医药行业动物房废水预处理措施的探讨

邓国华

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

药品安全始终是全球制药业、政府监管与公众关注的焦点。对于许多制药企业而言，随着药品动物试验的广泛应用，动物房已逐渐成为药厂基本配置。实验动物主要用于无菌制剂的质量控制和新药研发的临床前安全评价。在无菌制剂的质量控制环节，主要包括了注射剂的热原检查、生物制品的热原、异常毒性检查，以及部分注射剂和生物制品的升压或降压物质检查，实验动物大多是鼠、兔等小动物。在新药研发的临床前安全评价环节，需要开展急性慢性毒性、病理组织学、生殖毒性、遗传毒性、安全药理学等各项研究，所涉及实验动物的种类也从鼠、兔等小动物到犬、猴等大动物。

随着医药行业所使用动物数量及规模的不断增加，尤其是近年来，新药研发企业大量涌现,药物临床前安全评价的市场迅速扩张。笔者认为，对动物房废水处理问题的重视程度亟需提高，动物房废水不应成为医药行业内的企业污染防治的盲点。

1 动物房废水的基本情况

一般医药企业的动物房分为普通动物房和动物生物安全实验室两大类。我国大部分医药企业的动物房为普通动物实验室；少数生物制品企业和新药研发单位的动物房属于动物生物安全实验室，一般为ABSL-3以下级别。根据动物实验室内涉及的病原微生物的情况，以ABSL-1、ABSL-2、ABSL-3、ABSL-4（animal bio-safety level，ABSL）表示从事动物活体操作的实验室的相应生物安全防护水平。一级防护水平最低，四级防护水平最高。

动物房废水的主要来源是大动物（猴、犬等）的排泄物，动物实验过程中产生的废水，动物笼具冲洗水和地面冲洗水等。

动物房废水有其自身的特点, 比如日排水量较大，且随实验进展程度有较大波动且间断性强。对于拥有大动物的动物房，其废水可能含有动物毛发、粪便、尿液和血液等。对于生物安全防护水平较高的动物房废水，可能含有活的病毒、细菌、真菌或者寄生虫等病原微生物，潜在风险较大。

2 动物房废水的处置要求

针对医药行业动物房废水，环保部门还没有出台具体的处理规范和污染物排放的标准，但建设项目环评及批复中一般都要求此类废水先要进行预处理后，才能纳入城市排水管网或企业污水处理站进行后续处理。

对于普通动物实验室、生物安全防护水平较低的动物实验室（ABSL-1 及以下级别）产生的废水，由于该类实验室一般都不涉及高致病性病原微生物，且生物危害可预知。其废水预处理的要求一般是参照 《医疗机构水污染物排放标准》（GB18466—2005）。具体是在该标准的表1 传染病、结核病医疗机构水污染物排放限值中选取粪大肠菌群数、肠道致病菌、肠道病毒和结核杆菌作为卫生指标执行（详见表1）。上述废水，目前采取的常规处置措施是采用化学消毒进行预处理。

表1 传染病、结核病医疗机构水污染物排放限值（日均值）

对于防护水平较高的动物房废水，可能含有高致病性病原微生物，其预处理措施会依据生物安全实验室的相关要求执行。《实验室生物安全通用要求》（GB19489—2008）中规定，“对于生物安全防护水平较高的动物生物安全实验室（ABSL-2 及以上级别）产生的废水，应消毒灭菌处理”；《生物安全实验室建筑技术规范》（GB50346—2011）中规定，“ABSL-2 防护区污水的处理装置可采用化学消毒或高温灭菌方式。三级和四级生物安全实验室防护区活毒废水的处理装置应采用高温灭菌方式”。目前在实际项目中，一般在动物房内设独立管网收集废水，收集后的废水需统一进行灭菌预处理，多以高温灭菌法为常见。动物房可能涉及的高致病性病原微生物种类主要取决于其实验内容和特点，一般会选择一定时期内操作的特定微生物作为目标微生物，以监测灭菌效果。

3 动物房废水的化学消毒

3.1 常用化学消毒方式

3.1.1 液氯

液氯消毒由于其成本较低，是一种应用广泛的消毒方法。氯在水中分解产生次氯酸，依靠其较强的氧化作用可以灭活水中的绝大多数致病细菌。但是液氯消毒也有明显的缺点，液氯与水中的氨反应会生成氯胺，降低消毒效率。另外，液氯消毒容易产生副产物，如三氯甲烷等，有生物毒性。因此，目前液氯消毒在国内逐渐受到限制。

3.1.2 二氧化氯

二氧化氯是目前公认的安全高效的强力杀菌剂，对废水中病原微生物包括病毒、芽孢、异养菌和真菌等，均有杀灭效果。其主要优势是消毒过程不产生有机氯化物，消毒效果不受pH 的影响。但其制取设备相对复杂，对操作管理要求比较高。

3.1.3 次氯酸钠

次氯酸钠也是使用较早的一种消毒剂，其原理是利用次氯酸根与水反应生成弱电解质的次氯酸，其消毒机理与液氯消毒相同。次氯酸钠消毒剂可以直接在市场上购买，来源较为方便。但次氯酸钠消毒剂消毒能力弱，溶液易变质，不易储存。

3.1.4 臭氧

臭氧具有很强的氧化能力，其氧化性比氧、氯、二氧化氯以及高锰酸钾等都高，是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧在水溶液中分解产生的自由基活性，对微生物的灭活效果比几种含氯消毒剂都好，杀菌能力大约是次氯酸的10～100 倍。但是，目前国内生产的臭氧发生器一般都以空气为原料，产率比较低，设备复杂，投资大，运行能耗大，所以臭氧消毒的性价比不高。另外，空气中臭氧浓度超过一定的限值对人体健康有害，使用时必须有相应的安全防范措施，如尾气处理。

目前工程实践中含氯消毒剂的投加量一般为30～50 mg/L，接触时间一般大于1.5 h，余氯要求控制在6.5～10 mg/L。臭氧的投加量一般为30～50 mg/L，接触时间一般大于0.5 h。采用含氯消毒剂进行废水预处理后，废水可能会存在一些生物毒性，如果直接并入企业二级污水处理站会对生化处理产生影响，因此需要考虑脱氯的问题。目前常见的脱氯方式是添加过量的二氧化硫等还原性药剂(如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钠)。另外，活性炭也是一种较好的脱氯剂[1]。

总之，动物房废水化学消毒预处理措施的选择，既要考虑消毒效果、运行的安全稳定，又要兼顾投资成本、运行费用。企业可以结合厂内二级污水处理站出水的消毒工艺，统筹考虑废水预处理化学消毒剂的选择。目前，含氯消毒剂仍占有主导地位，尤其在中型以下规模的药品生产企业和以药物安全评价、研发为主业的企业被广泛应用。对于大型药品生产企业，由于其自身的生产管理水平较高，逐步开始使用臭氧技术，一方面可以对企业污水处理站的废水进行深度处理，另一方面可以兼顾动物房废水的消毒问题。

3.2 工程实例

国内某临床前药物安全评价研究中心，拥有80 间非啮齿类实验动物房和28 间啮齿类实验动物房。动物房均属于普通动物实验室，不涉及生物安全等级。企业的废水主要来源是大动物（猴、犬等）的排泄物，动物实验过程中产生废水，动物笼具冲洗水、地面冲洗水和生活污水等。由于企业位于工业园区内，废水经预处理满足园区污水厂纳管标准即可。厂内污水处理设施的设计进出水水质情况见表2。

笔者设计废水预处理系统时采用了“化粪池+二氧化氯消毒”的工艺。动物房的废水收集后首先排至化粪池，其出水经调节后，由泵（带铰刀）送至接触消毒池用二氧化氯消毒后纳管排入园区污水处理厂。该项目的废水预处理流程见图1。

表2 污水处理设施设计进、出水水质

图1 某临床前药物安全评价研究中心动物房废水预处理工艺

化粪池的设计参数是依据废水停留时间不小于36 h，污泥清掏周期1a，在给排水图集03S702 中直接选用的。标准的三格式设计，前端一格初步沉渣，后面两格进行污水厌氧腐化处理。实践证明通过化粪池的设置，可以有效去除部分SS 及有机物污染物，对后续二氧化氯投加量的控制极为有利。二氧化氯是按45 mg/L 投加量投加，消毒接触时间按1.5 h 设计。该项目建成投运以来，出水水质均满足园区污水厂的接管标准，达到预期设计效果，可见该预处理措施是完全可行的。

对于建设在工业园区内的药物安全评价企业，其废水来源主要是动物房废水，选择氧化性较强的二氧化氯化学消毒剂，即可满足消毒要求，又可以对COD的去除产生一定效果。一般废水经上述流程处理后即可满足纳管标准，接入园区污水管网。因此，上述废水预处理流程对于类似企业是可借鉴的。

4 动物房废水的高温灭菌

4.1 高温灭菌的原理

高温对废水中微生物有明显的致死作用。高温灭菌主要是利用高温使菌体变性或凝固，酶失去活性，而使细菌死亡。但在细菌凝固之前，DNA 单螺旋断裂的细微变化已发生，可能是主要的致死因素。高温下病毒DNA 和RNA 中的化学键吸收热量导致键断裂的过程是病毒高温失活的核心。细菌蛋白质、核酸等化学结构是由氢键连接的，而氢键是较弱的化学键，当菌体受热时，氢键遭到破坏，蛋白质、核酸、酶等结构也随之被破坏，失去其生物学活性，导致细菌死亡。此外，高温亦可导致胞膜功能损伤而使小分子物质以及降解的核糖体漏出。

4.2 工艺流程

废水高温灭菌一般有序批式和连续式两种方式。

4.2.1 序批式

废水收集后送至温控灭菌罐（不同灭菌罐之间可以相互切换）进行高温灭菌处理，在温控灭菌罐内保持灭活的温度并停留一定时间，待病菌全部被杀死后,废水需冷却至40℃以下后,并入企业的污水处理站。具体流程示意见图2。

4.2.2 连续式

废水进入调节罐后，经热交换器预加热处理后进入加热灭菌器，在灭菌器内废水被高温灭菌，已灭菌的废水再进入热交换器进行冷却，冷却后的废水通过排污口排出，热交换器是使已灭菌的高温废水对进入待处理废水进行预加热，同时自己得到冷却，以节约能源。具体流程示意见图3。

图2 序批式蒸汽加热灭菌装置流程示意图

图3 连续式高温灭菌装置流程示意图

相比较而言，序批式高温灭菌主要优势是初期投资小，在系统故障时可以临时用化学消毒法替代，灭菌罐互为备用便于检修；缺点是占地面积较大，废水等待处理时间较长。连续式高温灭菌主要优势是处理能力强，最大限度减少废水的储存量，加热效率高，大幅降低了加热时间和能量损耗，且节省空间[2]。缺点是初期投资较高，故障应急措施不够完善，一般没有备用设备。序批式和连续式高温灭菌工艺各有特点，但两者安全可靠，均可以灵活调整灭菌的温度和废水接触时间。二者根本区别在于序批式将废水储存后再处理，连续式则采取边收集边处理的方式。总之，以上两种高温灭菌方式各有利弊，设计时需结合实际工程的特点合理选择。

4.3 废水高温灭菌的影响因素

4.3.1 温度

温度是保证彻底消灭各种病毒、病原体最关键因素。温度一般采用121℃、134℃等[3]，由于现在已发现耐热达到此温度的病菌，故新近发展的热处理技术设备温度已能达到l50℃或更高。

4.3.2 接触时间

一定的接触时间，是灭菌效果的重要保证，接触时间可根据需要调整，是技术设备先进性的标志之一。在实际应用时，一般要求达到灭菌的程度，以微生物数目降低6 个数量级或达到10-6级为准，即微生物残留的概率为百万分之一。目前实验室废水通常的灭菌时间为30 min。

4.3.3 冷却方式

由于废水被加热，必须冷却到一定温度以下才能并入企业污水处理站。

序批式高温灭菌一般采用夹套冷却的方式，当灭菌过程完成后，冷却循环水进入夹套对罐体内高温废水进行冷却，将废水温度由100～150℃降至40℃以下[4]。

连续式高温灭菌一般采用热交换器进行热交换的方式，该方式只冷却最终液体，通过热电偶以及PLC控制，保证外排废水温度达到40℃以下。罐体的热量可以保留，这样可节省大量冷却水以及下次加热所需能量，处理效率高。

5 结束语

动物房的废水属于可能含有致病微生物和未知生物因子的生物危害废水，严重威胁着环境安全和人群健康，必须进行无害化的预处理。同时，需要依据动物房的防护水平有针对性的选择合适的消毒灭菌措施，既要坚决杜绝环境污染事故的发生，也要避免出现“大马拉小车”的现象。笔者认为为了控制废水消毒灭菌的效果，建议采用指示微生物作为检验指标。指示微生物应选择耐受性强、易于检测的微生物做指标。比如枯草芽胞杆菌黑色变种芽孢耐消毒剂和物理消毒的条件强于一般的病原微生物，易于获得和检测，无致病性，可以选择其作为指示微生物指标。

[1] 王荣生,黄翔峰,谢浩，等.城市污水厂尾水氯消毒及其余氯控制技术进展[J].贵州环保科技.2003,9(4):16～20.

[2] 魏琨.某生物安全实验室废水处理工艺选择[J].工程建设与设计. 2008(z1):56～58.

[3] 王冠军,谢思桃. 生物危害废水处理技术与设备的优化选择研究[J].中国医院.2006,10(10):9～12.

[4] 吴新洲,张亦静.浅谈高级别生物安全实验室活毒废水处理系统[J].洁净与空调技术. 2008(3):40～43.