核医学科放射性污水设计停留时间探讨

欧云峰

（中国中元国际工程有限公司，北京100089）

1 引言

近年来，放射性同位素在临床医学中的应用得到了极大的发展，其诊断与治疗中的独特优点，日益为现代医学所重视。而核医学科室产生的放射性污废水若处理不当，将会造成环境的污染，导致无关人员受到放射性损伤。因此，规定“凡I类工作场所和开展放射性药物治疗的单位”【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的临床核医学单位和医学科研机构”【2】应设置衰变池处理放射性污水。

核医学科放射性污水属于低浓度放射性污水，工程上多采用停留储存、自然衰变方式处理，但由于现行多个相关排放标准中对排放要求并不一致，导致实际工程设计及验收均存在分歧，同时也带来了安全风险。

2 放射性污水中的同位素分析

不论采用哪种处理方式和排放要求，确定污水中主要的放射性同位素是首要前提条件。根据文献【3～7】，医学应用非密封源放射性同位素主要有以下几种：99mTc、18F、131I、32P、125I、89Sr。其中，诊断类同位素中，99mTc是目前国内应用最广的SPECT药物，可以对人体几乎所有器官进行显像诊断，占医院放射性药物使用量的80%以上；而18F类药物则在PET/CT诊断中最为广泛，占总使用量的98.04%；治疗类同位素中，则以131I为主。结合当前实际工程中医院提供的同位素使用资料，通过患者排泄、器皿清洗等方式产生的放射性污水中主要为99mTc、18F、131I 3种，其主要性能参数详见表1【8】。

3 放射性污水排放要求

现行关于医院核医学科污水的排放要求的规定主要有以下3个：

1）CECS 07:2004《医院污水处理设计规范》【9】6.0.3条规定：衰变池容积宜按该核素10个半衰期的水量计算。

表1 常用放射性同位素性能参数表

2）GB 18466—2005《医疗机构水污染排放标准》【10】4.1条规定：污水排放要求中规定排放限值（日均值）：总α为1Bq/L，总β为10Bq/L。根据表1，核医学科污水中同位素主要是β衰变，可近似采用10Bq/L作为核医学科污水放射性浓度限值进行计算。

3）GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》【11】8.6.2条规定：（1）每月排放总活度＜10ALImin（ALImin是相应于职业照射的食入和吸入值中的较小者）；（2）每次排放活度＜1ALImin，并每次排放后用不少于3倍排放量的水进行冲洗。

以131I为例计算ALImin值，根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》，放射性核素j的年摄入量限值Ij，L=DL/ej，其中：DL为相应的有效剂量的年剂量限值；ej为放射性核素j的单位摄入量所致的待积有效剂量的响应值。

参照标准附表数据，职业照射工作人员连续5a的年平均有效剂量限值为20mSv，一般取其值25%即5mSv作为年管理剂量约束值【12】；131I吸入e（g）1μm为7.6×10-9Sv/Bq，e（g）5μm为1.1×10-8Sv/Bq；食入e（g）为2.2×10-8Sv/Bq。ALImin是相应于职业照射的食入和吸入值中的较小者，因此计算ej取对应的食入值2.2×10-8Sv/Bq。根据公式可得，131I的职业人群的ALImin=5×10-3/2.2×10-8=2.27×105Bq；131I每月排放的总活度限值10ALImin=2.27×106Bq。

4 放射性污水设计排水量分析

根据前述排放要求中对放射性浓度的规定可知，除需知道排水中主要的同位素以外，还要计算相应的排水量。由于国内尚没有独立的核医学科室排水量统计数据，设计中可参考其接诊规模和人（床）均排水量这2个参数进行计算。

4.1 接诊规模的确定

首先需要确定核医学科室设计接诊人数。根据文献资料【13，14】的统计资料，当前核医学科室诊断主要为SPECT（单光子显像）和PET-CT（正电子显像），具体如表2所示。

表2 全国核医学科室设置及运营统计表

除统计资料外，卫健委《国家级区域医疗中心设置标准》（综合医院）征求意见稿中对医疗设备规模的要求：SPECT-CT台均人次≥20人/d；PET-CT台均人次≥15人/d；《国家级区域医疗中心设置标准》（肿瘤医院）征求意见稿中对医疗设备规模的要求：SPECT-CT台均人次≥30人/d，PET-CT台均检查人次≥10人/d。

综上，按SPECT-CT和PET-CT进行分类折算接诊量，结合目前所了解的医院实际接诊规模及发展趋势，在无相关数据时，对一般医院，建议SPECT-CT以15人/（台·d）接诊量计算；PET-CT按10人/（台·d）的接诊量计算；对国家级区域医疗中心可按卫健委文件要求人数进行计算。

4.2 设计排水量的确定

由于国内尚没有独立的核医学科室排水量统计数据，但从核医学科诊断的门诊医技功能属性来看，可参考GB 50015—2003《建筑给水排水设计规范》中门诊高日用水量10～15L/（人·d）这一设计值，同时，根据防止同位素污染扩散的原则，本区域属限制用水区，建议按10L/（人·d）作为生活排水定额来确定放射性污水设计排水量。若设有留观或收治床位，可参考《建筑给水排水设计规范》中排水定额100～200L/（床·d），同理，建议取低值，即按100L/（床·d）计算病床排水量。

根据以上分析，以广东某地实际工程为例计算设计排水量。该医院属于地方三甲医院，其核医学科共设有2台SPECT、1台PET/CT，同时，设有4张收治床位。根据前述建议的接诊量计算，设计显像诊断服务人数为40人/d，最大住院病人为4人，则放射性污水设计高日排水量为QP=40×10+4×100=800L/d。

5 排水设计停留时间

核医学产生的放射性污水主要采用自然衰变处理，衰变池采用的设计停留时间T直接关系到排水是否能够满足排放标准的要求。

5.1 以同位素半衰期T1/2为计算依据

废水停留时间即为同位素衰变完成时间，同位素的衰变遵循公式其中，N为现存的原子核数；N0为原有原子核总数；T为由N0衰变为N所用的时间；λ为衰变常数。

一般在物理意义上，同位素衰变完成时间是指当某同位素残留的原子核数目为起始的1/1 000时，可以认为该同位素已衰变完成。

即：T=-ln（1/1 000）/λ=6.91/λ=10T1/2。其中，半衰期T1/2=-ln（1/2）/λ=0.693/λ（放射性同位素数目衰减到原来数目一半所需要的时间的期望值）。

同位素经过10个半衰期的衰变之后，可以认为已经完成衰变。现行CECS 07:2004《医院污水处理设计规范》对核医学放射性废水停留时间也是基于此值进行规定。

5.2 以同位素放射性浓度为计算依据

根据表1中数据可知：（1）当前核医学科主要使用的同位素在衰变时以β射线为主，因此，可以近似以排放污水同位素的放射性浓度作为总β放射性活度值依据。（2）由于甲癌采用的131I剂量最大，半衰期最长，其他元素活度和半衰期与之相比不是一个数量级，因此计算时可略去不计，仅按甲癌治疗所使用的131I的排放活度作为基础计算讨论。

以上述案例为例，以1d的排水量作为容积计算单位，根据4.2节的分析计算，以1d为计算时间段，设计排水量为800L；共设有4张床位，设计1d最大排放总活度4.9×109×4=1.96×1010Bq，则最大排水初始放射性浓度C0=1.96×1010/800=2.45×107Bq/L。以C=10Bq/L为排放标准，根据同位素衰变公式，计算可得，设计停留时间T≥（-ln（C/C0）/0.693）T1/2≈21.3T1/2。

5.3 以同位素活度为计算依据

以131I的一次排放活度不能超过1ALImin（2.27×105Bq）计算停留时间。由于此限值是仅以同位素活度为基准，而科室排水是连续排放，需要计算不同时间排水衰变后活度累加值。同时，由于标准中并没有明确定义“一次排放活度”中“一次”的时间概念，基于此，（1）推流衰变法的衰变池因其排水连续排放，没有“一次”的时间概念，故此限值并不适用于推流法的设计计算；（2）按贮存衰变法来进行衰变池设计计算，此处暂将“一次”理解为将池内污水单次排空，而不是分多次排空。

仍以上述案例为例，以甲癌治疗使用的131I的排放活度作为计算依据，每月（按4周计）接诊30人，衰变池按常用的三池形式设计，为简化计算，以1周为时间段进行累加试算。每周内131I的排放活度值为4.9×109×（30÷4）=3.68×1010Bq，停留时间计算如表3所示。

表3 停留时间计算表

计算可知截至第11周的全部进水，整体经过154d（22周）衰变后，池内剩余活度总量约为1.39×105Bq，可满足一次排放不超过1ALImin（2.27×105Bq）的限值要求，也即设计停留时间T≥154d≈19.2T1/2。

5.4 不同排放要求下设计停留时间的对比分析

根据前述计算，不同的执行标准对衰变池的容积设计影响较大。

1）放射性污水停留10个半衰期的要求本质上是同位素原子数量上相对概念，也即衰变后的原子数量与衰变前的比值，与同位素本身的物理性质相关，而与其初始的活度（使用剂量）无关，与排水量无关，要求本身就是停留时间；

2）总β＜10Bq/L限值要求是同位素放射性浓度概念，反映了同位素的使用剂量及排水量，且与其衰变形式相关，强调衰变后的放射性浓度，以初始放射性浓度为计算基础，经过设计停留时间后，达到排放的放射性浓度要求，适用于连续排放的推流衰变法计算；

3）单次排放活度＜1ALImin强调了污水中同位素衰减后的活度值，反映了同位素的使用剂量，但与排水量无关，是绝对数值的概念，适用于间歇排放的贮存衰变法计算。

根据实施的若干工程反馈信息，实际监测中各地多按《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》执行，很显然，对于规模较大、药剂用量大的核医学科室排水，仅按10个半衰期设计衰变池是难以满足实际监测要求的。

6 结语

核医学科放射性污水的安全排放关系全体参与者的健康安全，合理确定放射性污水的停留时间并据此设计衰变池是保障辐射安全的重要措施。同时，也建议对核医学放射性污水的排放标准进行统一，以便于工程设计和日常监测。