醫藥行業動物房廢水預處理措施的探討

鄧國華

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

藥品安全始終是全球制藥業、政府監管與公眾關注的焦點。對于許多制藥企業而言，隨著藥品動物試驗的廣泛應用，動物房已逐漸成為藥廠基本配置。實驗動物主要用于無菌制劑的質量控制和新藥研發的臨床前安全評價。在無菌制劑的質量控制環節，主要包括了注射劑的熱原檢查、生物制品的熱原、異常毒性檢查，以及部分注射劑和生物制品的升壓或降壓物質檢查，實驗動物大多是鼠、兔等小動物。在新藥研發的臨床前安全評價環節，需要開展急性慢性毒性、病理組織學、生殖毒性、遺傳毒性、安全藥理學等各項研究，所涉及實驗動物的種類也從鼠、兔等小動物到犬、猴等大動物。

隨著醫藥行業所使用動物數量及規模的不斷增加，尤其是近年來，新藥研發企業大量涌現,藥物臨床前安全評價的市場迅速擴張。筆者認為，對動物房廢水處理問題的重視程度亟需提高，動物房廢水不應成為醫藥行業內的企業污染防治的盲點。

1 動物房廢水的基本情況

一般醫藥企業的動物房分為普通動物房和動物生物安全實驗室兩大類。我國大部分醫藥企業的動物房為普通動物實驗室；少數生物制品企業和新藥研發單位的動物房屬于動物生物安全實驗室，一般為ABSL-3以下級別。根據動物實驗室內涉及的病原微生物的情況，以ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4（animal bio-safety level，ABSL）表示從事動物活體操作的實驗室的相應生物安全防護水平。一級防護水平最低，四級防護水平最高。

動物房廢水的主要來源是大動物（猴、犬等）的排泄物，動物實驗過程中產生的廢水，動物籠具沖洗水和地面沖洗水等。

動物房廢水有其自身的特點, 比如日排水量較大，且隨實驗進展程度有較大波動且間斷性強。對于擁有大動物的動物房，其廢水可能含有動物毛發、糞便、尿液和血液等。對于生物安全防護水平較高的動物房廢水，可能含有活的病毒、細菌、真菌或者寄生蟲等病原微生物，潛在風險較大。

2 動物房廢水的處置要求

針對醫藥行業動物房廢水，環保部門還沒有出臺具體的處理規范和污染物排放的標準，但建設項目環評及批復中一般都要求此類廢水先要進行預處理后，才能納入城市排水管網或企業污水處理站進行后續處理。

對于普通動物實驗室、生物安全防護水平較低的動物實驗室（ABSL-1 及以下級別）產生的廢水，由于該類實驗室一般都不涉及高致病性病原微生物，且生物危害可預知。其廢水預處理的要求一般是參照 《醫療機構水污染物排放標準》（GB18466—2005）。具體是在該標準的表1 傳染病、結核病醫療機構水污染物排放限值中選取糞大腸菌群數、腸道致病菌、腸道病毒和結核桿菌作為衛生指標執行（詳見表1）。上述廢水，目前采取的常規處置措施是采用化學消毒進行預處理。

表1 傳染病、結核病醫療機構水污染物排放限值（日均值）

對于防護水平較高的動物房廢水，可能含有高致病性病原微生物，其預處理措施會依據生物安全實驗室的相關要求執行。《實驗室生物安全通用要求》（GB19489—2008）中規定，“對于生物安全防護水平較高的動物生物安全實驗室（ABSL-2 及以上級別）產生的廢水，應消毒滅菌處理”；《生物安全實驗室建筑技術規范》（GB50346—2011）中規定，“ABSL-2 防護區污水的處理裝置可采用化學消毒或高溫滅菌方式。三級和四級生物安全實驗室防護區活毒廢水的處理裝置應采用高溫滅菌方式”。目前在實際項目中，一般在動物房內設獨立管網收集廢水，收集后的廢水需統一進行滅菌預處理，多以高溫滅菌法為常見。動物房可能涉及的高致病性病原微生物種類主要取決于其實驗內容和特點，一般會選擇一定時期內操作的特定微生物作為目標微生物，以監測滅菌效果。

3 動物房廢水的化學消毒

3.1 常用化學消毒方式

3.1.1 液氯

液氯消毒由于其成本較低，是一種應用廣泛的消毒方法。氯在水中分解產生次氯酸，依靠其較強的氧化作用可以滅活水中的絕大多數致病細菌。但是液氯消毒也有明顯的缺點，液氯與水中的氨反應會生成氯胺，降低消毒效率。另外，液氯消毒容易產生副產物，如三氯甲烷等，有生物毒性。因此，目前液氯消毒在國內逐漸受到限制。

3.1.2 二氧化氯

二氧化氯是目前公認的安全高效的強力殺菌劑，對廢水中病原微生物包括病毒、芽孢、異養菌和真菌等，均有殺滅效果。其主要優勢是消毒過程不產生有機氯化物，消毒效果不受pH 的影響。但其制取設備相對復雜，對操作管理要求比較高。

3.1.3 次氯酸鈉

次氯酸鈉也是使用較早的一種消毒劑，其原理是利用次氯酸根與水反應生成弱電解質的次氯酸，其消毒機理與液氯消毒相同。次氯酸鈉消毒劑可以直接在市場上購買，來源較為方便。但次氯酸鈉消毒劑消毒能力弱，溶液易變質，不易儲存。

3.1.4 臭氧

臭氧具有很強的氧化能力，其氧化性比氧、氯、二氧化氯以及高錳酸鉀等都高，是常用氧化劑中氧化能力最強的。同時，臭氧在水溶液中分解產生的自由基活性，對微生物的滅活效果比幾種含氯消毒劑都好，殺菌能力大約是次氯酸的10～100 倍。但是，目前國內生產的臭氧發生器一般都以空氣為原料，產率比較低，設備復雜，投資大，運行能耗大，所以臭氧消毒的性價比不高。另外，空氣中臭氧濃度超過一定的限值對人體健康有害，使用時必須有相應的安全防范措施，如尾氣處理。

目前工程實踐中含氯消毒劑的投加量一般為30～50 mg/L，接觸時間一般大于1.5 h，余氯要求控制在6.5～10 mg/L。臭氧的投加量一般為30～50 mg/L，接觸時間一般大于0.5 h。采用含氯消毒劑進行廢水預處理后，廢水可能會存在一些生物毒性，如果直接并入企業二級污水處理站會對生化處理產生影響，因此需要考慮脫氯的問題。目前常見的脫氯方式是添加過量的二氧化硫等還原性藥劑(如亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉、焦亞硫酸鈉)。另外，活性炭也是一種較好的脫氯劑[1]。

總之，動物房廢水化學消毒預處理措施的選擇，既要考慮消毒效果、運行的安全穩定，又要兼顧投資成本、運行費用。企業可以結合廠內二級污水處理站出水的消毒工藝，統籌考慮廢水預處理化學消毒劑的選擇。目前，含氯消毒劑仍占有主導地位，尤其在中型以下規模的藥品生產企業和以藥物安全評價、研發為主業的企業被廣泛應用。對于大型藥品生產企業，由于其自身的生產管理水平較高，逐步開始使用臭氧技術，一方面可以對企業污水處理站的廢水進行深度處理，另一方面可以兼顧動物房廢水的消毒問題。

3.2 工程實例

國內某臨床前藥物安全評價研究中心，擁有80 間非嚙齒類實驗動物房和28 間嚙齒類實驗動物房。動物房均屬于普通動物實驗室，不涉及生物安全等級。企業的廢水主要來源是大動物（猴、犬等）的排泄物，動物實驗過程中產生廢水，動物籠具沖洗水、地面沖洗水和生活污水等。由于企業位于工業園區內，廢水經預處理滿足園區污水廠納管標準即可。廠內污水處理設施的設計進出水水質情況見表2。

筆者設計廢水預處理系統時采用了“化糞池+二氧化氯消毒”的工藝。動物房的廢水收集后首先排至化糞池，其出水經調節后，由泵（帶鉸刀）送至接觸消毒池用二氧化氯消毒后納管排入園區污水處理廠。該項目的廢水預處理流程見圖1。

表2 污水處理設施設計進、出水水質

圖1 某臨床前藥物安全評價研究中心動物房廢水預處理工藝

化糞池的設計參數是依據廢水停留時間不小于36 h，污泥清掏周期1a，在給排水圖集03S702 中直接選用的。標準的三格式設計，前端一格初步沉渣，后面兩格進行污水厭氧腐化處理。實踐證明通過化糞池的設置，可以有效去除部分SS 及有機物污染物，對后續二氧化氯投加量的控制極為有利。二氧化氯是按45 mg/L 投加量投加，消毒接觸時間按1.5 h 設計。該項目建成投運以來，出水水質均滿足園區污水廠的接管標準，達到預期設計效果，可見該預處理措施是完全可行的。

對于建設在工業園區內的藥物安全評價企業，其廢水來源主要是動物房廢水，選擇氧化性較強的二氧化氯化學消毒劑，即可滿足消毒要求，又可以對COD的去除產生一定效果。一般廢水經上述流程處理后即可滿足納管標準，接入園區污水管網。因此，上述廢水預處理流程對于類似企業是可借鑒的。

4 動物房廢水的高溫滅菌

4.1 高溫滅菌的原理

高溫對廢水中微生物有明顯的致死作用。高溫滅菌主要是利用高溫使菌體變性或凝固，酶失去活性，而使細菌死亡。但在細菌凝固之前，DNA 單螺旋斷裂的細微變化已發生，可能是主要的致死因素。高溫下病毒DNA 和RNA 中的化學鍵吸收熱量導致鍵斷裂的過程是病毒高溫失活的核心。細菌蛋白質、核酸等化學結構是由氫鍵連接的，而氫鍵是較弱的化學鍵，當菌體受熱時，氫鍵遭到破壞，蛋白質、核酸、酶等結構也隨之被破壞，失去其生物學活性，導致細菌死亡。此外，高溫亦可導致胞膜功能損傷而使小分子物質以及降解的核糖體漏出。

4.2 工藝流程

廢水高溫滅菌一般有序批式和連續式兩種方式。

4.2.1 序批式

廢水收集后送至溫控滅菌罐（不同滅菌罐之間可以相互切換）進行高溫滅菌處理，在溫控滅菌罐內保持滅活的溫度并停留一定時間，待病菌全部被殺死后,廢水需冷卻至40℃以下后,并入企業的污水處理站。具體流程示意見圖2。

4.2.2 連續式

廢水進入調節罐后，經熱交換器預加熱處理后進入加熱滅菌器，在滅菌器內廢水被高溫滅菌，已滅菌的廢水再進入熱交換器進行冷卻，冷卻后的廢水通過排污口排出，熱交換器是使已滅菌的高溫廢水對進入待處理廢水進行預加熱，同時自己得到冷卻，以節約能源。具體流程示意見圖3。

圖2 序批式蒸汽加熱滅菌裝置流程示意圖

圖3 連續式高溫滅菌裝置流程示意圖

相比較而言，序批式高溫滅菌主要優勢是初期投資小，在系統故障時可以臨時用化學消毒法替代，滅菌罐互為備用便于檢修；缺點是占地面積較大，廢水等待處理時間較長。連續式高溫滅菌主要優勢是處理能力強，最大限度減少廢水的儲存量，加熱效率高，大幅降低了加熱時間和能量損耗，且節省空間[2]。缺點是初期投資較高，故障應急措施不夠完善，一般沒有備用設備。序批式和連續式高溫滅菌工藝各有特點，但兩者安全可靠，均可以靈活調整滅菌的溫度和廢水接觸時間。二者根本區別在于序批式將廢水儲存后再處理，連續式則采取邊收集邊處理的方式。總之，以上兩種高溫滅菌方式各有利弊，設計時需結合實際工程的特點合理選擇。

4.3 廢水高溫滅菌的影響因素

4.3.1 溫度

溫度是保證徹底消滅各種病毒、病原體最關鍵因素。溫度一般采用121℃、134℃等[3]，由于現在已發現耐熱達到此溫度的病菌，故新近發展的熱處理技術設備溫度已能達到l50℃或更高。

4.3.2 接觸時間

一定的接觸時間，是滅菌效果的重要保證，接觸時間可根據需要調整，是技術設備先進性的標志之一。在實際應用時，一般要求達到滅菌的程度，以微生物數目降低6 個數量級或達到10-6級為準，即微生物殘留的概率為百萬分之一。目前實驗室廢水通常的滅菌時間為30 min。

4.3.3 冷卻方式

由于廢水被加熱，必須冷卻到一定溫度以下才能并入企業污水處理站。

序批式高溫滅菌一般采用夾套冷卻的方式，當滅菌過程完成后，冷卻循環水進入夾套對罐體內高溫廢水進行冷卻，將廢水溫度由100～150℃降至40℃以下[4]。

連續式高溫滅菌一般采用熱交換器進行熱交換的方式，該方式只冷卻最終液體，通過熱電偶以及PLC控制，保證外排廢水溫度達到40℃以下。罐體的熱量可以保留，這樣可節省大量冷卻水以及下次加熱所需能量，處理效率高。

5 結束語

動物房的廢水屬于可能含有致病微生物和未知生物因子的生物危害廢水，嚴重威脅著環境安全和人群健康，必須進行無害化的預處理。同時，需要依據動物房的防護水平有針對性的選擇合適的消毒滅菌措施，既要堅決杜絕環境污染事故的發生，也要避免出現“大馬拉小車”的現象。筆者認為為了控制廢水消毒滅菌的效果，建議采用指示微生物作為檢驗指標。指示微生物應選擇耐受性強、易于檢測的微生物做指標。比如枯草芽胞桿菌黑色變種芽孢耐消毒劑和物理消毒的條件強于一般的病原微生物，易于獲得和檢測，無致病性，可以選擇其作為指示微生物指標。

[1] 王榮生,黃翔峰,謝浩，等.城市污水廠尾水氯消毒及其余氯控制技術進展[J].貴州環保科技.2003,9(4):16～20.

[2] 魏琨.某生物安全實驗室廢水處理工藝選擇[J].工程建設與設計. 2008(z1):56～58.

[3] 王冠軍,謝思桃. 生物危害廢水處理技術與設備的優化選擇研究[J].中國醫院.2006,10(10):9～12.

[4] 吳新洲,張亦靜.淺談高級別生物安全實驗室活毒廢水處理系統[J].潔凈與空調技術. 2008(3):40～43.