N°9 – Mars 2000

Sommaire

Résultats d’une enquête nationale sur les traitements de l’eau pour hémodialyse.
Par Erick Laydet
Place des ultraviolets dans le traitement d’une eau ultrapure.
Par Jacques Mayet
Intérêt de l’Ozone dans la qualité des systèmes de traitement d’eau.
Par Pascal Friedman
Electrodésionisation par le Septron®.
Par Pascal Friedman
Ultrafiltration et microfiltration dépyrogénante.
Par Philippe Robert
Intérêt de l’ultrafiltration en pré traitement d’eau pour hémodialyse.
Par Agnès Dorel et Patrick Crestan

 

Président : Hubert Métayer ( Compiègne)
Vice-Président : Emmanuel Connart (Felleries-Liessies)
Secrétaire : Claude Mendez (Compiègne)
Secrétaire-adjoint : Michel Jakubowski (St Quentin)
Trésorier : Michel Darsonville (Soissons)
Trésorier-adjoint : Daniel Cajet
Délégué régional : Patrick Crestan (Annonay)

Résultats d’une enquête nationale sur les traitements de l’eau pour hémodialyse.

Par Erick Laydet, Technicien, CHU Lapeyronie – Montpellier

INTRODUCTION

L’eau fait partie intégrante d’une séance de dialyse . L’élimination de substances indésirables dans l’eau d’alimentation, l’évolution des techniques de dialyse et des générateurs, ont contraint cette discipline à progresser rapidement .

L’objectif commun à tous les services de néphrologie, est de produire une eau de très bonne qualité bactériologique et physico-chimique . Les normes de la pharmacopée française et maintenant européenne en fixent les exigences minimum à respecter .

Il existe portant des disparités de moyens et de techniques employés pour un même but . L’objectif de cette enquête est de présenter certaines de ces disparités, et de partager nos expériences .

METHODE

Plusieurs services de néphrologie pédiatrique ont reçu un questionnaire . Celui-ci se composait de trois volets :

1. Les productions d’eau
2. Le contrôle qualité
3. Les utilisateurs

RESULTATS

22 centres ont été contactés.

14 ont répondu.

1 concerne la Belgique.

18 installations sont concernées, certains établissements possédant plusieurs productions d’eau .

REMERCIEMENTS

Nous adressons nos remerciements aux centres et aux personnes qui ont répondu au questionnaire :

  • C.H.U d’Angers
  • C.H.U de Nantes
  • C.H.U de Besançon
  • C.H.U de Rouen
  • C.H.U de Clermont-Ferrand
  • C.H.U de Roscoff
  • C.H.U de Lille
  • C.H.R.U de Strasbourg
  • C.H.U de Marseille
  • C.H.U de Tours
  • C.H.U de Montpellier
  • Hôpital Reine Fabiola Belgique
  • C.H.U de Nancy
  • Hôpital Trousseau Paris Moyens techniques

LES PRODUCTIONS D’EAU

Question n°1
Quelle est la particularité de l’eau qui alimente l’installation de traitement d’eau ?

  • Calcium
  • Nitrates
  • Microalgues
  • Boues
  • Silices
  • Fer
  • Eau conforme
  • Contaminée en été
  • Indice de colmate = 8

Question n°3
Nature des matériaux Installation complète

Question n°4
Quel type de distribution avez-vous ?

Question n°5
Caractéristiques de l’installation

Question n°6
Quel est l’élément qui détermine le changement des filtres de l’installation ?

Question n° 7
Quel type de désinfection effectuez-vous ?

Question n°8
Quels produits utilisez-vous ?

Question n°9
Quelle est la fréquence de ces désinfections ?

Question n°10
Disposez-vous de production d’eau de secours ?

MOYENS HUMAINS

Question n°2
Qui assure les désinfections du traitement de l’eau ?

Question n° 3
Qui assure la maintenance du traitement de l’eau ?

Les différentes configurations d’installations
MOYENS TECHNIQUES

Installation classique

Prétraitement

  • Filtration
  • Adoucisseur
  • Charbon actif

Traitement

  • Osmoseur ou bi-osmoseur

Utilisation

  • Désioniseur

Question n°13
Quel type d’installation de traitement de l’eau avez-vous ?

->Filtration 5µ -> Charbon actif -> Adoucisseur -> Osmoseur -> Osmoseur -> Filtration 0.2µ

Questions n° 15 et n°16
Quel type d’installation de traitement de l’eau avez-vous ?

Adoucisseurs industriels 15 m3 de résine -> Réseau d’eau adoucie de l’établissement -> Osmoseur individuel

Les contrôles qualité

Quel est l’organisme ou l’unité responsable de la qualité de l’eau ?

Qui effectue les prélèvements ?

A quelle fréquence sur l’ alimentation des générateurs ?

Faites-vous des contrôles autres que ceux demandés par les normes ?

Les utilisateurs


Qui vous informe ?
17 réponses

Quelle est la première personne contactée en cas de panne ?

Avez-vous élaboré des protocoles pour l’utilisation du matériel de traitement de l’eau ?
18 réponses sur 18

Avez-vous élaboré des protocoles pour les désinfections ?
18 réponses sur 18

Avez-vous des protocoles de conduite à tenir en cas de panne ?

 

 

Place des ultraviolets dans le traitement d’une eau ultrapure.

Par Jacques Mayet, Responsable de formation, Laboratoire Perno

Quelles méthodes de traitement pour obtenir de l’eau ultrapure ? La place des ultraviolets

Procédé germicide de nature physique, sans adjonction de réactif chimique, les rayons Ultraviolets C au voisinage de 256 nm, permettent :

  • d’allonger la durée de vie des membranes d’osmose lorsqu’ils sont intégrés dans le chaînage de prétraitement,
  • lorsqu’ils sont appliqués sur l’eau en sortie d’osmoseur, de limiter les possibilités de prolifération de germes sur les filtres 0,2 µm (réduction du colmatage des filtres et du risque de relarguage brutal d’endotoxines),
  • lorsqu’ils sont appliqués à l’eau en retour de boucle, d’éliminer les pollutions microbiologiques accidentelles, limiter les proliférations sur les filtres 0,2 µm généralement placés en sécurité sur le retour,
  • de concourir au maintien d’une qualité convenable de l’eau jusqu’aux générateurs en terme de population microbiologique et d’endotoxine.

Leur coût d’installation est à modérer en tenant compte de la simplicité d’exploitation, la possibilité d’un contrôle continu télésurveillable et des faibles coûts d’entretien et d’exploitation.

1. Le rayonnement ultraviolet

L’effet germicide du rayonnement ultraviolet émis avec une longueur d’onde voisine de 256 nm (U.V. C) est connu depuis très longtemps.

Les U.V. C agissent en quelques secondes sur les liaisons reliant les atomes qui constituent l’ADN des cellules dont le patrimoine génétique se trouve modifié de telle sorte que leur reproduction devient impossible.

Il est aujourd’hui admis qu’une dose de rayonnement de 15 mW.s/cm² suffit pour détruire les germes les plus courants, dont Pseudomonas aeruginosa et Staphilococcus aureus, ainsi que le virus de l’hépatite.

Le dimensionnent d’un générateur d’U.V. devra tenir compte de l’absorption du rayonnement par l’eau, de l’épaisseur de la lame d’eau soumise au rayonnement et du débit à traiter.

Il sera également tenu compte du vieillissement du tube de quartz qui entoure et protège la lampe émettrice (diminution de la transparence par réactions photochimique), et de la baisse d’émission de la lampe elle-même au fil du temps.

2. Les applications aux systèmes de production et de distribution d’eau en dialyse

Trois principales applications de l’effet germicides des U.V. peuvent être envisagées :

  • Dans le chaînage de prétraitement
    de l’eau avant osmose inverse les U.V. limitent le risque de prolifération de germes sur les matériaux microporeux mis en oeuvre (résines échangeuses d’ions des adoucisseurs, cartouches de filtration fine, fond de lit de charbon actif), permettent d’éviter un accroissement du pouvoir colmatant de l’eau prétraitée (Fouling Index) et de prolonger ainsi la durée de vie des membranes d’osmose inverse ou d’espacer les opérations de désinfection (l’emploi de réactifs oxydants dégrade progressivement les membranes) et de nettoyage (voire de remplacement).
  • En sortie d’osmoseur, et en amont des filtres 0,2 µm de départ de boucle, les U.V. évitent une contamination de ces filtres par des germes qui peuvent toujours échapper à la désinfection des membranes et leur multiplication sur le médium filtrant qui les retient. Le risque de relarguage brutal d’endotoxines peut être ainsi évité.
  • en retour de boucle (et dans ce cas en amont de la filtration 0,2 µm placée en sécurité), les U.V. permettent de détruire les éventuelles pollutions microbiologiques de la boucle, et leurs prolifération sur les filtres 0,2 µm, limitant ainsi leur colmatage.

De plus les U.V. émis vers 256 nm permettent une destruction très rapide, sans sous produit, de l’ozone dans le cas ou la désinfection de la boucle est assurée par ce réactif.

3. Avantages et inconvénients des U.V.

Si les U.V. sont plus coûteux en investissement initial que les traitements germicides par adjonction de réactif chimique, ils présentent les avantages suivants :

  • sans danger pour les membranes d’osmose inverse lorsqu’ils sont installés dans la chaîne de prétraitement (contrairement notamment au chlore),
  • contrôle de fonctionnement excessivement simple et automatisable grâce aux cellules photoélectriques spécifiques disponibles sur le marché (possibilité de contrôle en continu, avec alarme reportable sur GTC en cas d’anomalie),
  • ne nécessitant que peut d’entretien (nettoyage du tube de quartz une fois tous les six mois pour des U.V. en prétraitement, une fois par an à l’occasion du changement de lampe pour les U.V. sur départ ou retour de boucle),
  • coût d’exploitation (faible consommation d’énergie électrique) et d’entretien (remplacement des lampes) faibles.

4. Conclusion

Le rayonnement ultraviolet C est un traitement germicide de nature physique, sans adjonction de réactif chimique.

Emis au voisinage de 256 nm et convenablement dimensionnés de façon à ce que, tenant compte du débit d’eau à traiter et de sa transparence aux U.V., les germes éventuellement présents dans l’eau soient exposés à une dose au moins égale à 15 mW.s/cm² en fin de vie de la lampe (8 000 heures en continu actuellement), les U.V. ont leur place dans les installation de production et de distribution d’eau ultrapure.

En bloquant le mécanisme de reproduction des germes indésirables, les U.V. permettent :

  • d’obtenir une plus grande longévité des membranes d’osmose inverse et d’espacer les opération de nettoyage et de désinfection,
  • de réduire le colmatage des filtres 0,2 µm, et partant le coût annuel de remplacement périodique des cartouches,
  • d’éliminer les éventuelles pollutions microbiologiques de l’eau en retour de boucle, évitant ainsi la prolifération et le colmatage des membranes lorsque le retour de boucle est recyclé en amont de l’osmose,
  • de permettre un élimination très rapide, sans sous-produit indésirable, de l’ozone lorsque ce réactif est utilisé pour la désinfection.

L’inconvénient de son coût initial plus élevé que d’autres procédés biocides chimiques, est à tempérer par une simplicité et un faible coût d’exploitation, par la possibilité, à faible coût, d’effectuer un contrôle continu avec alarme reportable sur GTC.

 

 

Intérêt de l’Ozone dans la qualité des systèmes de traitement d’eau.

Par Pascal Friedman, Ingénieur projet, Laboratoire Pemo
Les industries qui utilisent de l’Eau Ultrapure dans leurs procédés de fabrication (pharmaceutique, microélectronique.) ont depuis toujours le souci du maintien de la qualité bactériologique du système de production d’eau et des réseaux de distribution.
Une alternative innovante aux systèmes classiques de désinfection, chimique ou thermique s’est rapidement développée depuis une dizaine d’années : l’Ozone.

L’OZONE est déjà largement utilisé pour la désinfection de l’eau potable pour réduire les doses de chlore appliquées dans les traitements de potabilisation (depuis 1929)

Qu’est-ce que l’Ozone ?

L’Ozone est un gaz instable et une variaté allotropique de l’oxygène O2 de formule O3 L’Ozone est le réactif oxydant le plus puissant utilisé dans la pratique du traitement de l’eau

Pourquoi l’Ozone ?

Effet désinfectant :

Il détruit les bactéries et les virus rapidement (moins de 4 minutes) en détruisant les membranes de leurs cellules .

Réduction du T.O.C (Total Organic Carbon)

L’oxydation des matières organiques sur l’appoint en eau du circuit, permet de limiter la source de nutriment des espèces vivantes éventuellement dans l’eau purifiée, mais aussi, et surtout, permet l’élimination du Biofilm qui est une combinaison de bactéries, d’endotoxines et de matières organiques ?
Le retour d’ expériences de l’utilisation de l’Ozone dans l’industrie pharmaceutique a montré qu’une dose d’Ozone de l’ordre de 0,1 à 0,2 mg/l d’O3 permet de limiter les développements bactériens dans des valeurs inférieures à 1 germe pour 100 ml

Il existe deux méthodes principales pour la production d’Ozone :

A partir de gaz comme l’Oxygène ou l’air que l’on fait passer entre deux électrodes soumises à une différence de potentiel alternative comprise entre 6000 et 20 000 V ; Cette méthode est utilisée dans les traitements d’eau potable ou les doses appliquées sont importantes (1 à 2 mg/l)

Par voie électrochimique pour l’utilisation en eau Ultrapure . Une partie de l’eau purifiée circulant dans la boucle est prélevée en continu et passe dans une cellule d’électrolyse qui réalise la dissociation de la molécule d’eau (H2O) en H2, O2 et O3.

Avantages de la production électrolytique de l’Ozone :

Absences de contamination par des impuretés ioniques extérieures (fabrication in-situe à partir de l’eau à désinfecter)

Production de faible quantité à forte concentration.

Pas d’utilisation de produits chimiques qui pourraient poser des problèmes de stockage rejet ou de sécurité

Pas d’effet rémanent de l’Ozone qui a une durée de vie de quelques minutes, de plus les sous-produits d’oxydation sont rapidement éliminés dans une installation pour Hémodialyse avec une double osmose en distribution directe sur la boucle :
N réseau de distribution de 100 mètres de longueur et de 15 mm de diamètre intérieur représente un volume d’eau de 18 litres ; avec un osmoseur d’un débit de 1000 litres par heure le volume de la boucle est épuré par les membranes toutes les minutes environ et une vidange de celui-ci est toujours possible.
Fonctionnement complètement automatique sans surveillance particulière, ni danger; les analyseurs d’ozone permettent une détection de traces d’ozone de l’ordre de 10 ppb .

Réduction du TOC de l’eau et élimination curative d’un éventuel Biofilm .

La destruction de l’Ozone résiduel, en amont des osmoseurs s’effectue par un stérilisateur UV mis en service au moment de la désinfection à l’Ozone .

La conception des boucles récentes en hémodialyse (tubes inox 316 L, accessoires de raccordement et robinetterie de type Sanitaire) est compatible avec la désinfection à l’Ozone ; la simplicité du dispositif permet de faire évoluer les installations existantes vers cette technologie innovante .

Il est à noter que depuis un peu plus de 5 ans les installations de traitement d’eau pour hémodialyse de la plupart des hôpitaux cantonaux suisses (cf l’Hôpital d’Aarau) utilise l’Ozone comme mode de désinfection des réseaux de distribution .

Conclusions :

Les impératifs de performances de la qualité de l’eau pour Hémodialyse, incitent à utiliser les technologies de pointes ayant fait leurs preuves chez d’autres utilisateurs d’eau Ultrapure .

Dans le domaine du maintien de l’intégrité microbiologique des réseaux de distribution, l’Ozone est la référence de plus en plus évidente .

Ses atouts :

  • Efficacité prouvée
  • Procédé écologique
  • Contraintes d’installation et d’exploitation réduites
  • Economique en consommables et main d’ouvre
  • Traçabilité précise de la présence et de l’élimination de l’Ozone, donc de son efficacité

 

 

Electrodésionisation par le Septron®.

Par Pascal Friedman, Ingénieur projet, Laboratoire Pemo
Le récent développement de l’hémodiafiltration  »on line » a amené les néphrologues à exiger une qualité d’eau purifiée supérieure à celle définie par la Pharmacopée et celle rencontrée actuellement dans la plupart des centres de dialyse.

La résistivité demandée de l’eau est supérieure à 2 MW.cm, ce qui n’est pas envisageable réalisable avec la technique habituelle de traitement par double osmose inverse.

La technique traditionnelle pour atteindre ces valeurs de résistivité est l’échange d’ions (principalement les lits mélangés). Dans le cadre de la production d’eau à usage pharmaceutique, pour des raisons de risques de pollutions microbiologiques, on lui préfère les techniques membranaires (qui assurent en plus une épuration organique et microbiologique) et plus récemment les technologies basées sur l’électrodialyse.

Le SEPTRON® est un procédé membranaire électrochimique de type spiralé, sans joint (bloc noyé dans une résine époxy), à la différence d’autres appareils composés d’un empilement de plaques, d’où présence de joints, donc fuites fréquentes et difficultés de désinfection.

Les membranes utilisées, imperméables à l’eau, sont sélectives vis à vis des ions.

Le SEPTRON® est utilisé comme polisseur des eaux déjà épurées une première fois par osmose inverse.

Son principe est l’électrodialyse (2 électrodes : cathode & anode, séparées par 1 membrane cationique & 1 membrane anionique), avec adjonction de résines échangeuses d’ions à lits mélangés .

Les résines servent de transport d’ions vers les membranes : en effet les ions présents dans l’eau à traiter sont captés par les résines comme dans un échange d’ions classique, puis sous l’effet du champ électrique, il y a dissociation des molécules d’eau en H+ et OH- cette électrolyse a pour effet, d’une part de régénérer les résines, d’autre part de porter les membranes à des pH extrêmes : 2 et 12, ce qui contribue à l’autodésinfection du système .

Un autre avantage du système spiralé est la faible distance entre les électrodes, d’où une faible tension de fonctionnement : 40 V (plaques : 150 à 600 V) avec un courant fort (10 A) . Ceci conduit également à une densité des lignes de champ très importante, surtout vers le centre de l’enroulement d’où une régénération poussée des résines LM (l’ étage de finition, vers l’ anode peut aller jusqu’à une capacité de 0,5 éq/l).

Les ions qui traversent les membranes doivent être éliminés à l’égout. A cet effet, un flux de rinçage est nécessaire ; afin de limiter les pertes d’eau du système, le rejet de l’osmoseur de prétraitement est utilisé, à condition toutefois de respecter les paramètres suivants :

TH < 0,1 °F
SiO2 < 40 ppm
S/T < 1000 ppm

En cas d’incompatibilité, on utilise de l’eau adoucie déchlorée . En sortie de SEPTRON®, cette eau de rinçage peut être récupérée après dégazage et réinjectée en tête d’adoucisseur .

Conditions de fonctionnement :
A chaque arrêt du SEPTRON®, un rinçage à l’égout est automatiquement effectué .

La pression d’entrée doit être inférieure à 6 bars, la sortie du concentrat doit être à pression atmosphérique .
La désinfection chimique est possible (Oxonia-Dialox), appareil éteint, mais elle n’est pas nécessaire puisque le module est autodésinfectant .

La durée de vie des modules est estimée à 3 ans .

Le débit est indépendant de la température (contrairement à l’osmose inverse). La résistivité généralement observée est supérieure à 15 M?.cm, pour une teneur amont en CO2 < 20 ppm (si CO2 > 20 ppm, il faut augmenter l’intensité) 3 modules existent :

SM 1 SM 2 SM 3
Débit nominal (l/h) 500 1 000 150
Débit mini (l/h) 250 400 70
Flux (l/h/m2) 450 600 380
? x h (mm) 154 x 1200 204 x 1200 154 x 630

TABLEAU COMPARATIF

OI + SEPTRON

BIOSMOSE

OI + LM

Prétraitement
adoucissement
adoucissement flocon
adoucissement flocon
Résistivité
> 15 M?.cm
> 1 M?.cm
> 15 M?.cm
Bactériologie
bon
bon
moyen
TOC
< 20 ppb
< 20 ppb
< 100 ppb
Production
continue
continue
discontinue
Produits chimiques
NaCl
NaCl NaOH
NaCl / floconNaOHHCl
kW/m3
2
3
1.7
Consommation d’eau
25 %
30 %
30 %
Coût d’exploitation
20 F/m3
23 F/m3
25 F/m3
Investissement(relatif)
100%
80%
100%
Encombrement
moyen
faible
fort
Avantages
– pas de réactifs
– résistivité élevée
– faible coût d’exploitation
– autodésinfection
– double barrière
– encombrement
faible
– modulaire
– résistivité élevée
– fuite en SiO2 très faible
Inconvénients
– coût d’investissement
– réactifs chimiques
– régulation de pH très pointue
– résistivité limitée
-réactifs chimiques
– bactériologie moyenne
– procédé discontinu – barrière bactériologie obligatoire en aval
– neutralisation éluats
  • Gradient de pH important donc bonne désinfection
  • pas de joint
  • pas de zone morte sans circulation
  • pas de fuite
  • basse tension donc sécurité
  • résistance électrique faible d’où champ électrique élevé et bonne régénération des résines
  • flux spécifique important
  • pas de consommation d’eau supplémentaire
  • échange des modules seuls

Le chaînage de traitement d’eau à envisager peut être le suivant:

  • Simple osmose inverse avec son prétraitement (microfiltration – adoucissement – déchloration)
  • Electrodesioniseur SEPTRON®
  • Stockage en inox 316 L qualité Pharma
  • Pompe de distribution série Sanitaire
  • Filtration Inox Sanitaire stérilisante 0.2 µm
  • Boucle Inox 316 L Sanitaire
  • Désinfection à l’Ozone – STERITRON®

CONCLUSIONS

Les exigences concernant la qualité d’eau purifiée pour hémodialyse, compte tenu des techniques de dialyse, comme l’hémodiafiltration on line, imposent l’utilisation de technologies de pointes d’affinage de l’eau purifiée
L’électrodesioniseur SEPTRON® permet de répondre de façon optimale sur les plans :

  • Chimique
  • Microbiologique
  • Organiques

Le système de traitement SEPTRON® est issu dernières technologies innovantes mises en ouvre dans l’industrie pharmaceutique.

 

 

Ultrafiltration et microfiltration dépyrogénante.

Par Philippe Robert, responsable du dévelopement, Labo PALL

  • Endotoxines bactériennes
  • Micro filtration frontale sur cartouches chargées
    • Mécanismes
    • Effets des changements de conditions physiques
    • Application à la dialyse, intérêt
  • Ultrafiltration tangentielle
    • Données
    • Validation des performances de rétention d’endotoxines
    • Application à la dialyse, intérêt

Endotoxines bactériennes

  • Substances pyrogènes provenant de la paroi des bactéries Gram négatif
  • Charge négative globale pour pH>2
  • En forme purifiée, taille de l’ordre de 10 exp. 4 daltons

Micro filtration frontale

  • Impact inertiel
  • Interception directe
  • Adsorption
  • Potentiel ZETA positif

Potentiel ZETA Positif

Maintenance de la charge positive du média N66 Posidyne

Micro filtration frontale chargée : effets des changements de conditions physiques

Effets du pH
Variations insignifiantes sur la majeure partie de la gamme de pH testée

Effets de la stérilisation vapeur
La stérilisation in situ ou en autoclave n’affecte ni la stabilité des charges, ni l’adsorption endotoxine-milieu.

Effets de la température

  • Absence de toute influence mesurable de 4°C à plus de 60°C
  • Stabilité de la structure chimique de la charge positive de la membrane


Effets de la concentration initiale

  • Un afflux massif ne compromets pas la capacité de rétention
  • Cas pratique : contamination accidentelle


Effets du débit

  • La limite de détection est atteinte à 6L/mn pour une cartouche de 254 mm Posidyne
  • Temps de passage réduit.
  • Importance du dimensionnement


Micro filtration frontale chargée

  • Croissance bactérienne possible sur le média à long terme ?
    NON
    A J.B.James et al, str1199
  • Libération possible d’endotoxines en aval à long terme ?
    NON
    A J.B.James et al, str1199
  • Gestion pratique ?
    OUI
    A Cartouches standard, testables, stérilisables
  • Prévision de la capacité de rétention d’endotoxines .
    OUI
    Selon la charge, la nature des endotoxines, et la nature du fluide

Ultrafiltration tangentielle

  • Les résultats présentés sont pour des modules doubles paroi de seuil de coupure 6000 daltons
  • Notion de système
  • Résultats probants
    Ä Kunihiro, WFI, sept 89


Ultrafiltration tangentielle : Validation des performances de rétention d’endotoxines

  • Challenge d’endotoxines à 90°C
  • Challenge d’endotoxines à température ambiante
  • Challenge d’endotoxines de longue durée
  • Test combiné de rétention d’endotoxines et bactéries sur 6 mois

Ultrafiltration tangentielle: application à la dialyse, intérêt

  • Pré filtration
  • Filtration rénale
  • Gestion pratique ?
  • Exposé précédent
  • Résultats probants
  • Investissement à prévoir

Quel choix ?

  • Facilité d’utilisation et d’adaptation sur les systèmes standard pour les cartouches chargées positivement
  • Maintenance réduite et sécurité sur une installation prévue avec UF

 

 

Intérêt de l’ultrafiltration en pré traitement d’eau pour hémodialyse.

Par Agnès Dorel, pharmacien et Patrick Crestan, technicien d’hémodialyse

Conception et choix

Depuis 1995, le traitement d’eau pour Hémodialyse du CH Annonay, est composé d’une ultrafiltration en tête de ligne. Un groupe de travail constitué de médecins, techniciens et pharmaciens s’est investi dans une démarche d’Assurance Qualité.

Dans un premier temps, le groupe de travail s’est employé à définir les caractéristiques de l’eau du site avec analyse des dysfonctionnements . Il a été mis en évidence la présence de colloïdes. Ce sont des matières minérales et organiques en suspension, d’un diamètre de l’ordre du micron, qui ont la particularité de colmater les systèmes de filtration frontale (coût annuel de la filtration du système précédent : 250 000 F TTC). On les rencontre dans les eaux de barrage ou de ruissellement? L’indice de colmatage ou Fouling Index (FI) est leur marqueur. Un FI supérieur à 12 est caractéristique d’une eau colmatante .

La seconde étape a été l’écriture du Cahier des Clauses Techniques Particulières (CCTP). C’est un élément indispensable dans la relation de partenariat avec l’industriel. C’est un contrat d’objectifs avec obligation de résultats. Il peut être plus ou moins restrictif, et doit laisser place à la créativité du fournisseur . En répondant au CCTP, le fournisseur engage sa responsabilité . Les objectifs physiocochimiques et bactériologiques attendus sont supérieurs à ceux de la pharmacopée, le système de désinfection, les performances techniques des installations, le système de suivi intégré avec alarmes, les conditions de maintenance et d’entretien ainsi que les conditions de mise en service ont été clairement précisées dans le CCTP.

Après consultation des fournisseurs et étude des propositions, le choix du pré traitement s’est arrêté sur un système performant : l’ultra filtration (UF). Il s’agit d’un ensemble de trois modules composés de fibres creuses en ester cellulosique . Le seuil de filtration est de 0.01µm (annexe 1). Le système choisi présente la particularité d’une filtration tangentielle en circuit fermé avec rétrolavavages à contre courant avec l’eau filtrée (annexe 2). Celle-ci permet de décolmater le dépôt de colloïdes sur la membrane de chaque fibre et provient d’une petite cuve tampon, placé en aval . Ainsi il n’y a pas augmentation du dépôt sur la membrane, la filtration est maintenue dans le temps . Cette manouvre est déclenchée en fonction du temps et suivant la différence de pression .

La désinfection journalière en dehors des heures de dialyse est réalisée à partir de chlore à 5 ppm. Les contrôles bactériologiques sont réalisés tous les 15 jours .

Principes de base de la filtration tangentielle

RESULTATS

Les résultats attendus ont été obtenus dès la fin de la période de validation de 3 semaines avant mise en service . Grâce à la mise en place de procédures de maintenance rigoureuses ces résultats perdurent . Ils sont de 3 types :

  • Physico-chimiques : indice de colmatage < 1 après UF
  • Bactériologiques : < 100CFU/L après UF pour 80 % des résultats permettant < 10 CFU/L après osmose
  • Coût d’exploitation lors membranes : 17 000 F TTC annuel seulement

1. Intérêt de l’ultrafiltration en pré traitement d’eau pour hémodialyse : Aspect technique

Présentation de notre SADT
Système d’analyse descendante technique de notre installation

1er niveau de décomposition

La matière d’ouvre : l’eau brute
Un support : le traitement d’eau
L’objectif : la valeur ajoutée: l’eau traitée

Cela comprend aussi les contraintes suivantes : énergétique, de réglage, de configuration et d’exploitation.

2ème niveau de décomposition

Nous retrouvons nos contraintes plus détaillées dont les programmes d’exploitation et les configurations .

A1 : gestion du système : mise en place d’un automate de type T.Box
A2 : prétraitement : bloc ultra filtration
A3+A0 : traitement par bi-osmose

Analyse du bloc A2

A21 : pré filtration de l’eau brute avec un filtre crépine 50µ . Rinçage manuellement à contre courant
A22 : Produire de l’eau ultra filtrée
A23 : stocker cette eau dans une cuve permettant d’absorber les variations de consommation de la bi-osmose et de fournir l’eau nécessaire aux rétro lavages périodiques
A24 : protection des membranes de la bi-osmose par l’UF(plus de matières colloïdales)
A2 : filtre CA si problème de chlore résiduel

2. Mode de fonctionnement de l’UF

L’ultrafiltration possède 2 modes de fonctionnement . Un mode de production où l’ on remplit la cuve d’eau ultrafiltrée et un mode où la cuve se vide à l’égout en rétrolavant les modules

a . La production d’eau ultra filtrée

La production d’eau dans l’UF est totalement automatisée et commandée par 2 niveaux sur la cuve de stockage Niveau bas atteint : remplissage de la cuve : production d’eau UF Niveau haut atteint : arrêt de la production

2 autres niveaux sont placés sur la cuve pour assurer une sécurité en cas de défaillance des niveaux haut et bas, et d’autre part, pour commander la vidange complète de la cuve en désinfection chimique .

Précision : les 4 niveaux de la cuve sont à capteur sensitif et positionnés à l’extérieur de celle-ci .

En alimentation tangentielle, par l’intermédiaire de la pompe de circulation UF, l’eau brute traverse les modules de bas en haut et circule ainsi en boucle .

Ceci permet d’entraîner avec l’eau l’ eau les particules qui chargent la surface des membranes, tout en continuant d’alimenter la cuve .

b. La phase rétrolavage

L’eau du réseau d’Annonay étant particulièrement chargée en matières colloïdales, le colmatage des membranes d’UF est un risque à prendre en compte , le passage en alimentation tangentielle étant insuffisant à long terme .

Le rétrolavage permet alors de nettoyer les membranes de façon efficace . Nous avons 3 modules .

Ce rétrolavage va se dérouler module après module, donc 3 cycles identiques, de façon automatique toutes les 2 heures ou de façon exceptionnelle s’il y a amorce de colmatage des membranes (commandé par pressostat).

Un rétrolavage par module dure environ 1 mn et la consommation d’eau ultra filtrée est d’environ 50 l .

Cycle complet d’un rétrolavage :

  • Remplissage de la cuve au niveau haut
  • Rétrolavage du module 1 par la pompe rétrolavage et mise à l’égout jusqu’à atteindre le niveau bas de la cuve . L’eau est soutirée de la cuve qui attaque sous pression les membranes du module concerné, en leur centre de l’extérieur vers l’intérieur
  • Remplissage de la cuve puis rétrolavage du module 2
  • Remplissage de la cuve puis rétrolavage du module 3

Bien entendu l’EV d’eau et la pompe de circulation UF sont arrêtés pendant le fonctionnement de la pompe rétrolavage . Malgré ce programme de rétrolavage, un lessivage des modules est nécessaire 2 fois/an avec 2 types de shampoings adaptés.

3. Désinfection de l’ultrafiltration sous chlore

La désinfection se déroule en 2 phases

a. Désinfection des modules
  • Remplissage de la cuve niveau haut
  • Rétrolavage des 3 modules en même temps à l’eau chlorée (5ppm) (eau ultrafiltrée de la cuve+aspiration d’eau de Javel par la pompe à chlore)
  • STASE SOUS CHLORE DE 30 MN
b. Désinfection de la cuve
  • Remplissage de la cuve à l’eau chlorée (5ppm) jusqu’au niveau maximum
  • Stase de la cuve sous chlore : 30 mn

La désinfection de l’UF se déroule tous les soirs et le volume d’eau de javel utilisé est d’environ 30 ml par désinfection

c. Rinçage de l’Ultrafiltration
  • Vidange totale de la cuve
  • Mise en production d’eau ultrafiltrée pour le rinçage des modules puis remplissage de la cuve jusqu’au niveau maximum
  • De nouveau vidange totale de la cuve puis reprise de la production d’eau ultrafiltrée. La durée du rinçage est d’environ 30 mn

4. CONCLUSION

Les principaux avantages de l’UF sont:

  • La stabilité de la qualité de l’eau produite
  • La protection des membranes d’osmose par rapport aux colloïdes
  • Le très faible volume d’eau mis à l’égout (1 m3/j pour rétrolavages et rinçages de l’UF)
  • Une maintenance et un coût d’exploitation réduits Ä Une logue durée de vie (5 ans à ce jour)

Journal de l’Association des Techniciens de Dialyse
Copyright ATD Infos – N°9 – Mars 2000

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