최종 배출만 샘플링하면 비용, 처리 부하 및 산업 폐수 위험을 유발하는 흐름을 놓치게 됩니다. 생물공정 엔지니어와 세포 배양 팀에게 적절한 시작점은 간단합니다: 각 공정 단계에서 폐기물을 매핑하고, 흐름을 분리하며, 모든 흐름에 대해 동일한 핵심 데이터를 기록하십시오.
기사를 요약하자면 다음과 같습니다:
- 저는 실시간 폐기물 등록부, 단발성 보고서가 아닌 필요합니다
- 저는 출처: 미디어 준비, 시드 트레인, 생산 바이오리액터, 수확, 다운스트림 단계, CIP/SIP 및 유틸리티 별로 폐기물을 매핑해야 합니다
- 저는 공정 폐기물, 청소 폐기물 및 유틸리티 배출물을 데이터가 결합할 수 있음을 보여줄 때까지 별도로 유지해야 합니다
- 저는 각 스트림에 대해 동일한 핵심 매개변수를 기록해야 합니다: pH, 전도도, COD, BOD, TSS, 염 부하, 부피 및 오염 위험
- 저는 고COD 바이오리액터 배출물, 세포 함유 분획, 고염 정제액, 및 극단적 pH CIP 스트림에 주의를 기울여야 합니다
- 저는 규모 확대, 미디어 변경, 퍼퓨전 변경, TFF 변경 또는 새로운 청소 화학 후에 지도를 검토해야 합니다
몇 가지 사항이 즉시 눈에 띕니다.생산 바이오리액터 폐기물은 보통 공장에서 가장 높은 유기 부하를 가지고 있습니다. CIP/SIP 폐수는 약 pH 2.0에서 12.0까지 변동할 수 있습니다. 그리고 연속 퍼퓨전은 배치 피크에서 더 안정적인 일일 부하로 폐기물을 전환할 수 있으며, 이는 제가 이를 모니터링하는 방식을 변경합니다.
빠른 비교
| 스트림 영역 | 주요 부하 | 주요 위험 | 내가 먼저 추적할 것 |
|---|---|---|---|
| 미디어 준비 | 영양소 및 염류 | 배수로 염 | pH, 전도도, 염 부하 |
| 씨앗 기차 | 영양소, 대사산물, 생존 세포 | 생물학적 분류 | COD, BOD, TSS, 오염 위험 |
| 생산 바이오리액터 | 사용된 미디어, 세포, 잔해, 마이크로캐리어 | 고강도 유기물 및 세포 함유 폐기물 | COD, BOD, TSS, 전도도 |
| 수확 / 분리 | 슬러리의 바이오매스, 여과액의 용해된 염 | 한 부분의 고체, 다른 부분의 염 | 슬러리의 TSS; 여과액의 전도도 |
| 다운스트림 버퍼 | 염 및 pH 변화 | 높은 전도도, 가변 pH | pH, 전도도 |
| CIP / SIP | 가성, 산, 세제 | 극단적인 pH 및 화학 잔류물 | pH, 전도도, 상 분리 |
| 유틸리티 | 용해된 미네랄 | 하수로의 미네랄 부하 | 전도도, 미네랄 부하 |
따라서 시운전 및 확장 중에 견딜 수 있는 폐기물 특성화 계획을 원한다면 (우리의 배양육 공정 확장 가이드를 참조하십시오), 배출구가 아닌 단위 작업에서 시작하고 모든 스트림에 걸쳐 하나의 데이터 세트를 사용할 것입니다.
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시설 전반의 폐기물 흐름을 매핑하는 방법
배양육 공장의 폐기물 흐름: 주요 매개변수 & 위험 요약
프로세스 흐름도를 기반으로 폐기물 등록부 작성
프로세스 흐름도(PFD)로 시작하여 각 단위 작업을 순서대로 진행하십시오: 배지 준비, 시드 트레인, 생산 생물반응기, 수확, 다운스트림 처리 및 청소. 각 단계에서 모든 출력 지점을 기록하십시오. 여기에는 주요 제품 흐름뿐만 아니라 모든 부차적 흐름과 배수도 포함됩니다. 이는 흐름별 특성을 위한 소스 수준 데이터 세트입니다.
출력을 나열한 후, 세 그룹으로 나누십시오: 프로세스 폐기물 (사용된 배지, 세포 잔해, 퍼퓨전 블리드 및 여과 잔류물), 유틸리티 스트림 (예: 냉각수 블로우다운), 및 청소 폐기물 (CIP 및 SIP 배출수). 이러한 그룹을 처음부터 분리하면 처리 경로를 선택하고 준수 여부를 확인할 때 레지스터를 더 쉽게 사용할 수 있습니다. 최소한 배치당 m³ 및 일일 m³의 흐름을 기록하십시오. 파일럿 규모의 실행으로 레지스터를 검증하여 부피 및 구성 추정치가 추측이 아닌 측정된 데이터에서 나오도록 하십시오.
모든 스트림에 대해 표준 특성화 스키마를 사용하십시오
레지스터가 설정되면 모든 스트림에 동일한 스키마를 사용하십시오. 이러한 일관성이 레지스터를 유용하게 만듭니다. 각 스트림이 다른 방식으로 기록되면 비교가 빠르게 복잡해집니다.
각 항목의 최소 데이터 세트에는 특정 단위 작업, 물리적 형태, 추정 부피, 주요 성분 및 오염 위험(예: 생존 가능한 세포 또는 세척 화학물질)과 같은 출처가 포함되어야 합니다. 또한 처리 옵션을 선택하고 영국 무역 폐수 요구 사항을 충족하는 데 사용되는 매개변수도 필요합니다: pH, 전도도, COD, BOD, TSS 및 염 부하.
| 필드 | 단위 / 형식 | 주요 용도 |
|---|---|---|
| 출처 | 단위 작업 이름 | 추적 가능성 및 분리 |
| 물리적 형태 | 액체 / 슬러리 / 고체 | 처리 장비 선택 |
| 부피 | 배치당 m³; 하루당 m³ | 저장 크기 및 허가 신청 |
| 주요 성분 | 영양소, 염, 단백질 | 영양소 회수 또는 폐기 한계 |
| 오염 위험 (생존 가능한 세포, 세척 화학물질) | - | 생물안전 및 허가 준수 |
| pH | - | 처리 선택 및 준수 |
| 전도도 | mS/cm | 염 부하 지표 |
| COD | mg/L | 처리 크기 조정을 위한 유기 부하 |
| BOD | mg/L | 생분해성 평가 |
| TSS | mg/L | 고형물 처리 및 준수 |
| 염 부하 | kg/day | 배출 허가 및 유틸리티 청구 |
모든 스트림에서 동일한 스키마를 사용하면 항목을 비교할 수 있으며, 처리 및 준수 결정을 훨씬 더 쉽게 방어할 수 있습니다.
공급업체 및 조달 데이터가 특성화를 개선하는 방법
등록부가 각 스트림의 출처를 보여주면, 공급업체 문서가 그 간극을 메울 수 있습니다. 공급업체 문서는 종종 전용 조달 계층을 통해 얻어지는 폐기물 특성화 데이터의 출처입니다.. 장비 및 미디어 공급업체의 문서를 사용하여 폐기물 추정치를 강화하고 샘플링 계획을 수립하십시오. 설치 후가 아닌 조달 중에 이 데이터를 조기에 수집하면, 등록부는 대략적인 추정치 대신 현실적인 수치로 시작됩니다.
상류 및 생산 폐기물 스트림 특성화
이 특성화 단계는 주요 처리 및 규정 준수 압력이 시작되는 지점을 보여줍니다.여기서부터는 공장의 유기 및 생물학적 부하의 대부분을 차지하는 상류 및 생산 스트림으로 초점이 이동합니다.
배지 준비 및 시드 트레인 폐기물
배지 준비 폐기물은 일반적으로 영양분이 풍부하지만 생물학적 관점에서 위험이 낮습니다. 왜냐하면 세포가 아직 도입되지 않았기 때문입니다. 실제로 배지 준비는 몇 가지 명확한 폐기물 스트림을 생성합니다: 규격 외 배치, 용기 헹굼 및 멸균 여과 잔류물. 이러한 스트림은 잔류 영양소와 염분을 포함하지만, 세포가 존재하지 않기 때문에 생물학적 위험은 낮게 유지됩니다.
이 단계에서의 주요 분석 검사는 pH, 전도도, COD, BOD, TSS 및 염 부하. 전도도는 특히 중요합니다. 왜냐하면 기초 배지가 염분이 풍부하기 때문입니다. 심지어 헹굼 분획도 무역 폐수 동의에 영향을 미칠 만큼 충분한 용해 염을 운반할 수 있습니다.
시드 트레인 폐기물은 처음에는 비슷해 보이지만, 시스템에 세포가 들어오면 위험 프로필이 변합니다.사용된 확장 배지는 잔류 영양소뿐만 아니라 젖산 및 암모니아와 같은 대사 부산물을 포함하고 있어 유기 부하가 배지 준비 폐기물보다 높습니다. 시드 트레인 폐기물도 용해된 배지 성분뿐만 아니라 생존 가능한 동물 세포를 포함하고 있기 때문에 별도의 특성이 필요합니다.
생산 규모에서 부하와 위험이 다시 증가합니다.
생산 바이오리액터 유출물 및 퍼퓨전 블리드
생산 바이오리액터는 공장에서 가장 높은 부하의 폐기물 흐름을 생성합니다. 배치 사용 배지 및 용기 비우기는 매우 높은 유기 부하, 염 및 세포 함유 고체를 운반합니다. TSS는 동물 세포와, 사용되는 경우 마이크로캐리어에 의해 결정됩니다. 대부분의 공장에서, 이것은 분리, 비활성화 및 처리 크기 설정의 기준이 되는 흐름입니다.
퍼퓨전 시스템은 또 다른 층을 추가합니다. 퍼퓨전 블리드는 단위 시간당 낮지만, 연속적입니다.고급 시스템은 원심분리 기반의 퍼퓨전 및 배지 재생을 사용하여 총 폐기물 양을 줄이면서 남은 유출물을 농축합니다 [2][4]. 배치 및 퍼퓨전 설정 모두 배출 또는 재사용 전에 검증된 비활성화 단계가 필요합니다 [1].
비교 표: 미디어 준비, 시드 트레인 및 생산 바이오리액터 폐기물
| 스트림 그룹 | 출처 | 물리적 형태 | 부피 | COD/BOD 부하 | 전도도 / 염 부하 | TSS 프로파일 | 오염 위험 | 모니터링 빈도 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 미디어 준비 | 규격 외 미디어, 헹굼, 필터 농축액 | 액체 | 중간 | 낮음에서 중간 (사용되지 않은 영양소) | 중간에서 높음 | 낮음 (필터링됨) | 낮음 - 화학/영양소만 | 배치당 |
| 시드 트레인 | 사용된 확장 미디어, 용기 헹굼 | 액체 / 슬러리 | 낮음 | 중간 (대사 부산물) | 보통 | 보통 (세포 존재) | 보통 - 생존 가능한 동물 세포 | 런당 |
| 생산 바이오리액터 | 배치 사용 후 배지, 용기 비우기, 연속 배양 배출 | 액체 / 슬러리 | 높음 | 매우 높음 | 높음 (대사산물, 염) | 높음 (세포, 잔해, 미세운반체) | 높음 - 생존 가능한 동물 세포 | 연속 |
수확, 하류 처리 및 청소 폐기물
배양 후, 폐기물은 훨씬 더 혼합됩니다.pH, 전도도 및 고형물은 한 스트림에서 다음 스트림으로 급격히 변할 수 있으므로 모든 것을 함께 묶는 것은 좋지 않은 생각입니다. 서로 다른 분획은 종종 다른 처리 경로가 필요합니다. 이전에 정의된 동일한 소스, 볼륨 및 오염 필드를 사용하되, 이를 분획 수준에서 적용하십시오.
분획별 수확 및 다운스트림 처리 폐기물
수확은 최소 두 개의 폐기물 분획을 생성하며, 이를 별도로 기록해야 합니다.
첫 번째는 수확 슬러리. 입니다. 이는 배양된 고기 세포, 사용된 배지 및 사용된 경우 바이오리액터에서 회수된 스캐폴드 조각의 농축 혼합물입니다. 상류 폐기물과 차별화되는 점은 입자형 바이오매스입니다. 이 스트림에서는 TSS와 COD가 주로 용해된 유기물이 아닌 세포 고형물에 의해 좌우됩니다.바이오매스를 액상에서 분리하기 위해 탠젠셜 플로우 필트레이션(TFF) 또는 원심분리가 사용되는 경우, 케이크, 농축액 또는 센트레이트는 이러한 차이를 더욱 확대합니다.
분리 후 남은 맑은 액체 또는 센트레이트/필트레이트는 다른 흐름입니다. 일반적으로 낮은 TSS를 가지고 있지만, 여전히 매체에서 용해된 염을 운반하므로 전도도는 높게 유지됩니다. 이 부분은 자체적으로 특성화되어야 하며, 처리 전에 회수 가능성을 검토해야 합니다. 맑은 액체는 여전히 영양소 회수 또는 다른 재사용 경로에 적합할 수 있습니다.
바이오매스가 제거되면 폐기물 프로필이 변경됩니다. 주요 문제는 더 이상 고형물이 아닙니다. 염 부하와 pH 조절이 됩니다.
다운스트림 처리에서는 더 많은 분획이 추가됩니다. 정제 단계에서 나오는 완충액과 세척 용액은 일반적으로 낮은 TSS, 높은 전도도 및 사용 중인 염에 따라 가변적인 pH를 가지고 있습니다.실제로, 이러한 스트림은 주로 염 부하와 pH 관리 문제이므로, 폐기물 등록부에 별도의 항목이 필요합니다.
CIP, SIP 및 유틸리티 관련 폐수
세척 스트림은 별도의 화학적 부담을 추가합니다. CIP 스트림은 극단적인 pH 변동, 염 부하로 인한 높은 전도도, 세제 또는 소독 잔류물로 특징지어집니다 [2][3] . CIP 폐수의 주요 준수 위험은 pH 변동입니다. 이러한 스트림은 제품 접촉 폐기물과 바로 혼합되기보다는 배출 또는 처리 전에 실시간으로 배수 라인에서 모니터링하고 평준화해야 합니다.
유틸리티 스트림은 또 다릅니다. 이들은 주로 미네랄 부하를 추가하며, 생물학적 부하는 아닙니다. 보일러 및 냉각탑 블로우다운은 사이트 폐수 계획이 이미 해당 경로를 검토하고 승인하지 않는 한 제품 접촉 폐기물과 분리되어 있어야 합니다.
비교 표: 수확 슬러리, 다운스트림 버퍼 및 CIP 폐수
| 스트림 | 주요 구성 | 주요 위험 요인 | 예상 pH 범위 | 고형물 수준 | 염 부하 | 분석 우선순위 | 처리 접근법 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 수확 슬러리 / 원심분리 케이크 | 배양육 세포, 단백질, 사용된 배지, 가능한 스캐폴드 조각 | 높은 COD, 높은 TSS, 유기 부하 | 중성에 가까움 | 매우 높음 | 보통 | COD, BOD, TSS, 질소 | 분리; 바이오매스 회수 또는 고강도 유기 폐기물로 관리 |
| 정화된 액체 (센트레이트 / 필트레이트) | 용해된 영양소, 대사산물, 잔여 성장 인자 | 높은 용존 COD 및 BOD, 높은 전도도 | 변동 | 낮음 | 높음 | COD, BOD, 전도도 | 분리; 처리 전에 회수 가능성 평가 |
| 하류 버퍼 / 헹굼 용액 | 염 및 기타 정제 화학물질 | 높은 전도도, 변동하는 pH, 염 부하 | 변동 | 매우 낮음 | 매우 높음 | pH, 전도도 | 분리; 다른 흐름과 결합하기 전에 pH 조정 |
| CIP / SIP 폐수 | 가성, 산, 세제, 소독 용액, 유기물 잔류 | 극단적인 pH 변화, 화학 잔류물, 높은 전도도 | 2.0 – 12.0 [2][3] | 매우 낮음 | 매우 높음 | pH, 전도도, 세제 잔류물 | 단계별로 분리; 배출 전에 평형화 및 중화 |
| 유틸리티 폐수 (보일러 / 냉각 블로우다운) | 용해된 미네랄 | 미네랄 부하, 높은 전도도 | 변동성 있음 | 매우 낮음 | 높음 | 전도도, 미네랄 부하 | 별도로 경로 지정; 생물학적 폐기물 스트림과 결합하지 않음 |
이러한 차이는 분리 및 처리 모두에 영향을 미칩니다. 수확 슬러리는 고강도 유기 처리 필요. 정화된 액체는 생물학적 처리 또는 영양 회수에 적합할 수 있습니다. 하류 버퍼는 염 관리 및 pH 조정이 필요합니다. CIP 폐수는 평형화 및 중화가 필요합니다.이러한 흐름이 올바른 제어 단계 전에 결합되면, 하나의 처리 시스템이 빠르게 과부하될 수 있으며, 이는 준수 문제로 이어질 수 있습니다.
분류, 처리 및 영국 준수를 위한 특성화 데이터 사용
측정을 처리 결정으로 전환
흐름이 매핑되면 데이터를 명확한 분류 및 처리 규칙으로 전환하십시오. 측정은 사이트의 다음 행동을 변경하지 않으면 아무런 의미가 없습니다. 아래 표는 각 매개변수를 트리거해야 할 행동과 연결합니다.
| 매개변수 | 신호하는 것 | 예상 치료 반응 |
|---|---|---|
| pH | 중화 필요성 | 스트림을 결합하기 전에 평형화 및 중화 |
| 전도도 / 염 부하 | 무역 폐수 배출 적합성 | 고염 스트림을 분리; 하수 배출 적합성 평가 |
| COD / BOD | 생물학적 처리 적합성; 유기 강도 | 고강도 스트림은 생물학적 처리 전에 전처리가 필요할 수 있음 |
| TSS | 고형물 제거 요구 사항; 슬러지 처리 필요성 | 배출 전에 탈수 또는 필터링; 제거된 고형물 별도 관리 |
각 스트림이 특성화되고 결합된 부하가 평가될 때까지 고강도 스트림과 저강도 스트림을 결합하지 마십시오.
재조합 단백질이나 유전자 조작 생물이 존재하는 경우, 일반 폐수와 결합하기 전에 스트림을 비활성화하십시오 [1].
고강도 스트림은 처리 전에 회수를 위해 선별해야 합니다. 회수가 불가능한 경우, 최소한의 강도로 준수 가능한 경로로 보내십시오.
실용적인 모니터링 및 검토 계획을 수립하십시오
커미셔닝 중에 선택한 경로가 여전히 타당한지 확인하기 위해 동일한 스트림 수준 데이터를 사용하십시오. 기준 샘플링은 프로세스 단계 수준의 모든 주요 스트림을 포함해야 하며, 단순히 최종 배출구만 포함해서는 안 됩니다. 커미셔닝 중 핵심 매개변수를 측정한 후, 최소한 세 개의 연속 배치에 걸쳐 샘플링을 반복하여 정상 범위를 정의하십시오. COD나 전도도의 큰 변동은 기록되지 않은 프로세스 변경을 나타내는 경우가 많습니다.
트리거 기반 검토는 중요합니다.폐기물 지도를 다시 검토하십시오 미디어 재구성이 발생할 때마다, 동물성 성분으로의 전환, 생물 반응기의 규모 확대, 또는 세척 화학의 변화가 있을 때 포함됩니다. 한 규모에서 특성화된 공장은 더 큰 생산 용기로 이동한 후 항상 정확한 그림을 가지고 있지는 않습니다.
탠젠셜 흐름 여과 또는 연속 퍼퓨전을 사용하는 시설의 경우, 배치 피크보다는 안정 상태의 부하를 중심으로 모니터링을 설정하십시오. 연속 수확은 더 일관된 일일 폐기물 프로필을 생성하지만, 이는 또한 세포 밀도나 미디어 구성의 드리프트가 일회성 배치 이벤트로 나타나는 대신 지속적으로 폐기물 스트림으로 전달된다는 것을 의미합니다.
결론: 모든 배양육 공장이 유지해야 하는 최소 데이터 세트
특성화의 최종 산물은 보고서가 아닙니다. 그것은 처리 결정을 이끄는 실시간 등록부입니다.각 스트림에 대해 다음을 포함한 폐기물 등록부를 유지하십시오:
- 출처 프로세스 단계
- 폐기물 등급
- 부피
- 오염 위험
- pH
- 전도도
- COD
- BOD
- TSS
- 염 부하
- 할당된 경로
스트림은 특성화 데이터가 결합을 지원할 때까지 분리된 상태로 유지되어야 합니다. 비활성화 요구 사항, 극단적인 pH 또는 매우 높은 유기 부하가 있는 고위험 스트림은 자체 문서화된 처리 경로가 필요합니다. 데이터를 최신 상태로 유지하고 주요 프로세스 변경 후 검토하는 것이 배수구에 도달했을 때만 처리 문제를 발견하는 시설과 규정을 준수하는 시설을 구분합니다.
자주 묻는 질문
왜 최종 배수구만 샘플링하지 않습니까?
최종 배수구만 샘플링하는 것은 충분하지 않습니다. 그것은 폐기물이 생성되는 곳과 그 안에 무엇이 있는지 배양육 공정 전반에 걸쳐 숨깁니다.
단계별 폐기물 지도는 팀에게 훨씬 더 명확한 그림을 제공합니다. 이는 오염 사건, 영양소 고갈, 공정 부산물을 나타날 때 정확히 찾아내는 데 도움이 되며, 모든 것이 하류에서 혼합된 후가 아닙니다.
또한 정기적인 모니터링을 훨씬 더 유용하게 만듭니다. 각 단계에서 팀은 다음을 추적할 수 있습니다:
- pH
- 전도도
- COD
- BOD
- TSS
- 염 부하
이는 규정 준수와 일상적인 공장 성능 모두에 중요합니다. 어떤 흐름이 부하를 유발하는지 알면 문제를 해결하고, 운영을 조정하며, 최종 배수구로 불필요한 문제를 보내지 않기가 훨씬 쉬워집니다.
어떤 폐기물 흐름을 먼저 분리해야 합니까?
먼저, 액체 및 고체 폐기물 흐름을 분리하십시오.
재활용되지 않는 배양 배지와 청소 폐기물은 처리하기 위해 액체 폐수 흐름으로 보내야 합니다.
비식용 또는 비생분해성 미세운반체 및 스캐폴드 잔여물을 포함한 고체 폐기물은 수확 시 제거해야 합니다. 이는 오염을 방지하고, 공정 효율성을 유지하며, 부산물이나 배지 성분의 회수를 지원하는 데 도움이 됩니다.
폐기물 등록부는 얼마나 자주 업데이트해야 합니까?
폐기물 등록부는 매 생산 주기 후, 즉 매일 또는 바이오리액터 캠페인마다 최소한 업데이트해야 합니다. 공정 변경이나 청소 변경으로 인해 폐기물 흐름이 변경될 수 있는 경우 다시 업데이트하십시오.
이렇게 하면 액체, 고체 및 혼합 폐기물에 대한 기록이 부피와 pH, 전도도, COD/BOD, TSS 및 염 부하와 같은 측정 특성 모두에 대해 최신 상태로 유지됩니다.
