基于CHO细胞疫苗生产型生物医药企业的环境影响研究

涂津鹏

（浙江环龙环境保护有限公司 浙江杭州 310012）

随着生物医药产业技术的不断突破、相关政策的相继出台，我国生物医药产业呈现出百花齐放的趋势。依托各类医药港小镇、医药产业园等产业服务平台［1］，生物医药企业落地生根，生物医药研发能力和生产能力不断加强，造福社会。

CHO 细胞即中国仓鼠卵巢细胞（Chinese Hamster Ovary），是基因工程疫苗研究中最具有代表性的哺乳动物表达载体，也是用来表达外源蛋白最多、最成功的一类细胞［2］。基于CHO 细胞进行疫苗生产，也成为众多生物医药企业选择的产业方向［3］。与此同时，这类生产方式具有工艺复杂、产污环节多、污染因子多、污染防治措施投资大等特征。本文结合某生物医药企业的实际生产情况，对该企业的生产工艺及污染产生和防治情况进行深入分析，来研究这类生物医药企业的环境影响。

1 生产工艺及产污分析

1.1 企业生产概况

该生物医药企业主要生产疫苗产品，该产品是以重组CHO细胞培养为基础生产的蛋白类生物制品，企业采用外购CHO 细胞作为生产来源。在细胞放大培养过程中，在细胞体外会产生特异性目标蛋白。当培养到一定阶段，细胞产生特异性目标蛋白能力降低，此时停止培养，得到收获液。将含有细胞和细胞产生的特异性蛋白收获液通过离心、过滤、层析等方法进行分离，去除收获液中的细胞、细胞碎片和杂质蛋白等杂质，最后获得需要的特异性目标蛋白，该特异性目标蛋白即为该企业产品，最终产品的性状为含有一定比例目标蛋白的原液。

1.2 原辅材料及生产设备

企业生产过程中，主要涉及污染物产生的原辅材料有工作细胞、培养基、无机盐类、氨基酸类、盐酸、甲醇、乙醇、乙酸，以及乙腈、四氢呋喃等其他挥发性有机物。企业生产单元有原液生产车间、质控实验室、危化品库、废水处理站及废气处理设施、应急池。其中，纯水制备、细胞接种、生物反应、收获、纯化等工艺均位于原液生产车间内。主要生产设备有纯水制备系统、缓冲液制备器、培养基制备器、细胞培养器、离心机、深层过滤器、层析柱系统、超滤系统、蒸汽灭菌器、高压灭菌器、空压机、冷冻机、生物安全柜等。

1.3 工程分析

1.3.1 液体培养基配制

原液生产车间设置有独立操作的培养基配液间，根据不同的培养扩增工序所需的培养基用量进行配制，制得液体培养基［4］。然后，使用深度过滤包滤去未溶解的原辅料中的杂质，提供给生产使用。培养基的配制使用氨基酸、葡萄糖、维生素、无机盐等原辅料。本环节的产污主要为车间消毒废气及过滤废弃的沾染了培养基的器皿。

1.3.2 细胞复苏及扩增

从冷库中取出CHO细胞冻存管，转入接种间使其尽快融化。在生物安全柜中，用无菌移液管吸出CHO细胞悬液，放入已装有液体培养液的离心管中离心。在生物安全柜中弃离心上清液，得重悬细胞。将重悬细胞转移至已加有液体培养基的摇瓶中，依靠细胞的自然分裂进行扩增。之后，将细胞悬液、液体培养基转移到生物反应器中，继续细胞扩增。本环节的产污主要为呼吸作用产生的CO2。

1.3.3 目标蛋白收获

细胞培养液中含有CHO细胞、细胞碎片和特异性目标蛋白。利用离心机，将CHO 细胞、细胞碎片和目标蛋白分离开来，再利用过滤器的空隙，将细胞和细胞碎片截留在过滤器中，目标蛋白进入滤液。过滤结束后，继续用注射水冲洗，将残留在过滤器中的目标蛋白进一步洗出到滤液中。本环节的产污主要为冲洗废水及废过滤器等。

1.3.4 细胞纯化

（1）亲和层析。将具有特殊结构的亲和分子制成固相吸附剂放置在层析柱中。蛋白混合液通过层析柱时，与吸附剂具有亲和能力的目标蛋白会被吸附而滞留在层析柱中，可用洗脱液将其洗出；没有亲和力的蛋白由于不被吸附，直接流出，从而与目标蛋白分开［5］。本环节的产污主要为洗柱废水、亲和层析废水、废储液袋及废层析柱和填料。

（2）深层过滤。利用过滤器的空隙，将杂质蛋白截留在过滤器中，获得含目标蛋白的澄清过滤液。本环节的产污主要为冲洗废水、过滤废水、废储液袋、废深层过滤膜包和废除菌过滤器。

（3）离子层析。为进一步降低目标蛋白中的宿主蛋白、内毒素等杂质的含量，采用离子层析对目标蛋白进行纯化，即将带有特定电荷的目标蛋白结合在吸附填料上，使用冲洗液将杂质洗去，然后通过特定洗脱液将吸附在填料上的蛋白质洗脱下来，从而完成纯化。本环节的产污主要为洗柱废水、层析废水、废储液袋、废层析柱等。

（4）纳滤除病毒。为避免离子层析过程中外源性病毒进入目标蛋白，导致目标蛋白活性降低或消失，进行纳滤除病毒。本环节的产污主要为冲洗废水及废过滤膜包等。

（5）超滤浓缩换液。利用超滤浓缩换液原理，将最终纯化好的目标蛋白进行浓缩，将多余缓冲液分离出来，提高有效成分的含量。本环节的产污主要为冲洗废水、置换废水、废储液袋、废过滤膜包等。

（6）除菌过滤。为避免超滤过程中外源性细菌进入目标蛋白，导致目标蛋白活性降低或消失，进行除菌过滤。本环节的产污主要为储液袋、废除菌过滤滤芯等。

1.3.5 设备清洗及消毒

使用纯化水、混合清洗液、注射水进行设备清洗。清洗后，定期利用纯蒸汽进行消毒。本环节的产污主要为设备清洗废水、纯蒸汽消毒冷凝废水。

1.4 污染源分析

1.4.1 废气

企业生产过程中产生的废气主要有细胞复苏及扩增呼吸废气、质控实验室废气、消毒废气、废水处理站废气。生产废气中污染因子主要有氯化氢、甲醇、乙酸、非甲烷总烃，废水站废气污染物主要为氨、硫化氢、非甲烷总烃。

1.4.2 废水

企业生产过程中产生的废水主要有生产工艺废水、设备清洗废水、灭活蒸汽冷凝水、纯水制备浓水、废气处理装置排水和生活污水。其中，含有生物活性的生产废水经灭活罐灭活后进入废水处理站处理。

1.4.3 噪声

企业噪声主要来自离心机、清洗机、风机、空压机、离心机、冷水机组、冷却塔、软水制备机、注射水制备机、机泵等设备的运行噪声。

1.4.4 固体废物

企业产生的固体废物分为一般工业固体废物、危险废物和生活垃圾。其中，一般工业固体废物包括：纯水制备废RO膜、滤渣、滤芯、离子交换树脂，废水处理污泥；车间净化系统废滤芯。危险废物包括废一次性耗材、废弃培养基和实验废液、过期化学药品、废化学品包装、不合格产品、废气治理废活性炭、设备维护废机油。

2 污染防治措施及效果

2.1 废气治理措施

生产废气经收集后，经位于厂房楼顶的“碱洗+活性炭吸附”废气处理装置处理后高空排放，废水处理站废气收集后，经“碱洗+次氯酸钠氧化”废气处理装置处理后高空排放，可达到相应的排放标准要求。

2.2 废水治理措施

具有生物活性的生产废水经高温灭活后，与其他污染物浓度较高的生产废水汇于调节池，经密闭式一体化A/O 工艺废水处理设施预处理，再与其他较清净的生产废水统一纳入市政污水管网，进入市政污水处理厂集中处理，可达到相应的排放标准要求。

2.3 噪声防治措施

在满足生产工艺要求的条件下，企业优先选用低噪声、振动小的设备，从声源上降低噪声值。对风机、空压机等高噪声设备加装消音器和设隔音间，将设备外噪声值控制在允许范围之内。在平面布置上，将噪声较大的辅助车间和设备尽量布置在远离人群集中的地方，并利用绿化带和建筑物等阻止噪声的传播。

2.4 固废贮存措施

企业建有1 座危废仓库和1 座一般固废仓库。危废仓库贮存能力可满足危险废物最大储存需求，并满足防风、防雨、防晒要求，危废仓库地面及围墙严格按照防渗要求进行了防渗处理。

3 环境影响预测与评价

根据所在城市最近年度的生态环境状况公报，该区域环境质量判定为达标区。企业建设前期，对大气特征污染物、地表水、地下水、土壤、声环境进行了环境质量现状监测，均符合相关环境质量标准。根据企业产污及排放情况，对各环境要素受企业生产的影响分析如下。

3.1 大气环境影响

企业大气环境影响评价等级为二级，故大气环境影响预测和评价，对大气污染物有组织和无组织排放量进行了核算［6］，核算污染物包含氯化氢、甲醇、乙酸和非甲烷总烃，均符合相应的环境标准［7］。企业无须设置大气环境防护距离。

3.2 地表水环境影响

根据企业废水纳管排放情况，地表水评价等级为三级B。企业新建1座一体化废水处理设施，保证废水的达标纳管。废水处理站的设计处理规模符合企业待处理废水的产生量。企业生产废水经废水站预处理后纳管排入市政污水处理厂的处理措施是可行的。

3.3 地下水环境影响

企业地下水环境影响评价等级为二级，因企业范围及周边地下水禁止开采，且企业地面硬化，故企业的生产对地下水环境影响较小。根据企业生产分布情况，将企业厂区划分为重点防渗区、一般防渗区和简单防渗区，对地面进行了分区防渗处理。

3.4 土壤环境影响

企业土壤环境影响评价等级为二级，企业正常工况下，对土壤的污染途径为大气沉降。因企业内部地面均进行了硬化处理，且企业不涉及重金属和持久性有机物的排放，故企业生产对土壤影响较小。

3.5 声环境影响

企业经厂房隔声、减振隔声、距离衰减后，厂界噪声均符合《工业企业厂界环境噪声排放标准》中的3类标准。噪声对厂界和周边敏感目标影响较小。

3.6 固体废物环境影响

企业危险废物委托有资质的单位定期处置，一般固废及生活垃圾委托环卫清运或部分由厂家回收，无固体废物直接排入环境。

3.7 生物安全影响

企业生产使用的CHO细胞生物安全风险很小，属于第四类微生物。相应原液生产厂房的生物安全防护级别为一级（BSL-1），质控实验室生物安全防护级别为二级（BSL-2）。生产操作均在生物安全柜内或密闭设备中进行，厂房车间均为高洁净度GMP 车间，自带含有HEPA 过滤器的独立净化系统，具有生物活性的废弃物均经高温灭活后再外排。故企业对周围环境的生物安全性影响较小［8］。

4 环境管理及监测计划

4.1 总量控制

根据国家及所在城市的环境管理要求，新增VOCs 排放的项目均实行区域内现役源两倍削减量替代；医药行业建设项目废水新增化学需氧量总量指标削减替代比例为1∶1.2，新增氨氮总量指标削减替代比例为1∶1.5。企业排放总量通过区域平衡替代方式，可满足总量控制要求。

4.2 环境监测

环境监测是环境管理最重要的手段之一，企业环境监测计划包括竣工环保验收监测和营运期常规监测。

5 结语

基于CHO 细胞疫苗生产型生物医药企业的环境影响判别，关键在于对原辅材料和生产工艺的分析。企业通过积极落实污染防治措施、清洁生产措施及生物安全措施，对废气、废水进行处理；噪声采取有效防治措施；固体废物分类收集并委托处置后，其污染排放可满足要求，对环境影响较小。

对于有条件的地区，积极引导落实生物医药企业等同类型的企业集中入园，并提高园区环境管理水平，加强环境污染防治设施，可进一步降低生物医药企业对环境的影响，符合国家及所在地区的地方产业政策及环境规划要求。