基于CHO細胞疫苗生產型生物醫藥企業的環境影響研究

涂津鵬

（浙江環龍環境保護有限公司 浙江杭州 310012）

隨著生物醫藥產業技術的不斷突破、相關政策的相繼出臺，我國生物醫藥產業呈現出百花齊放的趨勢。依托各類醫藥港小鎮、醫藥產業園等產業服務平臺［1］，生物醫藥企業落地生根，生物醫藥研發能力和生產能力不斷加強，造福社會。

CHO 細胞即中國倉鼠卵巢細胞（Chinese Hamster Ovary），是基因工程疫苗研究中最具有代表性的哺乳動物表達載體，也是用來表達外源蛋白最多、最成功的一類細胞［2］。基于CHO 細胞進行疫苗生產，也成為眾多生物醫藥企業選擇的產業方向［3］。與此同時，這類生產方式具有工藝復雜、產污環節多、污染因子多、污染防治措施投資大等特征。本文結合某生物醫藥企業的實際生產情況，對該企業的生產工藝及污染產生和防治情況進行深入分析，來研究這類生物醫藥企業的環境影響。

1 生產工藝及產污分析

1.1 企業生產概況

該生物醫藥企業主要生產疫苗產品，該產品是以重組CHO細胞培養為基礎生產的蛋白類生物制品，企業采用外購CHO 細胞作為生產來源。在細胞放大培養過程中，在細胞體外會產生特異性目標蛋白。當培養到一定階段，細胞產生特異性目標蛋白能力降低，此時停止培養，得到收獲液。將含有細胞和細胞產生的特異性蛋白收獲液通過離心、過濾、層析等方法進行分離，去除收獲液中的細胞、細胞碎片和雜質蛋白等雜質，最后獲得需要的特異性目標蛋白，該特異性目標蛋白即為該企業產品，最終產品的性狀為含有一定比例目標蛋白的原液。

1.2 原輔材料及生產設備

企業生產過程中，主要涉及污染物產生的原輔材料有工作細胞、培養基、無機鹽類、氨基酸類、鹽酸、甲醇、乙醇、乙酸，以及乙腈、四氫呋喃等其他揮發性有機物。企業生產單元有原液生產車間、質控實驗室、危化品庫、廢水處理站及廢氣處理設施、應急池。其中，純水制備、細胞接種、生物反應、收獲、純化等工藝均位于原液生產車間內。主要生產設備有純水制備系統、緩沖液制備器、培養基制備器、細胞培養器、離心機、深層過濾器、層析柱系統、超濾系統、蒸汽滅菌器、高壓滅菌器、空壓機、冷凍機、生物安全柜等。

1.3 工程分析

1.3.1 液體培養基配制

原液生產車間設置有獨立操作的培養基配液間，根據不同的培養擴增工序所需的培養基用量進行配制，制得液體培養基［4］。然后，使用深度過濾包濾去未溶解的原輔料中的雜質，提供給生產使用。培養基的配制使用氨基酸、葡萄糖、維生素、無機鹽等原輔料。本環節的產污主要為車間消毒廢氣及過濾廢棄的沾染了培養基的器皿。

1.3.2 細胞復蘇及擴增

從冷庫中取出CHO細胞凍存管，轉入接種間使其盡快融化。在生物安全柜中，用無菌移液管吸出CHO細胞懸液，放入已裝有液體培養液的離心管中離心。在生物安全柜中棄離心上清液，得重懸細胞。將重懸細胞轉移至已加有液體培養基的搖瓶中，依靠細胞的自然分裂進行擴增。之后，將細胞懸液、液體培養基轉移到生物反應器中，繼續細胞擴增。本環節的產污主要為呼吸作用產生的CO2。

1.3.3 目標蛋白收獲

細胞培養液中含有CHO細胞、細胞碎片和特異性目標蛋白。利用離心機，將CHO 細胞、細胞碎片和目標蛋白分離開來，再利用過濾器的空隙，將細胞和細胞碎片截留在過濾器中，目標蛋白進入濾液。過濾結束后，繼續用注射水沖洗，將殘留在過濾器中的目標蛋白進一步洗出到濾液中。本環節的產污主要為沖洗廢水及廢過濾器等。

1.3.4 細胞純化

（1）親和層析。將具有特殊結構的親和分子制成固相吸附劑放置在層析柱中。蛋白混合液通過層析柱時，與吸附劑具有親和能力的目標蛋白會被吸附而滯留在層析柱中，可用洗脫液將其洗出；沒有親和力的蛋白由于不被吸附，直接流出，從而與目標蛋白分開［5］。本環節的產污主要為洗柱廢水、親和層析廢水、廢儲液袋及廢層析柱和填料。

（2）深層過濾。利用過濾器的空隙，將雜質蛋白截留在過濾器中，獲得含目標蛋白的澄清過濾液。本環節的產污主要為沖洗廢水、過濾廢水、廢儲液袋、廢深層過濾膜包和廢除菌過濾器。

（3）離子層析。為進一步降低目標蛋白中的宿主蛋白、內毒素等雜質的含量，采用離子層析對目標蛋白進行純化，即將帶有特定電荷的目標蛋白結合在吸附填料上，使用沖洗液將雜質洗去，然后通過特定洗脫液將吸附在填料上的蛋白質洗脫下來，從而完成純化。本環節的產污主要為洗柱廢水、層析廢水、廢儲液袋、廢層析柱等。

（4）納濾除病毒。為避免離子層析過程中外源性病毒進入目標蛋白，導致目標蛋白活性降低或消失，進行納濾除病毒。本環節的產污主要為沖洗廢水及廢過濾膜包等。

（5）超濾濃縮換液。利用超濾濃縮換液原理，將最終純化好的目標蛋白進行濃縮，將多余緩沖液分離出來，提高有效成分的含量。本環節的產污主要為沖洗廢水、置換廢水、廢儲液袋、廢過濾膜包等。

（6）除菌過濾。為避免超濾過程中外源性細菌進入目標蛋白，導致目標蛋白活性降低或消失，進行除菌過濾。本環節的產污主要為儲液袋、廢除菌過濾濾芯等。

1.3.5 設備清洗及消毒

使用純化水、混合清洗液、注射水進行設備清洗。清洗后，定期利用純蒸汽進行消毒。本環節的產污主要為設備清洗廢水、純蒸汽消毒冷凝廢水。

1.4 污染源分析

1.4.1 廢氣

企業生產過程中產生的廢氣主要有細胞復蘇及擴增呼吸廢氣、質控實驗室廢氣、消毒廢氣、廢水處理站廢氣。生產廢氣中污染因子主要有氯化氫、甲醇、乙酸、非甲烷總烴，廢水站廢氣污染物主要為氨、硫化氫、非甲烷總烴。

1.4.2 廢水

企業生產過程中產生的廢水主要有生產工藝廢水、設備清洗廢水、滅活蒸汽冷凝水、純水制備濃水、廢氣處理裝置排水和生活污水。其中，含有生物活性的生產廢水經滅活罐滅活后進入廢水處理站處理。

1.4.3 噪聲

企業噪聲主要來自離心機、清洗機、風機、空壓機、離心機、冷水機組、冷卻塔、軟水制備機、注射水制備機、機泵等設備的運行噪聲。

1.4.4 固體廢物

企業產生的固體廢物分為一般工業固體廢物、危險廢物和生活垃圾。其中，一般工業固體廢物包括：純水制備廢RO膜、濾渣、濾芯、離子交換樹脂，廢水處理污泥；車間凈化系統廢濾芯。危險廢物包括廢一次性耗材、廢棄培養基和實驗廢液、過期化學藥品、廢化學品包裝、不合格產品、廢氣治理廢活性炭、設備維護廢機油。

2 污染防治措施及效果

2.1 廢氣治理措施

生產廢氣經收集后，經位于廠房樓頂的“堿洗+活性炭吸附”廢氣處理裝置處理后高空排放，廢水處理站廢氣收集后，經“堿洗+次氯酸鈉氧化”廢氣處理裝置處理后高空排放，可達到相應的排放標準要求。

2.2 廢水治理措施

具有生物活性的生產廢水經高溫滅活后，與其他污染物濃度較高的生產廢水匯于調節池，經密閉式一體化A/O 工藝廢水處理設施預處理，再與其他較清凈的生產廢水統一納入市政污水管網，進入市政污水處理廠集中處理，可達到相應的排放標準要求。

2.3 噪聲防治措施

在滿足生產工藝要求的條件下，企業優先選用低噪聲、振動小的設備，從聲源上降低噪聲值。對風機、空壓機等高噪聲設備加裝消音器和設隔音間，將設備外噪聲值控制在允許范圍之內。在平面布置上，將噪聲較大的輔助車間和設備盡量布置在遠離人群集中的地方，并利用綠化帶和建筑物等阻止噪聲的傳播。

2.4 固廢貯存措施

企業建有1 座危廢倉庫和1 座一般固廢倉庫。危廢倉庫貯存能力可滿足危險廢物最大儲存需求，并滿足防風、防雨、防曬要求，危廢倉庫地面及圍墻嚴格按照防滲要求進行了防滲處理。

3 環境影響預測與評價

根據所在城市最近年度的生態環境狀況公報，該區域環境質量判定為達標區。企業建設前期，對大氣特征污染物、地表水、地下水、土壤、聲環境進行了環境質量現狀監測，均符合相關環境質量標準。根據企業產污及排放情況，對各環境要素受企業生產的影響分析如下。

3.1 大氣環境影響

企業大氣環境影響評價等級為二級，故大氣環境影響預測和評價，對大氣污染物有組織和無組織排放量進行了核算［6］，核算污染物包含氯化氫、甲醇、乙酸和非甲烷總烴，均符合相應的環境標準［7］。企業無須設置大氣環境防護距離。

3.2 地表水環境影響

根據企業廢水納管排放情況，地表水評價等級為三級B。企業新建1座一體化廢水處理設施，保證廢水的達標納管。廢水處理站的設計處理規模符合企業待處理廢水的產生量。企業生產廢水經廢水站預處理后納管排入市政污水處理廠的處理措施是可行的。

3.3 地下水環境影響

企業地下水環境影響評價等級為二級，因企業范圍及周邊地下水禁止開采，且企業地面硬化，故企業的生產對地下水環境影響較小。根據企業生產分布情況，將企業廠區劃分為重點防滲區、一般防滲區和簡單防滲區，對地面進行了分區防滲處理。

3.4 土壤環境影響

企業土壤環境影響評價等級為二級，企業正常工況下，對土壤的污染途徑為大氣沉降。因企業內部地面均進行了硬化處理，且企業不涉及重金屬和持久性有機物的排放，故企業生產對土壤影響較小。

3.5 聲環境影響

企業經廠房隔聲、減振隔聲、距離衰減后，廠界噪聲均符合《工業企業廠界環境噪聲排放標準》中的3類標準。噪聲對廠界和周邊敏感目標影響較小。

3.6 固體廢物環境影響

企業危險廢物委托有資質的單位定期處置，一般固廢及生活垃圾委托環衛清運或部分由廠家回收，無固體廢物直接排入環境。

3.7 生物安全影響

企業生產使用的CHO細胞生物安全風險很小，屬于第四類微生物。相應原液生產廠房的生物安全防護級別為一級（BSL-1），質控實驗室生物安全防護級別為二級（BSL-2）。生產操作均在生物安全柜內或密閉設備中進行，廠房車間均為高潔凈度GMP 車間，自帶含有HEPA 過濾器的獨立凈化系統，具有生物活性的廢棄物均經高溫滅活后再外排。故企業對周圍環境的生物安全性影響較小［8］。

4 環境管理及監測計劃

4.1 總量控制

根據國家及所在城市的環境管理要求，新增VOCs 排放的項目均實行區域內現役源兩倍削減量替代；醫藥行業建設項目廢水新增化學需氧量總量指標削減替代比例為1∶1.2，新增氨氮總量指標削減替代比例為1∶1.5。企業排放總量通過區域平衡替代方式，可滿足總量控制要求。

4.2 環境監測

環境監測是環境管理最重要的手段之一，企業環境監測計劃包括竣工環保驗收監測和營運期常規監測。

5 結語

基于CHO 細胞疫苗生產型生物醫藥企業的環境影響判別，關鍵在于對原輔材料和生產工藝的分析。企業通過積極落實污染防治措施、清潔生產措施及生物安全措施，對廢氣、廢水進行處理；噪聲采取有效防治措施；固體廢物分類收集并委托處置后，其污染排放可滿足要求，對環境影響較小。

對于有條件的地區，積極引導落實生物醫藥企業等同類型的企業集中入園，并提高園區環境管理水平，加強環境污染防治設施，可進一步降低生物醫藥企業對環境的影響，符合國家及所在地區的地方產業政策及環境規劃要求。