Seção 2 Análise de Problemas Comuns no Projeto e Construção de Laboratórios Médicos

I. Questões a Observar na Engenharia de Salas Limpas

1. Problemas que Ocorrem Facilmente na Engenharia de Salas Limpas

(1) Bactérias e poeira em suspensão retidas pela membrana filtrante não podem ser mortas e, em condições adequadas de temperatura e umidade, multiplicam-se facilmente por conta própria, causando contaminação, crescimento de mofo e fenômenos semelhantes; o uso contínuo leva muito facilmente à contaminação secundária.

(2) Devido à grave poluição atmosférica, a membrana filtrante entope muito facilmente e precisa ser substituída com frequência, resultando em custos operacionais elevados e trabalhosos.

(3) Embora o emprego de membranas filtrantes de alta eficiência resolva o problema de limpeza, não é possível solucionar os odores provenientes de gases tóxicos e nocivos no interior da sala limpa, nem a contaminação química gerada pelo próprio sistema de purificação.

2. Soluções

Utiliza-se um gabinete de purificação e esterilização eletrostática para eliminar bactérias, desinfetar e remover a poeira em suspensão. O campo elétrico desse gabinete adota um campo eletrostático de dupla zona, dos tipos agulha de furo redondo e haste de favo de mel; as duas zonas correspondem à zona de polarização e à zona de coleta de poeira. Quando o ar conduzido pelo duto de ventilação atravessa o campo eletrostático de dupla zona, contaminantes como bactérias e partículas de poeira em suspensão presentes no ar são primeiro polarizados pelo campo. Como o próprio cisto bacteriano possui carga negativa, ele recebe novas cargas negativas de alta energia ao passar pela zona de polarização eletrostática. Quando contaminantes carregados negativamente, como bactérias e vírus, chegam à zona de coleta de poeira de campo elétrico positivo por meio do sistema, são imediatamente atraídos com força e capturados pelas placas positivas coletoras de poeira da zona. Sob a ação do eletrodo positivo, os cistos são instantaneamente rompidos e mortos, cumprindo assim o objetivo de esterilização e desinfecção. Ao mesmo tempo, o campo eletrostático exerce um forte efeito de atração, captura e aglomeração sobre as partículas de poeira em suspensão do ar, o que protege efetivamente a membrana filtrante de alta eficiência e prolonga sua vida útil. O componente pode ser removido com facilidade e, após a limpeza do gabinete de purificação, pode ser reutilizado, reduzindo o custo operacional do sistema.

A malha de titânio-carbono e a tecnologia de fotocatalisador são aplicadas para remover gases nocivos e odores. O fotocatalisador é um material ativo de dióxido de titânio em escala nanométrica; ele é revestido na superfície de um substrato e forma um filme fino após a secagem. Sob a ação da luz, ele desempenha uma forte função de degradação catalítica: é capaz de degradar eficazmente gases tóxicos e nocivos do ar, eliminar diversos tipos de bactérias com taxa antibacteriana de até 99,99%, além de decompor e tornar inofensivas as toxinas liberadas por bactérias ou fungos; paralelamente, também conta com funções como desodorização e anti-incrustação.

II. Questões a Observar no Projeto e Construção da Engenharia de Salas Limpas

Nos últimos anos, a China construiu alguns laboratórios de biossegurança BSL-3, sendo parte deles bem-sucedida, mas existem realmente alguns projetos com certos defeitos, principalmente porque os responsáveis pela construção não dominam claramente os pontos técnicos essenciais dos laboratórios de biossegurança. Por esse motivo, mesmo tendo utilizado diversos materiais de construção de alta qualidade e alto custo, os laboratórios ainda não conseguem atender aos requisitos. Os desenhos de projeto fornecidos por algumas empresas são, em essência, laboratórios comuns de pressão negativa e simplesmente não conseguem cumprir as exigências de um laboratório de biossegurança.

1. Sistema de Ar-Condicionado e Ventilação

A organização do fluxo de ar dentro de um laboratório de biossegurança deve ser racional, evitando muitos cantos mortos. Os laboratórios de biossegurança exigem que o fluxo de ar flua da zona limpa para a zona contaminada. As posições das entradas de ar interno e das saídas de exaustão devem minimizar o espaço onde o fluxo de ar estagna, e as saídas de exaustão internas devem ser instaladas na área mais perigosa, dispostas em um lado sem obstruções.

As posições de instalação dos filtros no sistema de exaustão devem ser racionais e convenientes para o teste de vazamento e a substituição. Os filtros de alta eficiência não devem ser instalados na extremidade de pressão positiva do ventilador de exaustão, pois isso não protege o ventilador nem atende ao requisito de que a seção de exaustão contaminada deve estar sob pressão negativa.

Não devem ser instalados aparelhos de ar condicionado split ou de piso no interior do laboratório, pois o trocador de calor de um aparelho de ar condicionado é, na verdade, um dispositivo de reprodução microbiana que contaminaria seriamente o ambiente do laboratório.

Algumas unidades construtoras, em vez de instalar aparelhos de ar condicionado split ou de piso dentro do laboratório, os instalam em salas adjacentes e usam dutos para fornecer ar. No entanto, como os laboratórios de biossegurança de alto nível devem usar ventiladores de fluxo de ar de passagem única, enquanto o trocador de calor de um aparelho de ar condicionado comum é projetado para ar recirculado interno e não consegue atingir a grande diferença de entalpia necessária para o fluxo de passagem única — além disso, para reduzir custos, a capacidade do equipamento não tem margem — a temperatura interna necessária simplesmente não pode ser alcançada. A realização de experimentos em um laboratório de biossegurança de alto nível exige o uso de roupas de proteção especiais, às vezes em múltiplas camadas; se a temperatura não atender aos requisitos, os experimentadores se sentirão desconfortáveis.

O sistema de exaustão deve ser equipado com filtros de alta eficiência e não pode depender apenas da descarga em alta altitude. Algumas unidades de projeto ou construção têm um entendimento deficiente da descarga de alta velocidade, acreditando que a descarga de alta velocidade significa que a velocidade do ar no duto de exaustão deve exceder 13 m/s. Como resultado, a resistência de exaustão é grande e o volume de exaustão necessário não pode ser atingido, tornando muito difícil manter a pressão negativa necessária no interior; ou a pressão do ventilador de exaustão é muito grande, aumentando simultaneamente o ruído e o consumo de energia.

2. Questões de Backup de Equipamentos

Os laboratórios de biossegurança BSL-3 e BSL-4 devem ser dotados de energia de reserva. Por exemplo, os laboratórios de biossegurança BSL-3 exigem duas rotas independentes de fornecimento de energia ou um grupo gerador de reserva, enquanto os laboratórios de biossegurança BSL-4 exigem uma terceira fonte de energia de reserva. Onde não houver condições, deve ser adicionada uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS), cuja capacidade de fornecimento de energia deve ser de no mínimo 45 min.

Os laboratórios de biossegurança BSL-3 e BSL-4 devem ser dotados de ventiladores de exaustão; isso é para garantir que a pressão negativa seja mantida dentro do laboratório em todas as circunstâncias. Quando um ventilador de exaustão falhar, o ventilador de exaustão de reserva deve ser capaz de entrar em operação automaticamente.

3. Funções de Regulação e Controle do Sistema

Para garantir rigorosamente as diferenças de pressão e os gradientes de pressão entre as diversas áreas funcionais dentro do laboratório, devem ser instalados dispositivos de regulação de volume de ar e válvulas de volume de ar constante nos sistemas de abastecimento e exaustão de ar, em vez de usar válvulas de regulação comuns como substitutas.

4. Dar Importância aos Testes de Engenharia

Após a conclusão de um laboratório de biossegurança, ele deve primeiro ser testado por uma instituição de testes autorizada nacionalmente; essa é uma etapa muito importante. O conteúdo dos testes deve incluir diversos aspectos, como a vedação de ar do laboratório, os valores de pressão negativa entre as salas, a direção do fluxo de ar, o teste de vazamento de filtros de alta eficiência, a classificação de limpeza e o sistema de controle automático.

5. Outros Pontos de Atenção

É estritamente proibido construir um laboratório de biossegurança como laboratório de pressão positiva; devem ser instaladas válvulas corta-fogo conforme especificado; é estritamente proibido substituir um gabinete de biossegurança por uma bancada limpa; e é estritamente proibido substituir a exaustão da sala pela exaustão do gabinete de segurança. Uma bancada limpa comum e um gabinete de biossegurança têm princípios de funcionamento e utilizações completamente diferentes, e simplesmente não conseguem proteger o corpo humano contra infeções microbianas, o que é extremamente perigoso.

III. Questões Relativas ao Tratamento dos “Três Resíduos”

O trabalho diário dos laboratórios gera e descarrega frequentemente algumas substâncias gasosas, líquidas ou sólidas tóxicas e nocivas. Sem determinadas medidas de proteção e métodos de tratamento, estas causarão consequências adversas para os seres humanos e o ambiente. Os “três resíduos” de laboratório caracterizam-se por quantidades reduzidas, tipos diversos e dispersão relativa, não sendo fáceis de tratar. Muitos laboratórios não tratam devidamente os “três resíduos”, e alguns nem sequer os tratam.

  1. Águas residuais de laboratório: a composição das águas residuais de laboratório é complexa e variável. Um método de tratamento simples e viável consiste em construir um tanque de águas residuais no qual as águas residuais ácidas e alcalinas são neutralizadas; o pH das águas residuais é ajustado para ligeiramente alcalino, é adicionado um floculante para sedimentação, e as águas residuais sobrenadantes podem ser descarregadas diretamente ou encaminhadas para a rede de esgotos. O sedimento é tratado e depois eliminado como resíduo sólido.

  2. Gases residuais de laboratório: os gases residuais de laboratório dividem-se principalmente em duas grandes categorias: névoa ácida e gases orgânicos. As operações que geram os dois tipos de contaminação devem, de preferência, ser realizadas em diferentes capelas de exaustão. Os gases de névoa ácida são tratados com uma torre de absorção de solução aquosa alcalina; a bomba de pulverização da torre de absorção está interligada ao interruptor da capela de exaustão, e a solução aquosa na torre de absorção está equipada com equipamentos de monitorização de pH. Os gases residuais orgânicos podem ser tratados com dispositivos de adsorção de alta eficiência.

IV. Deficiências Existentes na Construção e Renovação

  1. O planeamento da área do laboratório não é suficientemente racional. Por exemplo: a análise de rotina e a análise instrumental partilham a mesma sala, o armazenamento de amostras e o armazenamento de reagentes partilham a mesma sala ou não estão estritamente separados, e as áreas de escritório e as áreas experimentais sobrepõem-se.

  2. A seleção dos equipamentos de ar condicionado é irracional ou a instalação é inadequada; em alguns casos, provoca inclusive gotejamento de água por cima das bancadas de instrumentos do laboratório.

  3. Os equipamentos das saídas de ar do sistema de ar condicionado são irracionais, com as saídas de ar voltadas para os instrumentos e equipamentos, afetando o seu funcionamento normal.

  4. Os sistemas de exaustão e remoção de fumos estão mal concebidos e são ineficazes.

  5. As linhas de alimentação elétrica não separam a corrente forte, a corrente fraca e a alimentação dos instrumentos.

  6. Os fios de terra dos instrumentos de precisão não cumprem os requisitos.

  7. O cuidado humanístico é insuficiente. Não são disponibilizados locais de armazenamento para os pertences pessoais dos funcionários, como camas para descanso durante o almoço e tigelas de arroz.

  8. O conceito geral carece de visão prospetiva, não tendo em conta em conjunto a rede, o telefone, a vigilância, a proteção contra incêndios e o controlo de acesso.

  9. O investimento em instalações de proteção ambiental é insuficiente; em alguns casos, estas nem sequer são incluídas no projeto.

  10. Como o projeto não é suficientemente detalhado, são adicionados ou substituídos demasiados itens durante a construção, fazendo com que o orçamento seja ultrapassado em demasia.

V. Segurança Elétrica

Acidentes de choque elétrico e acidentes de incêndio ocorrem com frequência nos laboratórios, e as perdas de cada acidente são sempre extremamente avultadas e os danos enormes. Como evitar a ocorrência de acidentes de choque elétrico e acidentes de incêndio é a questão primordial que deve ser considerada durante a construção do laboratório.

  1. A gestão de instalação e uso de equipamentos elétricos no interior do laboratório deve cumprir os regulamentos de gestão de segurança no uso de eletricidade. Os equipamentos de laboratório de alta potência devem utilizar linhas de energia dedicadas, sendo estritamente proibido o compartilhamento com linhas de iluminação, para evitar incêndios causados pelo uso de eletricidade com sobrecarga.

  2. É necessário ter conhecimento claro dos locais e dispositivos no interior do laboratório que podem gerar eletricidade estática; estes devem possuir marcações e avisos claros, e medidas preventivas adequadas devem ser adotadas contra os perigos que podem causar.

  3. Utiliza-se um sistema trifásico de cinco fios para evitar que os instrumentos fiquem energizados e prevenir acidentes de choque elétrico. De acordo com as normas de construção relevantes, este sistema é composto por três fios de fase, um fio de terra e um fio neutro. Mesmo quando a carga trifásica está extremamente desequilibrada, fazendo com que o fio neutro fique energizado, a tensão do fio de terra com aterramento independente permanece sempre zero, o que pode evitar que os instrumentos fiquem energizados e prevenir a ocorrência de acidentes de choque elétrico.

  4. Para eliminar incêndios, é necessário fortalecer o senso de responsabilidade do pessoal do laboratório, mas garantir que não haja energia elétrica no laboratório quando ele estiver desocupado é ainda mais confiável. Cada laboratório (incluindo as salas de preparação e escritórios de apoio) possui um interruptor geral, garantindo que os experimentadores cortem a energia principal do laboratório nas proximidades ao saírem; refrigeradores, incubadoras e equipamentos semelhantes que não podem ser desligados possuem interruptores de circuito separados. Isso previne eficazmente incêndios causados por negligência.

VI. Segurança e Controle no Uso de Água

Acidentes como inundações e outros causados por vazamentos de água nos laboratórios ocorrem com frequência, e seus perigos e perdas costumam ser também muito graves. As causas são principalmente danos a algum componente do sistema de abastecimento de água ou o esquecimento de fechar uma torneira após um corte de água ocasional, especialmente à noite ou durante feriados, quando o laboratório está desocupado.

A experiência de muitos laboratórios mostra que um método de controle eficaz para a segurança do abastecimento de água de cada laboratório é ter uma válvula de gaveta mestra controlando o abastecimento de água de todo o laboratório. Todos os dias, antes de sair do expediente, a última pessoa a sair do laboratório fecha a válvula de gaveta mestra, o que pode garantir que não ocorram acidentes de vazamento de água no laboratório. Para permitir o tratamento de falhas na válvula de gaveta mestra, adiciona-se uma válvula de gaveta de inspeção antes da válvula mestra. Durante o processo de projeto de construção, independentemente de ser adotado um sistema de tubulação principal horizontal ou vertical, cada laboratório pode ter apenas uma tubulação principal de água introduzida, com duas válvulas de gaveta mestra pré-conectadas em série, o que é propício ao controle e à segurança do uso de água no laboratório.

VII. Outros Problemas

  1. Após a conclusão do laboratório, este não atende às necessidades reais do cliente. Por exemplo: após a conclusão do laboratório, constata-se que muitos problemas foram negligenciados no projeto, incluindo a impossibilidade de instalar instrumentos, ausência de fonte de água ou de energia elétrica, ou interfaces não localizadas nas proximidades; o piso é facilmente arranhado; o fluxo de trabalho não é fluido; a ventilação é insuficiente; o espaço é inadequado; não há equipamentos de isolamento de vibração; o registro e controle de temperatura e umidade não funcionam normalmente; e os materiais de decoração não atendem aos requisitos.

  2. A liquidação final do laboratório excede em muito o orçamento. Este é atualmente o problema mais comum na montagem de laboratórios. Por exemplo, um projeto contratado por 4,8 milhões de yuan pode exigir 6 milhões de yuan na liquidação.

  3. A manutenção e o reparo do laboratório não podem ser realizados normalmente. Quando o laboratório concluído entra em operação experimental, muitos problemas podem ser descobertos, mas não podem ser corrigidos a tempo; as unidades construtivas frequentemente alegam que se trata de um problema de projeto, e as responsabilidades não estão claras. Portanto, não se deve adotar um esquema de projeto gratuito; uma empresa com experiência relevante em projeto deve ser contratada para a elaboração do projeto profissional, um contrato de projeto deve ser assinado e uma taxa de projeto razoável deve ser paga, a fim de evitar perdas maiores decorrentes de construções de engenharia irracionais posteriores causadas pela cobiça por projetos gratuitos.

  4. O laboratório não atende às necessidades de desenvolvimento adicional. Após a construção de acordo com os desenhos de projeto, o laboratório resultante não pode ser desenvolvido adicionalmente — por exemplo, não há espaço para novos instrumentos e equipamentos, e não foram instaladas interfaces de computador, de modo que os equipamentos não atendem aos requisitos da construção informatizada.

  5. O laboratório não atende aos requisitos de proteção contra incêndio. Alguns laboratórios são construídos sem passar por revisão de proteção contra incêndio.

  6. O laboratório apresenta riscos de perigos ocupacionais.