周鍔

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

自新冠疫情大流行以來，國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，生物醫(yī)學(xué)類的生產(chǎn)、研究建筑大量新建，由于此類建筑的功能復(fù)雜，給排水系統(tǒng)設(shè)計難度較大，若設(shè)計人員對相關(guān)設(shè)計理解不夠透徹，缺少設(shè)計經(jīng)驗，容易在設(shè)計上造成缺陷，影響建筑使用功能，嚴(yán)重情況下還可能使污染水源泄漏，造成生產(chǎn)安全事故?；仡櫺苑治鲆郧案叩燃壣锇踩珜嶒炇抑谐霈F(xiàn)的工作人員感染情況，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外高等級生物安全實驗室中工作人員感染死亡的病例不在少數(shù)[1]?，F(xiàn)針生物安全實驗室在給排水設(shè)計中的重點難點進(jìn)行分析總結(jié)。

1 生物安全實驗室給水防回流污染問題

為避免生物安全實驗室防護(hù)區(qū)的給水供應(yīng)對其他區(qū)域造成回流污染，應(yīng)在供水系統(tǒng)中設(shè)置防止背壓回流或虹吸回流的措施[2]。通常情況下有以下3 種技術(shù)措施，如圖1 所示。

圖1 三種常用的防回流污染給水措施

（1）斷流水箱（圖1a）是給水系統(tǒng)防回流污染效果最好，也是最徹底的措施，通過設(shè)置斷流水箱及變頻加壓水泵，徹底隔斷實驗室區(qū)域與非實驗室區(qū)域的給水系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效應(yīng)對各種設(shè)備故障突發(fā)情況，避免任何情況下的污染水源回流風(fēng)險[3]。但是缺點也比較明顯，額外設(shè)置的斷流水箱及變頻加壓系統(tǒng)需要占用較大的設(shè)備空間且需要專人管理。以廣州市某BSL-2 醫(yī)學(xué)實驗室為例，其內(nèi)部設(shè)置有細(xì)胞實驗室、細(xì)菌實驗室、儀器分析實驗室等共5000m2的科研用房，最高日用水量約80m3，給水系統(tǒng)設(shè)置了20m3的斷流水箱以及全變頻給水系統(tǒng)，根據(jù)用戶反映給水系統(tǒng)斷流效果好，但需要設(shè)置較大的設(shè)備間放置水箱及水泵。總體來說，斷流水箱給水措施效果雖好，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，適用于對防回流污染要求較高的生物安全實驗室。

（2）倒流防止器（圖1b）是最常用，最便利的防回流污染措施。通過在生物安全實驗室的輔助工作區(qū)設(shè)置倒流防止器，阻止供水系統(tǒng)在任何工況下管道中的水倒流，以達(dá)到避免倒流污染的目的。倒流防止器系統(tǒng)設(shè)置簡單，使用方便，普遍應(yīng)用于各類型生物安全實驗室的供水系統(tǒng)中，但其通過閥體控制水流方向的措施不能完全隔斷實驗區(qū)與非實驗區(qū)的供水系統(tǒng)，在設(shè)備發(fā)生故障等突發(fā)情況下存在污染水源回流的風(fēng)險，該措施適用于安全風(fēng)險較低的一級、二級生物安全實驗室。

（3）獨立供水環(huán)狀管網(wǎng)（圖1c）適用于需要設(shè)置環(huán)狀管網(wǎng)（如純水供應(yīng)系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)）的供水系統(tǒng)，對于環(huán)狀管網(wǎng)供水系統(tǒng)，其循環(huán)供水的管網(wǎng)特點導(dǎo)致其無法采用倒流防止器防止水源交叉污染，只能通過設(shè)置獨立環(huán)狀供水管網(wǎng)防止水源交叉污染。

2 生物安全實驗室供水需求多樣性問題

生物安全實驗室內(nèi)部除科研人員的生活用水外，還包含大量的各式實驗儀器設(shè)備用水。各種儀器設(shè)備的用水水量水壓需求各不相同，在給水系統(tǒng)設(shè)計時若不加以區(qū)分將導(dǎo)致系統(tǒng)難以滿足使用要求。筆者曾經(jīng)對某地某實驗動物中心進(jìn)行實地調(diào)研，該中心的給水系統(tǒng)設(shè)計采用了統(tǒng)一給水系統(tǒng)，所有生活、生產(chǎn)、科研用水采用一套變頻調(diào)速加壓供水系統(tǒng)，對不同的用水設(shè)施采用可調(diào)式減壓閥控制其水壓，在實際使用中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)用水體驗一般。特別是在該實驗室的動物籠具清洗系統(tǒng)運作情況下，供水系統(tǒng)水壓下降明顯，難以滿足生活生產(chǎn)用水需求。

在上述經(jīng)驗支持下，筆者在進(jìn)行廣州市某生物安全實驗室動物中心設(shè)計時，針對各種儀器設(shè)備的用水需求分析研究，如表1 所示。

表1 廣州市某生物安全實驗室動物中心某樓層設(shè)備供水需求

通過對上述給水需求進(jìn)行分析可知，該實驗室的動物飲水系統(tǒng)、動物籠具清洗系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器對供水的水量及水壓要求較高，其余設(shè)備用水量較低，且用水水壓需求與生活用水水壓需求接近，筆者在對上述需求進(jìn)行分析后，決定采取設(shè)置兩套不同給水設(shè)備的系統(tǒng)方案。

對三個大用水量供水設(shè)備獨立設(shè)置供水系統(tǒng)，有效避免了各用水終端的相互影響，該系統(tǒng)在投入使用一年以來，供水系統(tǒng)運作穩(wěn)定，能有效滿足生活生產(chǎn)需求。廣州市某生物安全實驗室動物中心供水系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 廣州市某生物安全實驗室動物中心供水系統(tǒng)

3 生物安全實驗室污水處理及工藝分析

生物安全實驗室污水由于其工藝特點，一方面含有多種病原微生物，如病毒、細(xì)菌、真菌等，另一方面還含有有毒有害化學(xué)藥劑，容易造成空間污染、潛伏性傳染病和急性傳染等危害[4]。對于生物安全實驗室所排放的污廢水應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一收集，并根據(jù)不同實驗功能分析其水質(zhì)特點，采用相應(yīng)的污水處理工藝。

對于一般的細(xì)胞、細(xì)菌實驗室，其廢水排放污染物主要以有毒有害化學(xué)藥劑為主，廢水的可生化性較低，COD 含量一般在100mg/L 以下，因此廢水難以采取生物處理法處理，固其主要采用物理化學(xué)方法進(jìn)行處理。處理流程可采用“格柵—酸堿中和—混凝—沉淀—過濾—消毒”的處理工藝流程。

對于設(shè)置有實驗動物設(shè)施的實驗室，由于其廢水中含有動物排泄物、動物尸體殘留物等活性較強(qiáng)的污染物，其廢水的可生化性較強(qiáng)，COD 的含量也高于一般的生活廢水，這種類型的廢水應(yīng)充分利用水中豐富碳源，采用生物法進(jìn)行處理。處理流程可采用“格柵—厭氧反應(yīng)—酸堿中和—沉淀—污泥回流—消毒”的處理工藝流程，如表2 所示。

表2 廣州市某生物安全實驗室動物中心污水排放污染物指標(biāo)

由于實驗工藝不同，生物安全實驗室的廢水污染物組合也是千變?nèi)f化的，筆者在廣州市某生物安全實驗室的設(shè)計中，根據(jù)廢水性質(zhì)的不同設(shè)置了上述兩鐘不同廢水處理設(shè)施。筆者在本文中僅列出了兩種常見的污染物組合，設(shè)計人員在進(jìn)行污水處理工藝設(shè)計時應(yīng)根據(jù)污水具體污染情況針對性選擇合適的污水處理工藝。

4 生物安全實驗室室內(nèi)排水設(shè)計的其他細(xì)節(jié)及要點

（1）生物安全實驗室的排水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置獨立的排水系統(tǒng)，由前文的經(jīng)驗總結(jié)可知，生物安全實驗室的廢水性質(zhì)不僅與生活污水差異較大，不同功能的實驗廢水水質(zhì)差異也非常大。對于不同性質(zhì)的實驗室廢水，應(yīng)分別設(shè)置獨立的排水管道系統(tǒng)收集。設(shè)置獨立的排水管道系統(tǒng)一方面可以避免受污染廢水泄露，另一方面可以避免廢水水量水質(zhì)波動過大，影響后續(xù)的廢水處理系統(tǒng)運作。

（2）生物安全實驗室通常會采用高溫滅菌裝置對實驗器具等進(jìn)行消毒，其廢水溫度往往高于40℃，最高可達(dá)70℃。因此排水管材需要采用具有耐高溫，耐腐蝕性的排水管材，如FRPP、CPVC、HDPE、ABS 等材質(zhì)的排水管道。對于溫度超過40℃的高溫廢水，應(yīng)該設(shè)置降溫池降溫后方可排入市政下水道。

（3）生物安全實驗室的平面布局中往往包含較多的貴重儀器室，排水管道應(yīng)避免穿越此類房間[5]。在設(shè)計的方案階段給排水設(shè)計就應(yīng)充分介入，在實驗室平面布置時貴重儀器室應(yīng)盡量布置在潔凈干燥的房間下方，當(dāng)無法避免時，其上部房間的排水應(yīng)采用設(shè)置沉箱同層排水或管道技術(shù)夾層走管的措施（沉箱排水及管道技術(shù)夾層措施不適用于BSL-3 及BSL-4 類實驗室，因其管道需要明設(shè)）。

5 生物安全實驗室室內(nèi)消防給水系統(tǒng)的設(shè)計要點

生物安全實驗室由于其內(nèi)部有較多的潔凈房間、貴重儀器室、設(shè)備夾層等特殊功能房間，在消防給水系統(tǒng)設(shè)計時往往有較多問題容易被忽視。

（1）室內(nèi)消火栓除保護(hù)常規(guī)的公共走道，各類功能房間外，還應(yīng)對實驗室的各類設(shè)備層、可通行的技術(shù)夾層或技術(shù)夾道進(jìn)行保護(hù)。生物安全實驗室由于其工藝特點，各類設(shè)備、工藝管道較多，往往會設(shè)置管道技術(shù)夾層走管并在夾層內(nèi)設(shè)置供檢修人員走動的通道。設(shè)備夾層內(nèi)的電線短路引發(fā)火災(zāi)是常見的火災(zāi)起因，在人員通道中設(shè)置消火栓可在第一時間撲滅火災(zāi)源頭，避免發(fā)生人員傷亡事故。由于管道技術(shù)夾層布置在設(shè)計的方案文件中一般不會體現(xiàn)，因此在進(jìn)行給排水消防施工圖設(shè)計時，即使是經(jīng)驗豐富給排水設(shè)計師也容易因與土建專業(yè)配合不到位而忽視這些部位的室內(nèi)消火栓設(shè)計。

（2）在實驗室內(nèi)部的潔凈房間、貴重儀器室設(shè)置自動滅火系統(tǒng)時，為避免系統(tǒng)誤噴造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，通常不會設(shè)置濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，而采用預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)，對于不宜采用水進(jìn)行滅火或存放特別貴重儀器的部位，可采用氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。筆者在廣州市某生物安全實驗室的精密儀器室消防系統(tǒng)設(shè)計中，采用了預(yù)制式的七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)技術(shù)成熟，設(shè)置較為獨立，不需要設(shè)置專用管網(wǎng)。氣體滅火劑噴放時對儀器設(shè)備的損害較低，在遇到突發(fā)火災(zāi)時能第一時間自動作用，既可保護(hù)人員避免傷亡，亦能有效保護(hù)房間內(nèi)部的貴重儀器。

（3）生物安全實驗室的某些功能區(qū)域無法設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，如實驗動物設(shè)施的屏障環(huán)境凈化區(qū)域[6]、三級和四級生物安全實驗室的防護(hù)區(qū)等，在這些區(qū)域設(shè)置自動滅火系統(tǒng)一旦發(fā)生誤噴將產(chǎn)生嚴(yán)重的污染后果，因此這類區(qū)域一般僅設(shè)置消火栓、滅火器等手動滅火設(shè)施。這類區(qū)域的消防設(shè)計難度不在于系統(tǒng)本身的設(shè)計，而在于實驗室方案設(shè)計階段。在方案設(shè)計階段應(yīng)與土建設(shè)計師緊密配合，控制上述功能的建筑規(guī)模，避免將上述功能房間設(shè)置在高層公共建筑或規(guī)模較大的多層公共建筑中，否則將難以兼顧實驗室的消防系統(tǒng)設(shè)計要求及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。筆者在廣州市某生物安全實驗室的動物中心設(shè)計中，動物中心設(shè)置部位位于單層建筑面積1800m2，建筑高度為21m 的多層公共建筑，確保該部位的消防系統(tǒng)設(shè)計滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

6 結(jié)語

在生物安全實驗室的給排水設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)熟悉理解相關(guān)規(guī)范、選擇合適的給排水系統(tǒng)方案，對于給排水的安全防護(hù)要求應(yīng)予以重視。對于缺乏設(shè)計經(jīng)驗的設(shè)計人員，應(yīng)對現(xiàn)狀運行生物安全實驗室做必要的調(diào)研和考察，結(jié)合前人的設(shè)計經(jīng)驗及細(xì)節(jié)選擇合理的給水排水系統(tǒng)。避免因不合理的系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)生污染水泄露等問題，造成生產(chǎn)安全事故。