
por lo tanto no es nociva para la salud de los pacientes.
9.3. MONITOREO DE LA U. V.
Después de que el agua sale del tanque almacenamiento se podría dar
el caso de que las bacterias pudieran tener escudos de protección, esto
se da cuando hay partículas suspendidas en el agua, por lo tanto por
seguridad se deberá instalar entre la luz ultravioleta y el tanque de
almacenamiento un filtro de 5 micras para retener las partículas en
suspensión, adicionalmente este filtro retiene las posibles amibas que
pudieran estar presente en el agua, este filtro es desechable por lo que
se recomienda cambiarlo por lo menos una vez al mes o antes si es
pos¡ ble.
9.3.1. DURACION DEL FOCO DE LUZ U. V.
La duración del foco en operación optima, es de 6000 a 7000 horas
aproximadamente (salvo deterioro por inadecuado fluido el&ctrico),una
vez que se ha cumplido este lapso, se deberá cambiar dicho elemento
(es conveniente cambiarlo cada 6 meses).
El tratar agua con luz ultravioleta, no altera las características básicas
del agua.
Cada seis meses se debe limpiar el tubo de cuarzo con amoníaco
liquido y reemplazar el foco de luz ultravioleta (aunque encienda, para
eficientar la desinfección del agua), esta limpieza del tubo de cuarzo se
deberá hacer de la manera mas cuidadosa posible ya que es muy frágil.
Agua de la Osmosis InvGrsa
Fig. 9.1 Esquema de conexiisn de una Lampara de Luz Ultravioleta en caso de que se use un tanque de almacenamiento de agua.
CONCLUSIONES
AI momento de planificar el diseño de un sistema de tratamiento de agua se deberá tener en cuenta todas las consideraciones posibles que pudieran afectar al sistema de tratamiento, como son una posible falla en el suministro del liquido por parte del municipio hasta la adquisición de tecnología para el tratamiento de agua.
AI momento de planificar un sistema de tratamiento de agua se debe seguir un proceso de estudio químico y biológico del agua de suministro por parte del municipio, ya que de este estudio se propondrá un sistema de tratamiento de agua de acuerdo a los contaminantes presentes en el agua.
Cabe hacer mención que no hay una configuracion universal de tratamiento de agua para hemodialisis, el que se propone en esta tesis es una sugerencia para un tratamiento completo del agua, por lo general muchos hospitales de la ciudad de México omiten un componente del equipo, como pueden ser los intercambiadores de iones (desionizadores), esto muchas veces no causan problemas a los pacientes pero si es conveniente utilizarlos la única desventaja es su gran costo económico para la producción de agua.
Una vez adquirido el equipo de tratamiento de agua el departamento de hernodialisis deberá seguir un proceso de monitoreo de cada parte que se compone el sistema de tratamiento, así como un estudio bacteriológico realizado una vez por semana así como un estudio químico realizado por lo menos un vez al año, una rutina de limpieza deberá ser implantado para cada componente del equipo, esto para evitar que los equipos sean portadores de bacteria.
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[3] Uremia Merril, J.P., Hampers, C.L. New York 1898
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[5] Manual Tecnico del Agua Degramunt 1985
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Micrometers
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