هوایی که ما تنفس می کنیم شامل ۷۸ درصد نیتروژن و ۲۱ درصد اکسیژن و یک درصد سایر گازها می‌باشد. این میزان از اکسیژن برای بسیاری از بیماران کافی نبوده و برای بهبود فرآیند درمان و حفظ جان بیماران، لازم است هوایی با درصد بسیار بالاتری از اکسیژن در مراکز درمانی، تامین گردد. در حال حاضر بهترین روش برای تولید یا تغلیظ اکسیژن در بیمارستان، روش PSA می‌باشد. در ادامه مروری داریم بر سایر روش‌های تولید اکسیژن در بیمارستان
1. تولید اکسیژن به روش الکترولیز آب
در این روش با عبور جریان الکتریکی از آب، می‌توان اکسیژن با خلوص بالا تولید نمود. در این فرایند از یک جریان الکتریکی مستقیم و دو الکترود استفاده می‌شود. بدین صورت که منبع جریان الکتریکی با جریان مستقیم به دو الکترود (آند و کاتد) موجود در آب متصل شده و طی این فرایند، آب تجزیه شده و گاز اکسیژن در قسمت آند تولید می‌شود (شکل زیر). البته همان‌طور که در شکل پیداست، از این روش می‌توان برای تولید هیدروژن نیز بهره برد که کاربردهای بسیار زیادی در صنعت دارد.
نکته مهمی که باید بدان توجه نمود این است که الکترولیز آب خالص، انرژی بسیار زیادی لازم دارد و بدون این انرژی زیاد، عمل الکترولیز بسیار آهسته انجام می‌پذیرد. بنابراین مصرف زیاد انرژی، هزینه‌های بالای نگهداری، نیاز به تجهیزات تخصصی از جمله نقاط ضعف این سیستم می‌باشد.
2. تولید اکسیژن به روش کرایوژنیک (تقطیر هوای مایع یا تقطیر برودتی)
در این روش، هوا را تا مرحله مایع شدن سرد می‌کنند، سپس با توجه به اینکه این مایعات دارای نقطه جوش متفاوتی می‌باشند، طی فرآیند تقطیر (در ستون تقطیر) آنها را بخار نموده و مجدد مایع می‌کنند. با این روش می‌توان اکسیژن با خلوص بالا (حدود 99.9 درصد) تولید نمود (شکل زیر). هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بسیار بالا و مصرف زیاد انرژی از جمله معایب این روش، می‌باشد.
استفاده از این روش در بیمارستان، نقاط ضعف عمده‌ای دارد، مثلا استارت آپ این سیستم 12 تا 16 ساعت طول می‌کشد و قابلیت خاموش و روش شدن پی‌درپی را ندارد. با توجه به اینکه در بیمارستان نوسان مصرف اکسیژن وجود دارد، این روش مناسب نمی‌باشد.
3. استفاده از کپسول‌های حاوی اکسیژن با خلوص بالا
در این روش، اکسیژن خالص در کپسول‌های تحت فشار ذخیره شده و در صورت نیاز به بیمار متصل می‌شود. برای استفاده از این روش باید تعداد بسیار بالایی کپسول اکسیژن خریداری و به نسبت نیاز بیماران در بخش‌های مختلف توزیع نمود. شاید بهترین مزیت این روش این است که در هر فضایی، برای بیماران قابل استفاده می‌باشد. ولی این روش معایب متعددی دارد که عملا استفاده از آنرا ناممکن می‌سازد. معایبی از قبیل : محدودیت در تأمین اکسیژن برای تعداد زیاد بیمار (بیمارستان‌های بزرگ)، نیاز به تعویض مداوم کپسول‌ها جهت شارژ، هزینه‌های بالای نگهداری و حمل و نقل، خطرات مرتبط با حمل و نقل کپسول‌ها
در حال حاضر از این روش، بیشتر به عنوان سیستم پشتیبان استفاده می‌شود تا چنانچه به هر دلیل، اختلالی در عملکرد روش اصلی تولید اکسیژن ایجاد شود، این سیستم به‌صورت خودکار عمل کرده و مانع اختلال در اکسیژنرسانی به بیماران گردد. باید توجه داشت که مطابق با استاندارد ملی به شماره 304 رنگ این کپسول‌ها باید به رنگ سفید باشد.
4. تولید اکسیژن با روش PSA
در این روش تغلیظ اکسیژن با عبور هوای فشرده شده از سیلندرهای حاوی زئولیت و جداسازی مولکول‌های اکسیژن صورت می‌گیرد. در واقع، در روش PSA جداسازی یک گاز مشخص از مخلوط چندین گاز (هوا)، تحت فشار و بر اساس مشخصات مولکولی و تفاوت در میزان جذب بر روی مواد جاذب (زئولیت)، انجام می‌شود. در این فناوری مولکول‌های هوا (شامل 78 درصد نیتروژن، حدود 21 درصد اکسیژن، و بقیه شامل سایر گازها مانند آرگون، هیدروژن، نئون، هلیم، کریپتون و زنون) که توسط کمپروسور فشرده می‌شوند پس از حذف رطوبت و ذراتی نظیر گرد و غبار، وارد سیلندرهای زئولیت (ماده جاذب متخلخل) می‌شوند و تنها مولکول‌های اکسیژن می‌توانند از بین این موارد عبور کرده و در منبعی ذخیره شوند (شکل زیر)
بطور خلاصه روش PSA جهت تولید اکسیژن شامل مراحل زیر است:
- انتقال هوای محیط به کمپروسور و فشرده‌سازی آن تا حدود 8 بار
- عبور هوای فشرده شده از درایر و حذف رطوبت و ذرات روغن
- عبور هوا از سیستم فیلتراسیون به منظور حذف کامل رطوبت، ذرات روغن و سایر آلودگی‌های موجود در هوای فشرده
- ذخیره هوای فشرده تمیز شده، در مخازن مربوطه
- عبور هوای فشرده تمیز از مولد (سیلندرهای حاوی زئولیت) و جذب کلیه گازهای موجود در هوا (بجز اکسیژن) توسط این مواد
- ذخیره‌سازی اکسیژن در مخازن مربوطه
مزایای تولید اکسیژن به روش PSA
- استارت‌آپ این سیستم حدود 5 دقیقه طول می‌کشد و قابلیت روشن و خاموش شدن پی‌درپی را دارا می‌باشد (در حالی که در روش کرایوژنیک استارت‌آپ دستگاه گاها تا 16 ساعت نیز طول می‌کشد و قابلیت روشن و خاموش شدن پی‌درپی را ندارد)
- براحتی در مخازن قابل ذخیره‌سازی است و با گازهای سمی آلوده نمی‌شود. (در روش کرایوژنیک از آنجایی که ذخیره‌سازی اکسیژن به صورت مایع می‌باشد احتمال آلوده شدن با مواد سمی نظیر اکسید نیتروژن وجود دارد)
- مصرف انرژی کمتر (زیرا با روش فیزیکی تغلیظ انجام می‌شود و بر خلاف روش الترولیز آب یا کرایوژنیک، نیاز به برق زیاد یا تغییر فاز گازی ندارد)
- ایمن‌تر (زیرا ذخیره‌سازی اکسیژن به صورت گاز می‌باشد نه مایع)
بطور کلی روش PSA یک فناوری پیشرفته و قابل اعتماد برای جداسازی گازها است که بر اساس جذب سطحی و تغییرات فشار کار می‌کند. این روش، به طور گسترده در صنایع مختلف کاربرد دارد. علاوه بر موارد فوق، می‌توانید سایر مزایای تولید اکسیژن به روش PSA را از این قسمت بخوانید.
شایان ذکر است که مطابق با استاندارد ملی به‌شماره 10766 روشPSA توانایی تولید اکسیژن با خلوص بالا (حداقل 90 درصد) جهت مصارف بیماران را دارا می‌باشد. این هوای غنی از اکسیژن طی سازوکاری مشخص و بر اساس تجویز پزشکان که اغلب با واحد لیتر در دقیقه (L/m or Liter Per Minute) می‌باشد، مورد استفاده بیماران قرار می‌گیرد.
مقاله دستگاه‌های اکسیژن‌ساز بیمارستانی چگونه کار می‌کنند؟ را هم مطالعه کنید
منابع :
- استاندارد ملی به شماره 10766
- استاندارد ملی به شماره 304 (سیلندرهای گازهای طبی برای مصارف پزشکی- نشانه‌گذاری برای تشخیص محتوای سیلندر)
- دستورالعمل اجرایی دستگاه‌های اکسیژن‌ساز به روش PSA – اداره کل تجهیزات پزشکی وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی
