談核醫(yī)學(xué)科放射性污水設(shè)計停留時間

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【摘要】國家現(xiàn)行污水排水排放標(biāo)準(zhǔn)中對核醫(yī)學(xué)科放射性污水排放要求并不一致，根據(jù)不同的排放要求，結(jié)合對核醫(yī)學(xué)科常用的同位素，以及設(shè)計排水量等相關(guān)參數(shù)的分析，對衰變池采用的設(shè)計停留時間這一關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了對比計算，并給出了建議。

【關(guān)鍵詞】核醫(yī)學(xué)；放射性污水；停留時間；設(shè)計排水量

1引言

近年來，放射性同位素在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用得到了極大的發(fā)展，其診斷與治療中的獨特優(yōu)點，日益為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)所重視。而核醫(yī)學(xué)科室產(chǎn)生的放射性污廢水若處理不當(dāng)，將會造成環(huán)境的污染，導(dǎo)致無關(guān)人員受到放射性損傷。因此，規(guī)定“凡I類工作場所和開展放射性藥物治療的單位”【1】和“使用放射性核素其日等效最大操作量等于或大于2×107Bq的臨床核醫(yī)學(xué)單位和醫(yī)學(xué)科研機(jī)構(gòu)”【2】應(yīng)設(shè)置衰變池處理放射性污水。核醫(yī)學(xué)科放射性污水屬于低濃度放射性污水，工程上多采用停留儲存、自然衰變方式處理，但由于現(xiàn)行多個相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)中對排放要求并不一致，導(dǎo)致實際工程設(shè)計及驗收均存在分歧，同時也帶來了安全風(fēng)險。

2放射性污水中的同位素分析

不論采用哪種處理方式和排放要求，確定污水中主要的放射性同位素是首要前提條件。根據(jù)文獻(xiàn)【3~7】，醫(yī)學(xué)應(yīng)用非密封源放射性同位素主要有以下幾種：99mTc、18F、131I、32P、125I、89Sr。其中，診斷類同位素中，99mTc是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣的SPECT藥物，可以對人體幾乎所有器官進(jìn)行顯像診斷，占醫(yī)院放射性藥物使用量的80％以上；而18F類藥物則在PET/CT診斷中最為廣泛，占總使用量的98.04％；治療類同位素中，則以131I為主。結(jié)合當(dāng)前實際工程中醫(yī)院提供的同位素使用資料，通過患者排泄、器皿清洗等方式產(chǎn)生的放射性污水中主要為99mTc、18F、131I3種，其主要性能參數(shù)詳見表1【8】。

3放射性污水排放要求

現(xiàn)行關(guān)于醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科污水的排放要求的規(guī)定主要有以下3個：1）CECS07:2004《醫(yī)院污水處理設(shè)計規(guī)范》【9】6.0.3條規(guī)2）GB18466—2005《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》【10】4.1條規(guī)定：污水排放要求中規(guī)定排放限值（日均值）：總α為1Bq/L，總β為10Bq/L。根據(jù)表1，核醫(yī)學(xué)科污水中同位素主要是β衰變，可近似采用10Bq/L作為核醫(yī)學(xué)科污水放射性濃度限值進(jìn)行計算。3）GB18871—2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》【11】8.6.2條規(guī)定：（1）每月排放總活度<10ALImin（ALImin是相應(yīng)于職業(yè)照射的食入和吸入值中的較小者）；（2）每次排放活度<1ALImin，并每次排放后用不少于3倍排放量的水進(jìn)行沖洗。以131I為例計算ALImin值，根據(jù)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》，放射性核素j的年攝入量限值Ij，L=DL/ej，其中：DL為相應(yīng)的有效劑量的年劑量限值；ej為放射性核素j的單位攝入量所致的待積有效劑量的響應(yīng)值。參照標(biāo)準(zhǔn)附表數(shù)據(jù)，職業(yè)照射工作人員連續(xù)5a的年平均有效劑量限值為20mSv，一般取其值25%即5mSv作為年管理劑量約束值【12】；131I吸入e（g）1μm為7.6×10-9Sv/Bq，e（g）5μm為1.1×10-8Sv/Bq；食入e（g）為2.2×10-8Sv/Bq。ALImin是相應(yīng)于職業(yè)照射的食入和吸入值中的較小者，因此計算ej取對應(yīng)的食入值2.2×10-8Sv/Bq。根據(jù)公式可得，131I的職業(yè)人群的ALImin=5×10-3/2.2×10-8=2.27×105Bq；131I每月排放的總活度限值10ALImin=2.27×106Bq。

4放射性污水設(shè)計排水量分析

根據(jù)前述排放要求中對放射性濃度的規(guī)定可知，除需知道排水中主要的同位素以外，還要計算相應(yīng)的排水量。由于國內(nèi)尚沒有獨立的核醫(yī)學(xué)科室排水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設(shè)計中可參考其接診規(guī)模和人（床）均排水量這2個參數(shù)進(jìn)行計算。

4.1接診規(guī)模的確定

首先需要確定核醫(yī)學(xué)科室設(shè)計接診人數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)資料【13，14】的統(tǒng)計資料，當(dāng)前核醫(yī)學(xué)科室診斷主要為SPECT（單光子顯像）和PET-CT（正電子顯像），具體如表2所示。除統(tǒng)計資料外，衛(wèi)健委《國家級區(qū)域醫(yī)療中心設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》（綜合醫(yī)院）征求意見稿中對醫(yī)療設(shè)備規(guī)模的要求：SPECT-CT臺均人次≥20人/d；PET-CT臺均人次≥15人/d；《國家級區(qū)域醫(yī)療中心設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》（腫瘤醫(yī)院）征求意見稿中對醫(yī)療設(shè)備規(guī)模的要求：SPECT-CT臺均人次≥30人/d，PET-CT臺均檢查人次≥10人/d。綜上，按SPECT-CT和PET-CT進(jìn)行分類折算接診量，結(jié)合目前所了解的醫(yī)院實際接診規(guī)模及發(fā)展趨勢，在無相關(guān)數(shù)據(jù)時，對一般醫(yī)院，建議SPECT-CT以15人/（臺•d）接診量計算；PET-CT按10人/（臺•d）的接診量計算；對國家級區(qū)域醫(yī)療中心可按衛(wèi)健委文件要求人數(shù)進(jìn)行計算。

4.2設(shè)計排水量的確定

由于國內(nèi)尚沒有獨立的核醫(yī)學(xué)科室排水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但從核醫(yī)學(xué)科診斷的門診醫(yī)技功能屬性來看，可參考GB50015—2003《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中門診高日用水量10~15L/（人•d）這一設(shè)計值，同時，根據(jù)防止同位素污染擴(kuò)散的原則，本區(qū)域?qū)傧拗朴盟畢^(qū)，建議按10L/（人•d）作為生活排水定額來確定放射性污水設(shè)計排水量。若設(shè)有留觀或收治床位，可參考《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中排水定額100～200L/（床•d），同理，建議取低值，即按100L/（床•d）計算病床排水量。根據(jù)以上分析，以廣東某地實際工程為例計算設(shè)計排水量。該醫(yī)院屬于地方三甲醫(yī)院，其核醫(yī)學(xué)科共設(shè)有2臺SPECT、1臺PET/CT，同時，設(shè)有4張收治床位。根據(jù)前述建議的接診量計算，設(shè)計顯像診斷服務(wù)人數(shù)為40人/d，最大住院病人為4人，則放射性污水設(shè)計高日排水量為QP=40×10+4×100=800L/d。

5排水設(shè)計停留時間

核醫(yī)學(xué)產(chǎn)生的放射性污水主要采用自然衰變處理，衰變池采用的設(shè)計停留時間T直接關(guān)系到排水是否能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。5.1以同位素半衰期T1/2為計算依據(jù)廢水停留時間即為同位素衰變完成時間，同位素的衰變遵循公式：N=N-λT0e。其中，N為現(xiàn)存的原子核數(shù)；N0為原有原子核總數(shù)；T為由N0衰變?yōu)镹所用的時間；λ為衰變常數(shù)。一般在物理意義上，同位素衰變完成時間是指當(dāng)某同位素殘留的原子核數(shù)目為起始的1/1000時，可以認(rèn)為該同位素已衰變完成。即：T=-ln（1/1000）/λ=6.91/λ=10T1/2。其中，半衰期T1/2=-ln（1/2）/λ=0.693/λ（放射性同位素數(shù)目衰減到原來數(shù)目一半所需要的時間的期望值）。同位素經(jīng)過10個半衰期的衰變之后，可以認(rèn)為已經(jīng)完成衰變?，F(xiàn)行CECS07:2004《醫(yī)院污水處理設(shè)計規(guī)范》對核醫(yī)學(xué)放射性廢水停留時間也是基于此值進(jìn)行規(guī)定。

5.2以同位素放射性濃度為計算依據(jù)

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知：（1）當(dāng)前核醫(yī)學(xué)科主要使用的同位素在衰變時以β射線為主，因此，可以近似以排放污水同位素的放射性濃度作為總β放射性活度值依據(jù)。（2）由于甲癌采用的131I劑量最大，半衰期最長，其他元素活度和半衰期與之相比不是一個數(shù)量級，因此計算時可略去不計，僅按甲癌治療所使用的131I的排放活度作為基礎(chǔ)計算討論。以上述案例為例，以1d的排水量作為容積計算單位，根據(jù)4.2節(jié)的分析計算，以1d為計算時間段，設(shè)計排水量為800L；共設(shè)有4張床位，設(shè)計1d最大排放總活度4.9×109×4=1.96×1010Bq，則最大排水初始放射性濃度C0=1.96×1010/800=2.45×107Bq/L。以C=10Bq/L為排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)同位素衰變公式，計算可得，設(shè)計停留時間T≥（-ln（C/C0）/0.693）T1/2≈21.3T1/2。5.3以同位素活度為計算依據(jù)以131I的一次排放活度不能超過1ALImin（2.27×105Bq）計算停留時間。由于此限值是僅以同位素活度為基準(zhǔn)，而科室排水是連續(xù)排放，需要計算不同時間排水衰變后活度累加值。同時，由于標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確定義“一次排放活度”中“一次”的時間概念，基于此，（1）推流衰變法的衰變池因其排水連續(xù)排放，沒有“一次”的時間概念，故此限值并不適用于推流法的設(shè)計計算；（2）按貯存衰變法來進(jìn)行衰變池設(shè)計計算，此處暫將“一次”理解為將池內(nèi)污水單次排空，而不是分多次排空。仍以上述案例為例，以甲癌治療使用的131I的排放活度作為計算依據(jù)，每月（按4周計）接診30人，衰變池按常用的三池形式設(shè)計，為簡化計算，以1周為時間段進(jìn)行累加試算。每周內(nèi)131I的排放活度值為4.9×109×（30÷4）=3.68×1010Bq，停留時間計算如表3所示。計算可知截至第11周的全部進(jìn)水，整體經(jīng)過154d（22周）衰變后，池內(nèi)剩余活度總量約為1.39×105Bq，可滿足一次排放不超過1ALImin（2.27×105Bq）的限值要求，也即設(shè)計停留時間T≥154d≈19.2T1/2。

5.4不同排放要求下設(shè)計停留時間的對比分析

根據(jù)前述計算，不同的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)對衰變池的容積設(shè)計影響較大。1）放射性污水停留10個半衰期的要求本質(zhì)上是同位素原子數(shù)量上相對概念，也即衰變后的原子數(shù)量與衰變前的比值，與同位素本身的物理性質(zhì)相關(guān)，而與其初始的活度（使用劑量）無關(guān)，與排水量無關(guān)，要求本身就是停留時間；2）總β＜10Bq/L限值要求是同位素放射性濃度概念，反映了同位素的使用劑量及排水量，且與其衰變形式相關(guān)，強調(diào)衰變后的放射性濃度，以初始放射性濃度為計算基礎(chǔ)，經(jīng)過設(shè)計停留時間后，達(dá)到排放的放射性濃度要求，適用于連續(xù)排放的推流衰變法計算；3）單次排放活度＜1ALImin強調(diào)了污水中同位素衰減后的活度值，反映了同位素的使用劑量，但與排水量無關(guān)，是絕對數(shù)值的概念，適用于間歇排放的貯存衰變法計算。根據(jù)實施的若干工程反饋信息，實際監(jiān)測中各地多按《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，很顯然，對于規(guī)模較大、藥劑用量大的核醫(yī)學(xué)科室排水，僅按10個半衰期設(shè)計衰變池是難以滿足實際監(jiān)測要求的。

6結(jié)語

核醫(yī)學(xué)科放射性污水的安全排放關(guān)系全體參與者的健康安全，合理確定放射性污水的停留時間并據(jù)此設(shè)計衰變池是保障輻射安全的重要措施。同時，也建議對核醫(yī)學(xué)放射性污水的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，以便于工程設(shè)計和日常監(jiān)測。

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作者：歐云峰 單位：中國中元國際工程有限公司