(一)概述

生物安全实验室用于对已知的、变种的、新的、未知的病毒和菌种做深入研究，实验产生的废液含有相应的病毒和菌种，排放前必须进行严格的消毒灭菌处理。

三级、四级生物安全实验室产生的废液通常含有高危险度感染性微生物。如不对排放的废液进行严格的消毒灭菌处理，它们将污染水资源、恶化生态环境、引发传染病流行，严重危害人类健康。

(二)活毒废水来源及控制原则

1.实验室废液的来源生物安全实验室实验排水包括致病菌的培养物、料液和洗涤水，血液样品以及其他诊断检测样品，重组DNA废弃物，废弃的病理样品等。

实验动物排水包括动物的尿、粪、解剖废液、笼具、垫料等的洗涤废水及冲洗房间水。

淋浴或化学淋浴排水。

2.实验室产生的废液污染控制原则

(1)对于实验室产生的废水，应尽快消毒灭菌，严防污染扩散。

(2)加强污染源管理。对生物安全实验室动物产生的排泄物(粪便、尿等)必须采用特殊的消毒灭菌处理设备。污水处理系统应根据实际情况，定期进行全系统消毒灭菌。

(三)活毒废水处理措施

国内外已成功研发出了废液处理的化学药剂和热力消毒灭菌设备。根据不同的对象和要求，采用不同的方法对废液进行处理。

1.化学药剂法处理  消毒药剂的种类及其选择：化学消毒药剂按其杀菌强弱可分为灭菌剂、消毒剂、抑菌剂。灭菌剂能杀灭细菌芽胞、病毒和一般病原菌。消毒剂指不能杀灭细菌芽胞的一般消毒剂。抑菌剂指不能杀灭病原细菌，但能抑制细菌生长繁殖的消毒剂。

按化学性质不同，消毒剂可分为氧化性消毒剂和非氧化性消毒剂。氧化性消毒剂主要指有较氧化性的消毒剂(如含氯消毒剂、过氧化物类消毒剂)，非氧化消毒剂主要指季铵盐类消毒剂。

药剂配制：所有化学药剂的配制均要求用塑料容器和塑料工具。

投药技术：废水消毒原则上要采用相关发生器、虹吸投药法或高位槽投药法。也可以在废水入口处直接投加。投放液氯用加氯机，投放二氧化氯用二氧化氯发生器，投放次氯酸钠用次氯酸钠发生器或液体药剂，投放臭氧用臭氧发生器，投放过氧化氢用过氧化氢发生器。

药剂使用防护技术：配制和使用消毒药物时，需要穿工作服、戴口罩和橡胶手套，高危生物安全实验室内须穿防护服，以防止消毒剂或废液对操作人员产生危害。

2.物理法处理  生物安全实验室热力法废液处理系统是通过高温高压的方式对废液进行消毒灭菌处理，目的是使废液在尽可能短的时间内得到处理，避免引起污染扩散。

目前国际上流行的活毒废水热力法处理主要有两种方式：连续式和序批式。所谓序批式处理就是指对于废水处理而言，废水的收集过程是连续的，而处理过程是批量式的。而连续式顾名思义是不间断地处理废水，不会囤积废水。

(1)连续式活毒废水处理：有物理热力法处理及化学药剂法和物理热力法混合处理两种方式，物理热力法处理中的连续式活毒废水处理详见图1-2-10。

实验室的活毒废水经单独的管道汇集后，从废液入口进入缓冲储液罐，产生的废气经过高效过滤器除菌后从透气管排出。当液面达到一定高度时，废液出口阀门自动打开，同时启动流速控制泵或(一用一备)。将废液以设定流速压入预加热/冷却柜进行预加热处理，之后进入电加热灭菌器，在灭菌器内废液通过电加热灭菌盘管进行高温灭菌。已灭菌的废液再进入预加热/冷却柜经缓冲管后进行冷却，冷却后的废液通过排污口排出。如需二次处理，则通过回流管回流至储液罐，或直接进行再次连续处理。预加热/冷却柜是通过热交换器，使已灭菌的高温废液对进入的待处理废液通过热交换器进行预加热，同时自己得到冷却，以节约能源。

也可根据需要，混合使用化学药剂法和物理热力法进行处理，见图1-2-11。

1)工艺特点(连续式活毒废水处理具有的优点)：①安全性高：不使用压力罐，没有安全阀，不存在安全阀泄漏的可能。在火灾、地震等意外发生时，没有大量囤积的废水外泄。②体积小：可不间断处理废水，不会囤积废水。③应变能力强：可以精确调节温度而不用更换设备，适合实验变化。④节能：热交换效率高，且不需使用专门的冷却装置。采用电加热的方式，不需蒸汽，所以不会产生冷凝水。⑤系统除垢能力强：设备在每个循环末，或由于“黏稠物”堆积造成流量变小时，可进行自动除垢。

2)设备简介：活毒废水处理设备的核心装置是热交换器，设计上采用完全焊接的单管道热交换器。由于是完全焊接的，所以无法拆卸，保证了设备的安全运行。同时单管道的构造使得废水在管道中始终是沿一个方向流动，如果管道阻塞，流速就会下降，此时设备会自动启动清洁程序。热交换器管道接口采用旋转熔接，如果采用传统手工焊接，难以保证接口处的管道内壁光滑，内壁的不平滑会造成管壁粘留杂质，甚至造成阻塞。而旋转熔接能够保证较好的光滑度和强度，能够防止泄漏且有助于管道清洗。

在整套工艺设备中需要设置阀门，普通的蝶阀或球阀内部都有转动结构，关闭时废水会留在小孔或缝隙内，无法清洗，会造成污染。所以设计上选用隔膜阀，因为阀体和转动轴之间没有密封圈，因此不会存在液体滞留和泄漏的风险。

设备的感温装置是安装在一个保护套中，探头与废水没有直接接触，避免了污染。

全套设备全部采用的是SAF2507钢材。SAF2507合金是由25％铬，4％钼和7％的镍构成。它具有较强的抗氯化物、抗酸腐蚀的特性，以及较高的导热性和较低的热膨胀系数。此外，SAF2507的焊接性很好，可以通过专门的设备进行焊接。

(2)序批式活毒废水处理：生物安全实验室的活毒废水多采用两种序批式废水处理(EDS)方案。

方案一是一个收集管+两个灭活罐的废水处理系统，方案二是三个灭活罐的废水处理系统，详见图1-2-12和图1-2-13。

1)方案一：一个收集管+两个灭活罐的废水处理系统，工作步骤如下：①废水进入收集罐，压力由排气管路释放到HEPA过滤器。②当收集罐液面达到向灭活罐排放液位时(收集罐共有4档液位：空、向灭活罐排放、满、溢流)，废水流入灭活罐。③当收集罐彻底排空之后，清水喷头喷出清水冲洗罐体，阻止沉积腐败产生。④当废水从收集罐流入灭活罐时，灭活罐前的管道上设有两道水平阀门，具有防止堵塞功能，目的是保护灭活罐隔离阀的密封圈。第一个阀是废物阀，第二个为隔离阀(关键)。废液流入灭活罐后，先关闭第一个阀门，然后用清水喷入管道进行冲洗，同时冲洗第二个阀门，保证灭活罐隔离阀的密封圈，冲洗干净后再关闭第二个阀，打开第一个阀门。这保证了灭活过程中没有压力回流至收集罐，甚至回流至上方管路。⑤当灭活罐被注满后，气体被置换入收集罐，(一个排空时另一个被注满)，这样几乎没有或只有很少的气体会进入排气口过滤器，过滤器只在收集罐被注满时起作用。⑥灭活罐关闭(包括进液口、排气口过滤器)后，蒸汽进入盘管，加热到预设的温度(100～1500℃)。灭活罐的温度一旦达到预设温度，系统开始灭活。灭活罐内的温度保持一致并持续一段时间，罐内不存在任何温度梯度。⑦当灭活完成后，排水阀门打开(为保证绝对安全，设有一对阀门)，容器开始通过一个喷淋冷却器控制排水，以保证排水温度低于预设温度(一般为500℃)，水通过罐内压力排到排水管道或者指定的位置。⑧排完之后，灭活罐被冷水漂洗一次，重新排空，用于下一个处理循环。对于任何组成部分或者EDS系统，都可以提供配套的蒸汽消毒或化学消毒系统。⑨非常重要的是，收集罐和灭活罐喷淋过程中，这些位于罐内的排水阀和旁管的喷淋同样重要，一定要保证系统关闭之前这些阀门不管打开还是关闭都没有任何碎片残留。在收集罐流入下一批污水之前，置于罐上的真空开关球阀调整仓内至正常压力。

2)方案二：三个灭活罐的废水处理系统，工作步骤如下：①废水进入第一个灭活罐，压力经HEPA过滤器释放到房间内。②当第一个灭活罐液面达到灭活的液位时，与其相连的管道上的阀门关闭，同时第二个灭活罐前管道上的阀门打开，进行废水收集。③灭活罐的工作原理同方案一。

那么我们如何选择设计方案呢?就以上两套方案我们进行比较：从占用空间来看，一个收集罐+两个灭活罐所需的空间最小；三个收集灭活罐占用空间稍大。从初次投资来，二者的费用差不多。从使用角度来看，三个收集灭活罐：一个收集废水，一个灭活处理，另外一个备用。使用时较第一个方案灵活、安全，特别是四级生物安全实验室建议采用此方案。三级生物安全实验室既可采用一个收集罐+一个灭活罐，也可采用两个灭活罐的设计方案，设计时为节省投资，可不设备用罐。

活毒废水处理系统(EDS)具有以下突出的特点：

(1)罐体的维修门带有吊柱，开关简单，便于维修人员进出检测和清洁，且能方便地检测和替换蒸汽盘管。维修门的两个密封圈之间配有气体压力监测装置，保证任何状态下均可监测门的密闭状况。

(2)罐体采用蒸汽盘管的加热方式，替代了夹套式或者蒸汽直接加热的方式。水垢只会在盘管上产生，系统通过监测结垢情况，需要除垢时发出指令。干热加热盘管，待盘管温度升高到1500℃以上后，直接喷淋冷水，由于热膨胀系数的差异，水垢从线圈上脱落，冲水即可排出。同时盘管式的加热方式使得罐体内部热扰动更加迅速，能够在短时间实现温度的一致，几乎没有热层析现象，罐体温度一致。而且一个新的蒸汽盘管卷可以在5分钟内完成安装。保证了系统的安全运行，且便于维护、管理。罐体加热方式的比较见表1-2-6。

(3)灭活罐中具有防止罐体堵塞的过滤篮，能够沿导轨移动，用来过滤大的固体。实验中产生的固体，一部分在灭活过程中被溶解或打碎(人或者动物的粪便、卫生纸、毛发等)，变成纸浆淤泥之后通过滤网。另一部分保留在篮框中(动物骨渣、拖把线，动物玩具，羽毛等)直至被清理。根据日常废水中固体颗粒的多少来选择清空过滤篮的时间间隔。一般情况下仅需要一年清空一次。过滤篮配备有报警探测器，能够自动检测过滤篮中固体量，并适时报警，方便清空(图1-2-14)。

(4)系统具有独特的Drywell孢子验活装置，包括多项性能检测参数，通过模拟罐内湿热灭菌过程来安全方便地验证EDS系统的生物安全性。在灭活罐一端的中间位置有孢子验活装置，它突出于罐体内部，通过不锈钢内壁传递罐内流体的热量；同时通过加湿模拟罐体内湿度。在Drywell实际温度比罐体内温度低10℃的情况下，如果孢子带经过孵化后不能检测出活的细胞，说明该EDS系统通过了生物验证。Drywell孢子验活装置代替了不准确的、危险的在线空气压力监测装置。

(5)安全可靠。加工过程中，ASME认证的焊接工程师保证焊接达到制药级标准，使用寿命长，避免腐蚀。无冷点，包括所有的螺丝，均可承受灭菌温度。无树状分叉，在污水处理的每一个循环都保证安全。

(6)尽量节能节水，静音喷淋制冷器很好地体现了这一点。静音喷淋制冷器不使用泵，没有移动部件，仅仅冷却灭活后的高温液体，罐体的热量可用于下次循环，节省能量。使用非常少量的可以循环利用的水即可保证灭活后高温液体冷却至设定温度。

(7)在合理的设计制造工艺流程下，灭活罐永远不会爆炸。即使爆炸了，所有的液体都早已在高温高压下完全灭活。灭活罐通过配备卸压阀、感应器、防爆碟片等配件，应对压力过大可能带来的爆炸。将防爆卸压阀连接到带有过滤器的压力容器中的做法，从生物安全角度来讲，既耗资巨大又完全没有必要。

(8)提供的蒸汽配套系统对罐体、管路进行消毒净化，可以安全快捷地维护EDS系统。

(9)采用先进的GE Fanuc控制系统(也可以根据客户需要采用Siemens、ABB、Mitsubishi系统)。根据客户的反馈意见推荐使用GE系统，操作方便，在windows界面下运行，无需安装操作软件，经过授权的操作者即可登录服务器进行操作。不同安全级别的密码进入不同的界面，进行在线诊断、程序控制。也可以进行现场操作，根据安全情况发送警报邮件到操作者的手机、计算机上。内置PLC和闪存，这样保证了实验记录、系统运行信息不仅保存在闪存上，并且保存在系统外部的独立计算机上，确保实验数据存储安全。

连续式活毒废水处理和序批式活毒废水处理的方法都是可行的，有各自的特点。在世界上不同的 BSL-3、BSL-4实验室都有工程实例，例如法国里昂的BSL-4实验室活毒废水处理采用的是连续式，美国的某BSL-4实验室活毒废水处理采用的是序批式，澳洲的某BSL-4实验室活毒排水处理既采用了连续式也采用了序批式，备有两套处理系统，可以互相切换使用。可根据业主的投资情况、活毒废水处理间的占地面积、高温灭菌的热源采用蒸汽还是电加热、活毒废水是否需要预处理工艺等不同情况，选定合理的处理工艺。