微生物實驗室給排水系統(tǒng)設(shè)計探討

（中國海誠工程科技股份有限公司，上海 200031）

十三五規(guī)劃《醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃指南》（工信部聯(lián)規(guī)〔2016〕350號）于2016年11月印發(fā)，規(guī)劃指出，“推進重點領(lǐng)域發(fā)展，大力發(fā)展生物制藥，加快新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，促進產(chǎn)品、技術(shù)、質(zhì)量升級?！痹趪艺叻龀窒拢诠こ填I(lǐng)域，抗體藥物、重組蛋白質(zhì)藥物、疫苗等生物制藥工程項目占比份額越來越大。2020年新冠肺炎疫情的大規(guī)模爆發(fā)，使得生物制藥行業(yè)受到前所未有的關(guān)注。其中，生物安全實驗室作為生物制藥工程的重要組成部分，設(shè)計的專業(yè)性尤為重要。

生物安全實驗室是通過防護屏障和管理措施，達到生物安全要求的微生物實驗室和動物實驗室，包括主實驗室及其輔助用房[1]。張亦靜[2]對國外某四級生物安全實驗室給排水系統(tǒng)做了介紹，但由于已建設(shè)30余年，且設(shè)置在國外，故和國內(nèi)規(guī)范要求有所差異。湯福南[3]、楊軼輝等[4]、譚立國等[5]從理論上介紹了生物安全實驗室的給排水設(shè)計，但由于時間較為久遠，不能覆蓋目前相關(guān)規(guī)范要求。本文結(jié)合實際工程項目及生物安全等級，重點討論微生物實驗室的設(shè)計。

1 生物實驗室的分級

根據(jù)實驗室所處理對象的生物危害程度和采取的防護措施，生物安全實驗室分為四級。微生物安全實驗室可采用BSL-1、 BSL-2、BSL-3、BSL-4（Bio-Safety Level，BSL）表示相應(yīng)級別的實驗室[1]。其中BSL-1 防護水平最低，BSL-4 防護水平最高[6]。

2 給排水相關(guān)設(shè)計要點

目前國內(nèi)建成的BSL-4生物安全實驗室僅有一個，BSL-3生物安全實驗室較少，大多為BSL-2生物安全實驗室。筆者做過的研發(fā)類醫(yī)藥實驗室和質(zhì)檢類醫(yī)藥實驗室最高設(shè)計級別為BSL-3級，大多為BSL-2級。按照規(guī)范要求[1]，BSL-1、BSL-2生物安全實驗室無潔凈要求，BSL-3、BSL-4生物安全實驗室有一定的潔凈要求（10 000級）。

本文以醫(yī)藥實驗室工程為例，重點探討微生物實驗室的給排水相關(guān)設(shè)計要點。

浙江某生物藥業(yè)有限公司新建QC 實驗室項目設(shè)計從2015年開始，于2017年竣工驗收。該項目在廠區(qū)原有11#樓三層進行內(nèi)部裝修設(shè)計，該層樓面原為毛坯狀態(tài)。內(nèi)裝區(qū)域面積為4 248 m2，新增設(shè)備夾層184 m2。原有廠房三層，建筑高度14.3 m，占地面積4 248 m2，丙類廠房，耐火等級二級。內(nèi)裝QC 實驗室主要包含生物實驗室和化學(xué)實驗室，其中微生物實驗室最高生物等級為BSL-2級，但根據(jù)業(yè)主要求部分區(qū)域設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用BSL-3級。項目涉及的潔凈等級包含B、C、D級潔凈室，另有大部分CNC區(qū)域。給排水專業(yè)設(shè)計范圍：室內(nèi)生產(chǎn)給排水系統(tǒng)、茶水間給排水系統(tǒng)、消防廢水收集系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)。下面以此項目為例，探討微生物實驗室的給排水工程設(shè)計要點。

2.1 給水系統(tǒng)設(shè)計要點

給水系統(tǒng)設(shè)計要點如圖1所示。

圖1 生物安全實驗室給水系統(tǒng)示意Fig.1 Water supply diagram of biosafety laboratory

2.1.1 空氣間隙的設(shè)置

本項目生活生產(chǎn)給水徹底分開。根據(jù)GB 50015—2019《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》3.3.9[7]的規(guī)定，本QC 實驗室設(shè)置工藝生產(chǎn)專用給水水箱，用于形成空氣間隙。水箱設(shè)置于室外CUB區(qū)域，采用恒壓變頻箱泵一體化增壓設(shè)備，水箱補水管與溢流水位空氣間隙為150 mm，水箱有效容積8 m3，水泵三臺，兩用一備，單臺Q= 16 m3/h，H= 45.0 m，N= 4.0 kW，自帶隔膜式氣壓罐等設(shè)備。茶水間生活用水就近接自衛(wèi)生間生活給水管道。

微生物安全實驗室空氣間隙的設(shè)置，可以避免微生物安全實驗室活性有毒有害物質(zhì)的回流污染，將污染在給水水箱處隔斷。根據(jù)上海某制藥公司用戶反饋，曾經(jīng)對設(shè)置有空氣間隙的生物安全實驗室專用給水水箱內(nèi)的水質(zhì)進行活性物質(zhì)監(jiān)測，確實監(jiān)測到了活性物質(zhì)的存在，這一監(jiān)測結(jié)果進一步證實了設(shè)置空氣間隙的必要性。

對于BSL-4 微生物安全實驗室，根據(jù)GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》6.2.2[1]的規(guī)定，BSL-1、BSL-2和BSL-3 實驗室工作人員在停水的情況下可完成實驗安全退出，故不考慮市政停水的影響，四級生物安全實驗室宜設(shè)置斷流水箱。由于四級生物安全實驗室的高風(fēng)險和高回流污染風(fēng)險，設(shè)置斷流水箱有兩個目的，一個是儲存不少于一天的實驗區(qū)用水滿足市政斷水期間實驗室人員用水，另一個是防止對其他區(qū)域造成回流污染。

2.1.2 衛(wèi)生及防護設(shè)施的設(shè)置

生物安全實驗室洗手池、洗眼器、緊急沖淋等設(shè)施的設(shè)置遵守如下設(shè)計原則[1]。

BSL-1和BSL-2生物安全實驗室應(yīng)設(shè)洗手裝置，并設(shè)置在靠近實驗室的出口處。BSL-3和BSL-4生物安全實驗室的洗手裝置應(yīng)設(shè)置在主實驗室出口處，對于用水的洗手裝置供水應(yīng)采用非手動開關(guān)。BSL-2、BSL-3和BSL-4生物安全實驗室應(yīng)設(shè)緊急洗眼器。BSL-1生物安全實驗室內(nèi)操作刺激或腐蝕性物質(zhì)時，應(yīng)在30 m 內(nèi)設(shè)緊急洗眼器，必要時應(yīng)設(shè)緊急淋浴裝置。

本項目BSL-1、BSL-2、BSL-3級區(qū)域按以上要求設(shè)有洗手裝置、緊急洗眼器和緊急沖淋裝置。

2.1.3 其他

根據(jù)GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》6.2.1[1]條規(guī)定，本項目在實驗室專用生產(chǎn)水箱之后，進入生物實驗室的專用引入管起端設(shè)置倒流防止器。且設(shè)置于輔助工作區(qū)。另外，引入潔凈區(qū)域內(nèi)部的明敷給水管須采用不銹鋼管材或其他不污染環(huán)境的管材，且應(yīng)采取防結(jié)露措施，防結(jié)露外表面應(yīng)光滑、易于清洗。

本項目范圍內(nèi)BSL-3 實驗室無用水需求。如項目中出現(xiàn)BSL-3和BSL-4生物實驗室給水，還需遵守如下設(shè)計原則[1]：BSL-3和BSL-4生物安全實驗室防護區(qū)的給水管路應(yīng)以主實驗室為單元設(shè)置檢修閥門和止回閥。BSL-3和BSL-4生物安全實驗室的給水管路應(yīng)涂上區(qū)別于一般水管的醒目顏色。

有關(guān)BSL-4生物安全實驗室，宜設(shè)專用斷流水箱，水箱容積宜按照一天的用水量進行計算，保證緊急情況下的用水，同時利用斷流水箱的空氣隔斷防止對其他區(qū)域造成的回流污染。

2.2 排水系統(tǒng)設(shè)計要點

排水系統(tǒng)設(shè)計要點如圖2、圖3所示。

圖2 BSL-1/2/3生物安全實驗室排水系統(tǒng)示意Fig.2 Water drainage diagram of BSL-1/2/3 biosafety laboratory

圖3 BSL-4生物安全實驗室排水系統(tǒng)示意Fig.3 Water drainage diagram of BSL-4 biosafety laboratory

2.2.1 活毒廢水的滅活預(yù)處理

本項目BSL-3 實驗室區(qū)域設(shè)有高溫滅菌反應(yīng)釜，滅活后污水再由專業(yè)部門回收處理，不排入本單體生產(chǎn)廢水系統(tǒng)。BSL-1，BSL-2 實驗室區(qū)域的活毒廢水經(jīng)工藝專業(yè)高溫滅菌釜滅活后，排入本單體生產(chǎn)廢水系統(tǒng)。需特別注意的是，BSL-3和BSL-4生物安全實驗室防護區(qū)活毒廢水的處理裝置應(yīng)采用高溫滅菌方式，不能采用化學(xué)滅菌方式[1]。

2.2.2 獨立的排水系統(tǒng)

根據(jù)GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》6.3.7[1]條規(guī)定，生物安全實驗室防護區(qū)排水系統(tǒng)的通氣口應(yīng)單獨設(shè)置，不應(yīng)接入空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)管道。規(guī)范中僅強調(diào)不應(yīng)接入通風(fēng)系統(tǒng)，從此規(guī)定的條文解釋中，得知其目的是避免通風(fēng)系統(tǒng)的負壓破壞排水系統(tǒng)的水封，同時也避免污染排風(fēng)系統(tǒng)。實際工程中，鑒于生物實驗室排水管道在特殊使用狀況（如滅菌釜出現(xiàn)異常）時可能存在活毒風(fēng)險，為減少其他排水系統(tǒng)對生物排水系統(tǒng)的水封破壞，同時避免交叉污染，生物安全實驗室排水系統(tǒng)一般設(shè)計為獨立的排水系統(tǒng)。本項目生物實驗室排水理論上無活性，但仍采用獨立的排水系統(tǒng)。

2.2.3 其他

實驗室排水設(shè)計中還應(yīng)特別注意以下幾點：

（1）局部工藝設(shè)備排水是否有超過40℃的高溫廢水或者有壓廢水。前者需采用耐高溫耐酸堿管道，或就地降溫或設(shè)置室外降溫池；后者需就地設(shè)置緩壓罐將有壓廢水轉(zhuǎn)變?yōu)闊o壓廢水再排入廢水系統(tǒng)。本項目部分設(shè)備排水為有壓廢水，在設(shè)備旁邊就地設(shè)置了10 L 緩壓罐，有壓廢水經(jīng)緩壓罐后轉(zhuǎn)變?yōu)橹亓α鲝U水，再排入廢水系統(tǒng)。

（2）排水管材需具有優(yōu)良的耐酸堿性能，根據(jù)具體的酸堿濃度及種類（是否具有氧化性）選用排水管材?？煽紤]的管材有：UPVC、HDPE、FRPP、PP、高硅奧氏體不銹鋼等管材。本項目實驗室涉及硫酸、鹽酸，不含其他氧化性酸，且據(jù)業(yè)主及工藝專業(yè)提資，納入排水系統(tǒng)管道的廢水中硫酸濃度很低，不具氧化性，故采用HDPE 管材。

（3）潔凈區(qū)域排水要點[8]：空氣潔凈度為100級（相當(dāng)于A級、B級）的醫(yī)藥潔凈室內(nèi)不應(yīng)設(shè)置地漏，空氣潔凈度10 000級（相當(dāng)于C級）、100 000級（相當(dāng)于D級）的醫(yī)藥潔凈室內(nèi)，應(yīng)少設(shè)置地漏，需設(shè)置時，地漏材質(zhì)應(yīng)不易腐蝕，內(nèi)表面應(yīng)光潔、易于清洗，應(yīng)有密封蓋，并應(yīng)耐消毒滅菌；排水立管不應(yīng)穿過空氣潔凈度100級（相當(dāng)于A級、B級）、10 000級（相當(dāng)于C級）的醫(yī)藥潔凈室，排水立管穿越其他醫(yī)藥潔凈室時，不應(yīng)設(shè)置檢查口。本項目B級區(qū)域未設(shè)置地漏，未設(shè)置排水立管；C、D級潔凈區(qū)及CNC區(qū)域采用不銹鋼帶蓋潔凈專用地漏。

另外，如項目中出現(xiàn)BSL-3和BSL-4生物實驗室排水，還需遵守如下設(shè)計原則：BSL-3和BSL-4級生物安全實驗室防護區(qū)與建筑物下水系統(tǒng)完全隔離，下水應(yīng)直接通向本實驗室專用的消毒滅菌系統(tǒng)，應(yīng)對消毒滅菌效果進行監(jiān)測，以確保達到排放要求；BSL-3和BSL-4級生物安全實驗室防護區(qū)應(yīng)根據(jù)壓差要求設(shè)置存水彎和地漏的水封深度；構(gòu)造內(nèi)無存水彎的衛(wèi)生器具與排水管道連接時，必須在排水口以下設(shè)存水彎；排水管道水封處必須保證充滿水或消毒液；BSL-3和BSL-4生物安全實驗室的主實驗室應(yīng)設(shè)獨立的排水支管，并應(yīng)安裝閥門，且應(yīng)在適當(dāng)位置預(yù)留采樣口和采樣操作空間；BSL-3和BSL-4級生物安全實驗室防護區(qū)通氣管口應(yīng)設(shè)高效過濾器或其他可靠的消毒裝置，同時應(yīng)使通氣管口四周的通風(fēng)良好；BSL-3和BSL-4生物安全實驗室輔助工作區(qū)的排水，應(yīng)進行監(jiān)測，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧源_保排放到市政管網(wǎng)之前達到排放要求；BSL-3和BSL-4生物安全實驗室防護區(qū)排水管線宜明設(shè)，并與墻壁保持一定距離，便于檢查維修[1，6]。

2.3 消防系統(tǒng)設(shè)計要點

2.3.1 消火栓系統(tǒng)設(shè)計要點

消火栓宜設(shè)置在非潔凈區(qū)域或空氣潔凈度等級低的區(qū)域。設(shè)置在醫(yī)藥潔凈區(qū)域的消火栓宜嵌入安裝。設(shè)備層及可通行的技術(shù)夾層和技術(shù)夾道內(nèi)，應(yīng)設(shè)置消火栓和滅火器[8]。本項目均按以上要求設(shè)置消火栓，且在技術(shù)夾道內(nèi)設(shè)有消火栓和滅火器。

2.3.2 自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計要點

對于生物實驗室，通常會有較貴重的設(shè)備，為防止誤噴造成不必要的經(jīng)濟損失，宜設(shè)置預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)。實際工程中，應(yīng)預(yù)先征求業(yè)主的意見，業(yè)主根據(jù)設(shè)備的貴重程度及項目狀況給出指導(dǎo)性意見。根據(jù)GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》8.0.7[1]條規(guī)定，三級和四級生物安全實驗室防護區(qū)不應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。本項目根據(jù)企業(yè)內(nèi)部要求，設(shè)置濕式自動噴水滅火系統(tǒng)。其中BSL-3生物安全實驗室區(qū)域為避免有害因子泄漏，不設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)[1]。本BSL-3生物安全實驗室規(guī)模較小，設(shè)置手提式滅火器即可。

2.3.3 消防廢水的收集貯存

就生物實驗室消防廢水收集方式而言，規(guī)范中均無明確規(guī)定。但實際項目中，環(huán)境影響評價報告通常對此類實驗室消防廢水的收集和貯存，尤其是貯存容積會有較明確的規(guī)定。本項目根據(jù)環(huán)評要求，在生物實驗室及化學(xué)實驗室的非防護區(qū)內(nèi)設(shè)有消防專用不銹鋼防干涸地漏，通過消防專用廢水管道收集，排至廠區(qū)既有消防廢水收集池。消防水量按照室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)及噴淋系統(tǒng)總用水量810 m3考慮。

3 結(jié)論和建議

實際工程往往情況比較復(fù)雜，平面布局千變?nèi)f化，業(yè)主要求不盡相同，上述討論內(nèi)容不能覆蓋所有問題。比如是否有FM 認(rèn)證要求，是否考慮設(shè)置IG541 氣體滅火或者高壓細水霧滅火，環(huán)境影響評價報告對微生物實驗室廢水的預(yù)處理及監(jiān)測是否有更嚴(yán)格的要求，對消防廢水的收集和貯存是否有更嚴(yán)格的規(guī)定等，這些都需要根據(jù)項目具體情況，結(jié)合相關(guān)規(guī)范和業(yè)主要求，做深入而全面的考慮。同時，隨著規(guī)范的升版，本論文中部分設(shè)計思路需要隨著新的規(guī)范要求進行局部修正。另外，當(dāng)存在BSL-3 甚至BSL-4生物安全實驗室時，給排水相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計會發(fā)生較大變化，為避免有害因子泄露，設(shè)計需要尤其謹(jǐn)慎。