高校生物实验室污染物现状与治理

2013-04-10郭桂英郑继平

实验室研究与探索 2013年4期

郭桂英，郑继平

(海南大学a. 教务处;b.热带生物资源教育部重点实验室;c 农学院，海南海口570228)

0 引言

高校实验室是学生科学实践、研究生培养和教师科学研究的重要场所，是高校人才培养和科技进步的摇篮和孵育器［1］。随着生物学科的迅速崛起和社会对生物类人才的大量需求，高校生物类实验室在数十年内发生了迅猛扩增和质变，高校内继物理和化学类实验室之后，成为最庞大和重要的实验室。依据这些实验室等级的不同，相应地可分为国家级和省部级重点实验室等。如依托中国医学科学院的重大疾病研究国家实验室、依托海南大学的热带生物资源教育部重点实验室等。同时，不容忽视的是，随着该类实验室规模和层次的提高，生物类“三废”有毒污染也随之增大，如沾染有高致病性病源、高放射性或高致癌物质的实验垃圾，如不及时有效清理，对高校及其周边无疑会产生难以预估的严重后果。因此，加快该类污染物的正确处置研究相当重要。

1 生物实验室污染物种类及危害

生物类实验室污染物种类非常繁多，同化学实验室相比，除一般化学试剂、各类常用的玻璃、塑料耗材外，还包括动植物［2］、微生物材料［3］，生物制剂［4］、放射线［5］等组成。其中有的为无色无嗅的化学毒剂，有的为极具诱变的放射元素和放射线，有的为具有极大潜在危害的生物制品，有的是具有极强传染性的病原或含变异基因的微生物甚至癌细胞等，因此，生物类实验室污染物较化学类实验室污染物所造成的潜在环境危害更大，清除也更复杂、更专业。

1.1 化学试剂类

化学试剂(Chemical reagent)种类繁多，分类也较为混乱，生物实验室的化学试剂常包括无机试剂(如氧化物、酸、碱、盐等)、有机试剂(如烃、酮、醛、醚、羧酸、酯及其衍生物)、有机金属试剂、同位素及其标记化合物、防腐杀菌剂、分子生物学试剂、生化试剂、细胞生物学试剂、血清/培养基、免疫学/诊断检测试剂、抗体、神经生物学试剂、标准品/对照品、食品检测试剂、植物试剂、动物试剂和其他生物试剂等。其中相当一部分具有毒性或潜在毒性，以分子生物学实验室为例，苯酚、浓乙酸、DTT、过氧化氢、Trizol、腐胺等具有强烈腐蚀作用;氯仿、丙烯酰、二甲苯胺、PMSF(苯甲基磺酰氟)、NN-亚甲双丙烯酰胺、双丙烯酰胺可对神经造成伤害;溴化乙锭、氨甲蝶呤、甲醛、二甲胂酸钠、链霉素、硫酸镍等是致癌物质［6］;氟化钠、硝酸银、氯化汞、哌啶等具有强毒［7］;再如，甲醇可致人体失明［8］，DEPC(焦碳酸二乙酯)可使蛋白质变性［9］，乙腈可致人窒息［10］，放线菌素D 可致畸形和致癌［11］，过硫酸铵和氯化铯可致粘膜损伤等［12］。

1.2 生物样品及实验材料类

生物实验以动植物、微生物为研究对象，研究生物的结构、功能、发生和发展，揭示生命本质，并利用和改造生物体，制造人类所需的产品，改善生态系统和环境。因此，实验室必须要长期培(饲)养和保存大量的微生物、细胞和一定量的动植物，其中一些为极具环境危害的高致病性病毒、病原菌、癌细胞、含抗生素抗性基因的工程菌、感染病原的实验动物以及转基因动植物等，这些材料中有的由于危害性极强，一旦泄漏后果不堪设想。如2005 春，中国疾控中心病毒所的一位研究生因使用未经严格验证的灭活SARS 病毒进行实验时，造成感染死亡［13］，以及2008 年比利时国家放射性物质研究所医学实验室由通风管道所发生的放射性碘泄漏事件，导致实验室附近提取的草类样本中放射性碘含量严重超标，方圆5 km 范围内生产的蔬菜和牛奶等食品不能食用，2 万居民受影响，成为比利时境内发生的最严重的放射性泄漏事件［14］，2010 年，由于佩布赖特(Pirbright)实验室排污管泄漏，英国萨里郡发生的农场感染口蹄疫疫情，以上都说明加强实验室危险生物泄漏事件的预防和控制显得尤为重要。

另外，分子生物学实验室使用大量成份复杂的试剂盒，如DNA 提取试剂盒，DNA 纯化试剂盒、DNA 胶回收试剂盒、RNA 提取试剂盒、转录试剂盒、银染试剂盒、核酸杂交试剂盒、同位素标记试剂盒、转染试剂盒、蛋白印迹试剂盒等。随着科技的发展，试剂盒的种类和成份越来越多，所涉及的毒物更为复杂，从而为该类污染物的专项清除增加了难度。一旦处置不当，就会产生严重的环境危害。

1.3 实验室污染耗材类

生物实验室所使用的一般耗材包括一次性吸头、离心管、试管、手套、口罩、滤纸、试纸、棉球、滤膜、过滤器、培养皿、培养瓶、酶标板、PCR 板、标签、玻片、冻存管、移液管以及各种用于测量、移液、储液的相关玻璃耗材等，由于这些材料常沾染有有毒的化学试剂以及一定的细菌、病毒而具有潜在危害。如2003 年冬，台湾病毒实验室的一位研究员在清理运输箱废弃物时，因未按规定戴手套而感染SARS 病毒，充分显示了这些实验室污染物所产生的危险。

1.4 噪音、射线及电磁波辐射等类

生物实验室除前面所指出的比较明显的有形污染物外，其实还存在着一定的无形污染源，如电镜高压包所形成的强大磁场辐射，细胞破碎仪所产生的超声噪音，紫外仪所产生的短波紫外线辐射都在无时无刻影响着实验人员的健康。以电磁波为例，研究表明，在强大的电磁波环境中，即使是短暂暴露也会导致体内的致癌因子表达水平急剧上升，长期暴露，轻则引起头晕，重则会破坏免疫系统，产生癌症［15］。因此加强该方面的实验室防护与有形的污染物同样重要。

2 处理和控制生物实验室污染物的有效措施

生物实验室所形成的污染区不仅损害实验室从业人员的身心健康，而且也破坏了污染区的生态环境。因此，实验人员必须加强自身防护意识和环保意识，严格遵守实验操作流程，严格规范有毒有害试剂的存放和使用。同时，各实验室应根据污染物的不同性质进行等级分类、集中并区别处理，提高清除效率，减少实验室造成的环境污染。

2.1 建立独立的实验室群

鉴于生物实验室污染物存在易燃、易爆、毒害、氧化、腐蚀、放射、致癌、致畸、传染等多重危险，具有在使用或处置过程中造成人身伤亡、财产毁损、污染环境等潜在危害，非常有必要加强生物类实验室的安全防范。因此，应当将全校所有的生物类实验室进行集中分类建设，统一管理，如同化学化工实验室一样，在远离人群集中的区域建立独立的实验室群，并在周边建立一定的隔离缓冲区，以应对可能发生的危害。

2.2 建立专业污染物处理实验室

生物类污染物不同于传统的生活垃圾，每天实验室所产生的污染物中可能会含有成百上千种不同性质的有毒物质，处理将是一个相当复杂的专业过程，因此建立一个专业的、系统的污染物处理实验室相当重要。污染物实验室应通过特定的传递通道与生物类实验室紧密相连，将实验室每天所产生的废气、废液和固体废弃物进行实时的清毒治理。

污染物处理的传统方法一般为化学和物理方法，由于存在二次污染和处理不彻底等因素，不利于维持安全良好的生态环境，因此，利用生物自净的原理，积极研发生物实验室污染物降解方法将是今后污染物处理的正确选择。而且通过对污染物的生物降解处理的研究，有望发现特定环境下的独特生物类群，研究该类群的生理特性、生态功能、降解或耐受特殊污染物的分子机制、发现其中的特有基因、表达模式和信号通路等内容，对于推动和发展环境微生物学和分子遗传学等学科，改善现有环境具有十分重要的科学、社会和经济价值。

2.3 建立严格规范的污染物管理、检测监督体系

(1) 健全管理制度、强化安全与环保意识。①建立科学规范的实验室管理制度，严格要求实验室人员对污染物进行正确处理和安全防范，在实验操作过程中实时对污染物进行分类收集和存放，以最大限度降低实验室污染和污染物扩散;②强化实验人员学习和认识使用中各类药品试剂的潜在危害，在思想上，提高对实验室污染物可能产生严重后果的重视，健全实验室各级环境管理办法和相应制度，提高环保意识。

(2) 建立灵敏的污染检测体系。在实验室建设过程中要深入全面地考虑污染物的检测与排放，对实验室内部及周边结构进行合理布局，从硬件上保证污染物排放的各个主要位点设置有样品检测站，进行全天候、全方面的实时监控，及时检测各类污染物排放是否达到国家规定的安全标准，确保未达标污染零排放，保障生态安全。

(3) 建立有效的监督机制。建立实验室污染物的分类登记和检查管理制度，实施严格的安全责任管理，对各实验室的污染物处理责任到人，进行定期排查，对于可能产生的各类隐患进行及时纠正，杜绝污染物的人为扩散。

2.4 合理资源化利用污染物

早在2008 年度国家环境保护公益性行业科研专项中就已明确提出，要加强“研究废旧产品资源评价、研究废物资源化工程与工艺技术、完善并建立资源化产品的污染控制技术标准及资源化过程中的环境保护技术规范，提升我国废物资源化水平的技术与管理措施;研究固体废物、危险废物全过程控制关键技术及二次污染控制技术的评估体系”的研究。对生物实验室所产生的污染物进行资源化利用，实现高校污染物的工业生态链，降低成本和减少污染，真正实现经济、环境与社会的“三赢”，是完美解决当前生物实验室污染物处理的根本手段。

理论上，所有污染物都是没有开发的资源。鉴于生物实验室大量使用酚、醇、醛、酮等各类有机溶剂，因此通过开展有机污染物的分离、收集、提取和转化等新技术，实现对其进行部分的回收利用。同时，通过一定的新技术和新工艺加工开发实验室的固体废物，生产安全的新产品，有效提升污染物的附加值。