生物活毒廢水高溫滅活處理方案分析

摘 要：介紹了生物活毒廢水高溫滅活處理方案，對序批式生物活毒廢水滅活和連續(xù)性生物活毒廢水滅活的設計方案進行了詳細分析，并對其優(yōu)缺點進行了總結，生物制藥企業(yè)可以根據自身生物活毒廢水的滅活條件和現(xiàn)場實際情況選擇適合的滅活工藝。

關鍵詞：生物活毒廢水；序批式滅活；連續(xù)性滅活

中圖分類號：X787? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2023）09-0086-03

DOI：10.10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.09.024

0? ? 引言

對于生物制藥企業(yè)來說，在生產過程中通常會排放生物活毒廢水，這些廢水可能含有或潛在含有病原性微生物，如細菌、病毒、真菌、寄生蟲等，具有較大危害性，需要經過滅活處理后才能排放至污水處理系統(tǒng)，經集中處理后排放。

生物活毒廢水的界定跟制藥企業(yè)產品的生產工藝相關，需要根據產品的生產工藝來確定。生物活毒廢水通常采用物理熱力滅菌方法，高溫對微生物有明顯的致死作用，大多數病毒和細菌在90～120 ℃加熱30 min左右就可將其殺死。將工業(yè)蒸汽直接通入活毒廢水中，利用高溫使細菌的菌體變性或凝固，酶失去活性，從而可使細菌死亡；而病毒在高溫下DNA、RNA中的化學鍵會吸收熱量而導致鍵斷裂，從而使病毒滅活。蛋白質、核酸等化學結構是由氫鍵連接的，氫鍵的化學鍵比較弱，當菌體受熱時，氫鍵很容易遭到破壞，蛋白質、核酸等結構也隨之被破壞，失去生物活性，從而導致細菌死亡。此外，高溫亦可導致細胞膜功能損失而使小分子物質以及降解的核糖體漏出。

生物活毒廢水高溫滅活按設計方案來說通常分為序批式高溫生物活毒廢水滅活和連續(xù)性高溫生物活毒廢水滅活[1]。

1? ? 序批式生物活毒廢水滅活

序批式高溫生物活毒廢水滅活，廢水的收集過程是連續(xù)的，而處理過程是批量式的，按照批次對生物活毒廢水進行滅活，但又不會影響后續(xù)生物活毒廢水的收集。如圖1所示，一套序批式生物活毒廢水滅活裝置通常由一個生物廢水收集罐和一個生物廢水滅活罐組成，或設計兩個同樣的滅活罐，也可以根據生產工況靈活設計。生物活毒廢水滅活系統(tǒng)通常放置于地下室，生產車間產生的生物活毒廢水通過重力收集在生物廢水收集罐中，經預處理后轉移至生物廢水滅活罐中，然后工業(yè)蒸汽直接通入滅活罐對生物活毒廢水進行加熱，根據生物活毒廢水的特性，制定生物活毒廢水的滅活條件，加熱到一定溫度后維持相應的時間，通過高溫實現(xiàn)生物活毒廢水的滅活[2]。

系統(tǒng)為全自動控制，自動運行時系統(tǒng)可根據已設置好的工藝自行工作，工藝流程包括進廢水、停止進水、酸堿中和、升溫、滅活、冷卻、排放等工序。系統(tǒng)也可切換成手動工作，用戶可自行操作。

1.1? ? 生物活毒廢水收集系統(tǒng)

生物活毒廢水收集系統(tǒng)的主要工藝操作包括：收集生物活毒廢水、酸堿中和、生物活毒廢水升溫等。

生物廢水收集罐通常放在地下室，生物活毒廢水通過重力收集到生物廢水收集罐中，生物廢水收集罐有液位控制，達到一定的液位后，停止進液，液位可在操作界面設定，系統(tǒng)會設置高、低液位報警，保證設備正常運行，達到一定體積后生物廢水收集罐會通入酸液或堿液對生物活毒廢水進行pH調節(jié)。

生物廢水收集罐配備pH傳感器、濃堿桶和濃酸桶，同時配備計量泵，可以通過管路自動給生物廢水收集罐提供堿液或酸液，酸液或堿液的進液閥與pH傳感器聯(lián)動，可實現(xiàn)生物活毒廢水的酸堿自動調節(jié)，生物廢水收集罐通過循環(huán)泵可實現(xiàn)生物活毒廢水的攪拌或轉運。

生物廢水收集罐配備溫度傳感器，生物廢水收集罐循環(huán)管路可配備換熱器，以實現(xiàn)生物活毒廢水通過工業(yè)蒸汽進行預升溫。

1.2? ? 生物活毒廢水滅活系統(tǒng)

生物活毒廢水首先通過自流的方式進入滅活罐或從生物廢水收集罐轉移至生物廢水滅活罐，生物活毒廢水滅活程序分為“進液—升溫—滅活—泄壓—降溫—排放”六個階段。

（1）進液：滅活罐進液閥門打開，生物活毒廢水進入滅活罐，達到設定液位時進水閥關閉進入加熱狀態(tài)。此時生物活毒廢水可進入生物廢水收集罐或繼續(xù)進入另外一個滅活罐，不會對生產車間的工作造成影響。

（2）升溫：生物廢水滅活罐可以使用蒸汽噴射器向滅活罐內直接通工業(yè)蒸汽，實現(xiàn)生物活毒廢水與工業(yè)蒸汽的快速汽水混合，實現(xiàn)快速升溫，工業(yè)蒸汽的流量可以根據生物活毒廢水的體積和加熱工況計算出來。工業(yè)蒸汽通過蒸汽噴射器直接通入罐中，可利用攪動作用使生物活毒廢水的溫度均勻，循環(huán)管路也可配備汽水混合器，實現(xiàn)工業(yè)蒸汽和生物活毒廢水在管路的快速混合。生物廢水滅活罐可配備循環(huán)泵，實現(xiàn)生物活毒廢水的循環(huán)攪拌及轉運。

為了防止生物活毒廢水滅活不徹底，生物廢水滅活罐可在不同位置配備兩個或多個溫度傳感器，當滅活罐溫度傳感器的溫度均達到滅活溫度時，系統(tǒng)才開始計時，轉入滅活程序。

（3）滅活：當達到滅活溫度時，開始保溫程序，此時序批式通蒸汽，起到保溫作用，使罐內生物活毒廢水的溫度維持在滅活的溫度范圍內，同時罐體內利用蒸汽噴射器的均勻傳熱作用能迅速、高效完成加熱滅活工藝，生物活毒廢水在設定溫度下持續(xù)滅活一定時間后，轉入泄壓程序。

（4）泄壓：滅活完成，罐體泄壓閥打開，氣體排放至空氣流通管路，將罐內的壓力降至常壓。

（5）降溫：生物廢水滅活罐排水閥、循環(huán)泵打開，廢水通過降溫換熱器進行循環(huán)降溫。當廢水的溫度降到35 ℃（溫度可調）后，降溫完成。

（6）排放：當降溫過程結束后，排水閥、循環(huán)泵打開，廢水在循環(huán)泵的作用下實現(xiàn)有動力的安全排放，通常排放到廢水池中進行統(tǒng)一處理。

1.3? ? 生物滅活廢水熱能利用

高溫滅活后的生物活毒廢水需要降溫排放，這時生物活毒廢水熱量是很大的，可以采用高溫的生物活毒廢水對收集系統(tǒng)中常溫的生物活毒廢水進行預升溫，生物廢水收集罐循環(huán)管路配備換熱器，可以通過換熱器實現(xiàn)熱量交換，實現(xiàn)熱能的回收。生物廢水收集罐的換熱器可以根據工況選擇高溫生物活毒廢水換熱或工業(yè)蒸汽換熱，換熱器具備防泄漏設計，可避免滅活前生物活毒廢水對滅活后生物活毒廢水的污染，也可避免污染環(huán)境。

2? ? 連續(xù)性生物活毒廢水滅活

連續(xù)性生物活毒廢水滅活系統(tǒng)，是一種對生物活毒廢水進行連續(xù)滅活、排放的系統(tǒng)（圖2），可以不間斷地處理生物活毒廢水。與傳統(tǒng)的序批式滅活處理方式相比，連續(xù)性生物活毒廢水滅活系統(tǒng)在處理效率、節(jié)能性等方面有了一定程度的提高，更適用于對產量大的活毒廢水的滅活處理。

2.1? ? F0值

連續(xù)性生物活毒廢水滅活是通過高壓的工業(yè)蒸汽將生物活毒廢水加熱到較高溫度，如140 ℃，然后設計一段保溫管路，使高溫生物活毒廢水在保溫管道中停留一定時間，可以在較短時間內實現(xiàn)生物活毒廢水的滅活，從而實現(xiàn)生物活毒廢水的連續(xù)滅活。而要實現(xiàn)140 ℃、一定滅活時間的滅活工況與121 ℃、30 min的滅活工況等效，需要了解F0值的概念。

F0值定義：一定滅菌溫度（T）、z值為10 ℃產生的滅菌效果，與121 ℃、z值為10 ℃產生的滅菌效力相同時所需要的時間（min）。也就是說，F(xiàn)0是將被滅菌物品在滅菌過程中不同的受熱溫度與時間折算到與熱壓121 ℃滅菌時熱效力相當的滅菌時間。

F0值系在滅菌過程中驗證濕熱滅菌可靠性的比較參數。規(guī)定濕熱滅菌參比溫度為121 ℃，以特別耐濕熱的嗜熱脂肪芽孢桿菌為微生物指示劑，將不同滅菌溫度和時間折算為相同滅菌效力的121 ℃濕熱滅菌所相當的時間（min）即為F0值。滅菌過程中只需記錄被滅菌物品的實際溫度與時間，就可算出F0值。有些滅菌器的溫度記錄儀附有F0計算器，在滅菌過程中和滅菌后自動顯示F0值，當F0值大于一定數值，即可確認達到可靠的滅菌效果。

2.2? ? 連續(xù)性生物活毒廢水滅活

根據F0值的概念，提高生物活毒廢水的加熱溫度，可以減少生物活毒廢水的滅菌時間，從而在短時間內將病菌殺死。

高溫高壓的工業(yè)蒸汽可通過管道蒸汽噴射器與管道中的生物活毒廢水進行充分混合，實現(xiàn)生物活毒廢水的快速升溫，當滅活時間足夠短時，如30 s，可以在管路中設計一段保溫段，高溫生物活毒廢水的溫度在保溫段不會有多少衰減，只要高溫生物活毒廢水在保溫段停留時間滿足30 s，即可認為已經完成生物活毒廢水的滅活。保溫段的長度可以根據生物活毒廢水滅活時間和生物活毒廢水的流速計算得出。表1為滅活溫度、滅活時間與F0值的對應關系。

2.3? ? 生物滅活廢水熱能利用

滅活后的生物活毒廢水熱量很高，可以通過換熱器用于常溫生物活毒廢水的預熱，這樣將常溫生物活毒廢水加熱至滅活溫度，就能節(jié)約大量的工業(yè)蒸汽，實現(xiàn)熱量的回收利用，而滅活完成的生物活毒廢水經過換熱，也可以減少冷卻水的使用量，節(jié)省冷量能耗。

滅活通過自控程序自動實現(xiàn)，一旦滅活參數不滿足滅活要求，生物活毒廢水可通過管線回流到生物廢水收集罐，再次進行生物活毒廢水滅活。

3? ? 結語

序批式生物活毒廢水滅活設計簡單，投資相對較低，但存在處理時間較長、處理車間異味明顯、能耗高、滅活不徹底、占地空間大等問題；連續(xù)性滅活方案是通過短時超高溫加熱方式，對生物活毒廢水進行連續(xù)滅活處理，具有設計方案比較復雜、投資相對大等問題，但相對來說優(yōu)勢更為明顯，具有安全性高、節(jié)能、處理效率高和處理量大等優(yōu)點，可以更好地滿足產生大量生物活毒廢水的制藥企業(yè)對生物活毒廢水的滅活需求。

業(yè)主可根據項目的投資情況、活毒廢水處理間的占地空間、是否需要預處理等工況綜合考慮，從而選擇合適的滅活方式。

[參考文獻]

[1] 張亦靜，吳繼中.淺談生物安全實驗室活毒廢水處理[J].給水排水，2006，32（7）：66-69.

[2] 王冠軍，嚴春炎，武國梁，等.生物安全實驗室活毒廢水處理工藝研究[J].軍事醫(yī)學，2013，37（1）：27-29.

收稿日期：2023-01-03

作者簡介：王亮（1983—），男，河北石家莊人，工程師，研究方向：藥機設備工程設計。