微生物实验室给排水系统设计探讨

（中国海诚工程科技股份有限公司，上海 200031）

十三五规划《医药工业发展规划指南》（工信部联规〔2016〕350号）于2016年11月印发，规划指出，“推进重点领域发展，大力发展生物制药，加快新技术的开发和应用，促进产品、技术、质量升级。”在国家政策扶持下，在工程领域，抗体药物、重组蛋白质药物、疫苗等生物制药工程项目占比份额越来越大。2020年新冠肺炎疫情的大规模爆发，使得生物制药行业受到前所未有的关注。其中，生物安全实验室作为生物制药工程的重要组成部分，设计的专业性尤为重要。

生物安全实验室是通过防护屏障和管理措施，达到生物安全要求的微生物实验室和动物实验室，包括主实验室及其辅助用房[1]。张亦静[2]对国外某四级生物安全实验室给排水系统做了介绍，但由于已建设30余年，且设置在国外，故和国内规范要求有所差异。汤福南[3]、杨轶辉等[4]、谭立国等[5]从理论上介绍了生物安全实验室的给排水设计，但由于时间较为久远，不能覆盖目前相关规范要求。本文结合实际工程项目及生物安全等级，重点讨论微生物实验室的设计。

1 生物实验室的分级

根据实验室所处理对象的生物危害程度和采取的防护措施，生物安全实验室分为四级。微生物安全实验室可采用BSL-1、 BSL-2、BSL-3、BSL-4（Bio-Safety Level，BSL）表示相应级别的实验室[1]。其中BSL-1 防护水平最低，BSL-4 防护水平最高[6]。

2 给排水相关设计要点

目前国内建成的BSL-4生物安全实验室仅有一个，BSL-3生物安全实验室较少，大多为BSL-2生物安全实验室。笔者做过的研发类医药实验室和质检类医药实验室最高设计级别为BSL-3级，大多为BSL-2级。按照规范要求[1]，BSL-1、BSL-2生物安全实验室无洁净要求，BSL-3、BSL-4生物安全实验室有一定的洁净要求（10 000级）。

本文以医药实验室工程为例，重点探讨微生物实验室的给排水相关设计要点。

浙江某生物药业有限公司新建QC 实验室项目设计从2015年开始，于2017年竣工验收。该项目在厂区原有11#楼三层进行内部装修设计，该层楼面原为毛坯状态。内装区域面积为4 248 m2，新增设备夹层184 m2。原有厂房三层，建筑高度14.3 m，占地面积4 248 m2，丙类厂房，耐火等级二级。内装QC 实验室主要包含生物实验室和化学实验室，其中微生物实验室最高生物等级为BSL-2级，但根据业主要求部分区域设计标准采用BSL-3级。项目涉及的洁净等级包含B、C、D级洁净室，另有大部分CNC区域。给排水专业设计范围：室内生产给排水系统、茶水间给排水系统、消防废水收集系统、消火栓系统和自动喷水灭火系统。下面以此项目为例，探讨微生物实验室的给排水工程设计要点。

2.1 给水系统设计要点

给水系统设计要点如图1所示。

图1 生物安全实验室给水系统示意Fig.1 Water supply diagram of biosafety laboratory

2.1.1 空气间隙的设置

本项目生活生产给水彻底分开。根据GB 50015—2019《建筑给水排水设计规范》3.3.9[7]的规定，本QC 实验室设置工艺生产专用给水水箱，用于形成空气间隙。水箱设置于室外CUB区域，采用恒压变频箱泵一体化增压设备，水箱补水管与溢流水位空气间隙为150 mm，水箱有效容积8 m3，水泵三台，两用一备，单台Q= 16 m3/h，H= 45.0 m，N= 4.0 kW，自带隔膜式气压罐等设备。茶水间生活用水就近接自卫生间生活给水管道。

微生物安全实验室空气间隙的设置，可以避免微生物安全实验室活性有毒有害物质的回流污染，将污染在给水水箱处隔断。根据上海某制药公司用户反馈，曾经对设置有空气间隙的生物安全实验室专用给水水箱内的水质进行活性物质监测，确实监测到了活性物质的存在，这一监测结果进一步证实了设置空气间隙的必要性。

对于BSL-4 微生物安全实验室，根据GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》6.2.2[1]的规定，BSL-1、BSL-2和BSL-3 实验室工作人员在停水的情况下可完成实验安全退出，故不考虑市政停水的影响，四级生物安全实验室宜设置断流水箱。由于四级生物安全实验室的高风险和高回流污染风险，设置断流水箱有两个目的，一个是储存不少于一天的实验区用水满足市政断水期间实验室人员用水，另一个是防止对其他区域造成回流污染。

2.1.2 卫生及防护设施的设置

生物安全实验室洗手池、洗眼器、紧急冲淋等设施的设置遵守如下设计原则[1]。

BSL-1和BSL-2生物安全实验室应设洗手装置，并设置在靠近实验室的出口处。BSL-3和BSL-4生物安全实验室的洗手装置应设置在主实验室出口处，对于用水的洗手装置供水应采用非手动开关。BSL-2、BSL-3和BSL-4生物安全实验室应设紧急洗眼器。BSL-1生物安全实验室内操作刺激或腐蚀性物质时，应在30 m 内设紧急洗眼器，必要时应设紧急淋浴装置。

本项目BSL-1、BSL-2、BSL-3级区域按以上要求设有洗手装置、紧急洗眼器和紧急冲淋装置。

2.1.3 其他

根据GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》6.2.1[1]条规定，本项目在实验室专用生产水箱之后，进入生物实验室的专用引入管起端设置倒流防止器。且设置于辅助工作区。另外，引入洁净区域内部的明敷给水管须采用不锈钢管材或其他不污染环境的管材，且应采取防结露措施，防结露外表面应光滑、易于清洗。

本项目范围内BSL-3 实验室无用水需求。如项目中出现BSL-3和BSL-4生物实验室给水，还需遵守如下设计原则[1]：BSL-3和BSL-4生物安全实验室防护区的给水管路应以主实验室为单元设置检修阀门和止回阀。BSL-3和BSL-4生物安全实验室的给水管路应涂上区别于一般水管的醒目颜色。

有关BSL-4生物安全实验室，宜设专用断流水箱，水箱容积宜按照一天的用水量进行计算，保证紧急情况下的用水，同时利用断流水箱的空气隔断防止对其他区域造成的回流污染。

2.2 排水系统设计要点

排水系统设计要点如图2、图3所示。

图2 BSL-1/2/3生物安全实验室排水系统示意Fig.2 Water drainage diagram of BSL-1/2/3 biosafety laboratory

图3 BSL-4生物安全实验室排水系统示意Fig.3 Water drainage diagram of BSL-4 biosafety laboratory

2.2.1 活毒废水的灭活预处理

本项目BSL-3 实验室区域设有高温灭菌反应釜，灭活后污水再由专业部门回收处理，不排入本单体生产废水系统。BSL-1，BSL-2 实验室区域的活毒废水经工艺专业高温灭菌釜灭活后，排入本单体生产废水系统。需特别注意的是，BSL-3和BSL-4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，不能采用化学灭菌方式[1]。

2.2.2 独立的排水系统

根据GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》6.3.7[1]条规定，生物安全实验室防护区排水系统的通气口应单独设置，不应接入空调通风系统的排风管道。规范中仅强调不应接入通风系统，从此规定的条文解释中，得知其目的是避免通风系统的负压破坏排水系统的水封，同时也避免污染排风系统。实际工程中，鉴于生物实验室排水管道在特殊使用状况（如灭菌釜出现异常）时可能存在活毒风险，为减少其他排水系统对生物排水系统的水封破坏，同时避免交叉污染，生物安全实验室排水系统一般设计为独立的排水系统。本项目生物实验室排水理论上无活性，但仍采用独立的排水系统。

2.2.3 其他

实验室排水设计中还应特别注意以下几点：

（1）局部工艺设备排水是否有超过40℃的高温废水或者有压废水。前者需采用耐高温耐酸碱管道，或就地降温或设置室外降温池；后者需就地设置缓压罐将有压废水转变为无压废水再排入废水系统。本项目部分设备排水为有压废水，在设备旁边就地设置了10 L 缓压罐，有压废水经缓压罐后转变为重力流废水，再排入废水系统。

（2）排水管材需具有优良的耐酸碱性能，根据具体的酸碱浓度及种类（是否具有氧化性）选用排水管材。可考虑的管材有：UPVC、HDPE、FRPP、PP、高硅奥氏体不锈钢等管材。本项目实验室涉及硫酸、盐酸，不含其他氧化性酸，且据业主及工艺专业提资，纳入排水系统管道的废水中硫酸浓度很低，不具氧化性，故采用HDPE 管材。

（3）洁净区域排水要点[8]：空气洁净度为100级（相当于A级、B级）的医药洁净室内不应设置地漏，空气洁净度10 000级（相当于C级）、100 000级（相当于D级）的医药洁净室内，应少设置地漏，需设置时，地漏材质应不易腐蚀，内表面应光洁、易于清洗，应有密封盖，并应耐消毒灭菌；排水立管不应穿过空气洁净度100级（相当于A级、B级）、10 000级（相当于C级）的医药洁净室，排水立管穿越其他医药洁净室时，不应设置检查口。本项目B级区域未设置地漏，未设置排水立管；C、D级洁净区及CNC区域采用不锈钢带盖洁净专用地漏。

另外，如项目中出现BSL-3和BSL-4生物实验室排水，还需遵守如下设计原则：BSL-3和BSL-4级生物安全实验室防护区与建筑物下水系统完全隔离，下水应直接通向本实验室专用的消毒灭菌系统，应对消毒灭菌效果进行监测，以确保达到排放要求；BSL-3和BSL-4级生物安全实验室防护区应根据压差要求设置存水弯和地漏的水封深度；构造内无存水弯的卫生器具与排水管道连接时，必须在排水口以下设存水弯；排水管道水封处必须保证充满水或消毒液；BSL-3和BSL-4生物安全实验室的主实验室应设独立的排水支管，并应安装阀门，且应在适当位置预留采样口和采样操作空间；BSL-3和BSL-4级生物安全实验室防护区通气管口应设高效过滤器或其他可靠的消毒装置，同时应使通气管口四周的通风良好；BSL-3和BSL-4生物安全实验室辅助工作区的排水，应进行监测，并应采取适当的处理措施，以确保排放到市政管网之前达到排放要求；BSL-3和BSL-4生物安全实验室防护区排水管线宜明设，并与墙壁保持一定距离，便于检查维修[1，6]。

2.3 消防系统设计要点

2.3.1 消火栓系统设计要点

消火栓宜设置在非洁净区域或空气洁净度等级低的区域。设置在医药洁净区域的消火栓宜嵌入安装。设备层及可通行的技术夹层和技术夹道内，应设置消火栓和灭火器[8]。本项目均按以上要求设置消火栓，且在技术夹道内设有消火栓和灭火器。

2.3.2 自动喷水灭火系统设计要点

对于生物实验室，通常会有较贵重的设备，为防止误喷造成不必要的经济损失，宜设置预作用自动喷水灭火系统。实际工程中，应预先征求业主的意见，业主根据设备的贵重程度及项目状况给出指导性意见。根据GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》8.0.7[1]条规定，三级和四级生物安全实验室防护区不应设置自动喷水灭火系统。本项目根据企业内部要求，设置湿式自动喷水灭火系统。其中BSL-3生物安全实验室区域为避免有害因子泄漏，不设置自动喷水灭火系统[1]。本BSL-3生物安全实验室规模较小，设置手提式灭火器即可。

2.3.3 消防废水的收集贮存

就生物实验室消防废水收集方式而言，规范中均无明确规定。但实际项目中，环境影响评价报告通常对此类实验室消防废水的收集和贮存，尤其是贮存容积会有较明确的规定。本项目根据环评要求，在生物实验室及化学实验室的非防护区内设有消防专用不锈钢防干涸地漏，通过消防专用废水管道收集，排至厂区既有消防废水收集池。消防水量按照室内外消火栓系统及喷淋系统总用水量810 m3考虑。

3 结论和建议

实际工程往往情况比较复杂，平面布局千变万化，业主要求不尽相同，上述讨论内容不能覆盖所有问题。比如是否有FM 认证要求，是否考虑设置IG541 气体灭火或者高压细水雾灭火，环境影响评价报告对微生物实验室废水的预处理及监测是否有更严格的要求，对消防废水的收集和贮存是否有更严格的规定等，这些都需要根据项目具体情况，结合相关规范和业主要求，做深入而全面的考虑。同时，随着规范的升版，本论文中部分设计思路需要随着新的规范要求进行局部修正。另外，当存在BSL-3 甚至BSL-4生物安全实验室时，给排水相关系统的设计会发生较大变化，为避免有害因子泄露，设计需要尤其谨慎。