Les procédés membranaires dans l’industrie pharmaceutique et la chimie fineE.N.S.I.G.C. - Toulouse - 18 et 19 janvier 1999

OSMOSE INVERSE et TRAITEMENT DE L’EAU pour L’HEMODIALYSE

REVERSE OSMOSIS and WATER TREATMENT for HEMODIALYSIS

Alain BIRBES - AAIR Dialyse - Hôpital Purpan 31059 TOULOUSE

e-mail : birbes.alain@gmail.com.fr

L’insuffisance rénale peut être traitée :

- par hémodialyse - dialyse péritonéale.

90 % des patients sont traités par hémodialyse.

La dialyse agit comme un rein artificiel

Au cours de l’hémodialyse, le sang circule hors du corps et est épuré avant d’être restitué au patient

Renal failure can be treated by :

- hemodialysis - peritoneal dialysis.

90 percent of dialysis patients receive hemodialysisDialysis acts as an artificial kidney.

During hemodialysis, the blood is circulated outside the body and cleaned inside a machine before returning to the patient.

HISTORIQUE

- 1913 : premier hémodialyseur (rein artificiel)

- 1943 : première hémodialyse (tube de Cellophane rempli du sang du patient et immergé dans un bain de dialyse)

- 1948 : hémodialyseur à plaque

- 1965 : hémodialyseur à fibre creuse

- 1913 : first dialyzer, or artificial kidney

- 1943 : first hemodialysis (spiral-shaped cellophane tubing which contained a patient's blood, immersed in a dialysate bath)

- 1948 : parallel plate dialyzer

- 1965 : first hollow fiber kidney

Principe de l’hémodialyse - Principles of hemodialysis :

Le principe de base de l’hémodialyse est la mise en contact du sang avec le dialysat à travers une membrane semi-perméable. La membrane comporte des pores qui laissent passer l’eau et les petites molécules.

The basic process of dialysis exposition of the blood to the dialysate through a semipermeable membrane. This membrane contains pores that let small molecules, including water, pass through it, but will not let larger particles through.

Principe de l’hémodialyse - Principles of hemodialysis :

Seules les petites molécules, urée, créatinine, glucose ... traversent la membrane. Les globules rouges, et autres éléments constitutifs du sang sont retenus. Le gradient de

concentration des différents solutés détermine le débit de leur transfert.

Small molecules, such as urea, creatinine, and glucose cross the membrane readily, but red cells, white cells, platelets, and most plasma proteins are held back. The concentration gradient of the solutes is one factor that determines the rate at which this will happen.

Principe de l’hémodialyse - Principles of hemodialysis :

Le transfert est également assuré par l’ultrafiltration. La différence de pression a travers la membrane entraîne le passage d’eau et de solutés du sang vers le dialysat, alors que les grosses molécules sont retenues par la membrane.

Ultrafiltration is the other cause of the movement of solutes across the membrane. Hydrostatic pressure, the force of the dialysate passing through the dialyzer, causes water to be drawn out of the blood, and solutes to be whisked away along with the dialysate, while the membrane keeps the larger molecules back.

Principe de l’hémodialyse - Principles of hemodialysis :

Le débit d’eau retirée du sang est lié à la différence de pression entre les compartiments sang et dialysat. La pression du compartiment sang la pression du compartiment moinscelle du dialysat est appelée pression transmembranaire (PTM). Le coefficient d’ultrafiltration ou de perméabilité est une constante de la membrane. Il affecte le débit du transfert par ultrafiltration.

The rate at which the water will be taken out of the blood is affected by the difference in hydrostatic pressure between the blood and the dialysate. The pressure in the blood compartment minus the

pressure in the dialysate compartment is called the transmembrane pressure (TMP). The ultrafiltration coefficient (KUf), the degree of permeability of the membranes to water based on their thickness and

pore size, also affects the solute transport rate.

EAU et HEMODIALYSE

Au cours d’une séance de traitement, un patient est exposé à 120 à 150 litres d’eau.

Des contaminants de l’eau, aluminium, cuivre, chloramines... peuvent être nuisibles au patient.

L’eau destinée à la dialyse doit donc être épurée.

L’osmose inverse, l’échange d’ions, le charbon activé ou leur combinaison seront utilisés pour l’épuration de l’eau.

During each dialysis treatment, a patient is exposed to about 120 to 150 liters of water.

Contaminants such as aluminum, copper, or chloramine can be harmful to patients.

Therefore, the water used by dialysis centers must be purified.

Reverse osmosis, ion exchange resins, activated charcoal, or a combination of these are used for purification of water.

L’eau de dialyse n’est pas nécessairement stérile.

Le patient est, en principe, protégé des bactéries et endotoxines par la membrane de dialyse. Leur présence au contact de la membrane peut entraîner des réactions pyrogènes. Le niveau de bactéries ne devra pas excéder 100 CFU/ml et celui d’endotoxines 0.25 UI/ml.

La qualité de l’eau est primordiale pour l’hémodialyse.

The water is not necessarily sterilized.

Pathogens normally cannot enter the patient through the dialyzer's membrane, but their presence at the membrane's surface can trigger a pyrogen reaction. The bacterial count should not exceed the AAMI standard of 200 colonies/ml.

Water quality is critical for hemodialysis

Adoucisseurs et déminéralisateursSofteners and deionizers

Inconvénients :

- contamination bactérienne - nécessité de les désinfecter et de les régénérer

La faible affinité des résines pour certains éléments, fluor, en particulier, présente un risque d’ostéomalacie ou d’ostéoporose.

Utilisés en prétraitement

- Are vulnerable to microbial contamination - Require regular disinfection and regeneration

The low affinity for fluoride is particularly a risk, and can worsen osteomalacia and osteoporosis in patients

used as pretreatment

Charbon actif - Activated carbon filters

Les membranes d’osmose peuvent être altérées par le chlore ou ses dérivés. Le charbon actif est utilisé en prétraitement.

Des particules de charbon échappées des filtres peuvent encrasser les membranes d’osmose. Nécessité de filtrer après le charbon actif.

Désinfection et/ou lavage fréquents nécessaires

Some reverse osmosis machines can be damaged by chlorine. Activated carbon filters may be needed for pretreatment.

Particulate filters are needed downstream of activated carbon filters(secondary clarification).

Vulnerable to microbial contamination because of their structure andremoval of incoming chlorine/chloramines.

Regular disinfection downstream

OSMOSE INVERSE - REVERSE OSMOSIS

Inversion du passage de solvant du au phénomène d’osmose sous l’effet d’une pression supérieure à la pression osmotique de la solution.

Pression d’osmose couramment utilisée de 10 à 20 bars.

By applying a pressure that exceeds osmotic pressure, solvent flow is reversed

Le taux de conversion utilisé en traitement d’eau pour hémodialyse est compris entre 35 et 50 %

Afin de réduire la consommation d’eau, une partie du rejet est, parfois, recyclée en entrée de l’osmoseur

Les membranes utilisée rejettent 90 à 98% des ions monovalents et 95 à 99% des ions divalents.

The ratio between permate to feed is called RECOVERY (product (or permate) flow/(drain flow +product flow).

Large systems typically operate between 33% to 50% recovery.

Recirculation: a means to enhance system efficiency through reduction in water consumption

Membranes reject 90-98% of monovalent ions (ie, sodium) and -99% of divalent ions.

La qualité de l’eau osmosée est vérifiée par la mesure de sa conductivité et comparaison avec la conductivité de l’eau d’alimentation.

Lorsque les performances de la membrane sont insuffisantes (<90% de réjection) la membrane est remplacée.

La durée de vie des membranes est liée à la qualité du prétraitement.(de 3 à 7 ans)

Certaines membranes sont altérées par le chlore et ses dérivés.

Performance is measured by CONDUCTIVITY of the treated and feed water

When below acceptable levels, membrane must be replaced.

Life of membranes can be prolonged several years by pretreatment

Some synthetic membranes can be damaged by chlorine and chloramines

Désinfection

Limite le développement bactérien

Désinfection de l’équipement d’osmose ou de l’ensemble : osmoseur + distribution d’eau traitée

Périodicité (mois - semaine - séance de dialyse)

Danger : sécurités obligatoires vis à vis des patients Dispositifs automatiques de sécurité

Sanitizing the system

Maintain proper levels of agent for proper time

When complete, confirm the absence of the agent from processed water stream and effluent dialysis water.

Prevent the operator from switching the delivery system on during a disinfection cycle. Should be incorporated into the system.

Choix de l’agent de désinfection

Dérivés chlorés : chlorocyanuriques

Dialox, Oxagal : Acide péracétique - peroxyde d’hydrogène

Chaleur

Formol (abandonné) risques importants - temps de contact

Choice of sanitizing agents

Ecoster - Purogen (chlorine dioxide)

Minncare (acetic acid, peroxyacetic acid, and peroxide)

Dialox, Oxagal, Renalin (peracetic and hydrogen peroxide)

Heat (85-90 deg C)

Formaldehyde : risks +++ (need longer periods)