醫院放射性污水處理優化設計
前言：隨著現代醫學的發展，核醫學在醫院診斷和治療中的應用越來越普便。為了更好的普及放射性污水處理的知識，從醫院放射性污水的來源、水質及排放標準入手，通過對常用醫院放射性污水處理工藝及其優缺點分析，接合實際工程案例分析，對醫院放射性污水處理的優化設計進行探討和總結。
1、醫院放射性污水的來源、水質及排放標準
1.1、醫院放射性污水的來源
一般來說，醫院放射性同位素污水的來源主要包括以下三方面：
1、在診斷和治療過程中，病人服用放射性同位素后所產生的排泄物（70%的藥物都是通過排泄排出體外的）；
2、清洗病人服用的藥杯、注射器和高強度放射性同位素分裝時的移液管等器皿所產生的清洗水；
3、醫用標記化合物制備（回旋加速器、熱室）及傾倒多余劑量放射性同位素排放的放射性廢水。
1.2、醫院放射性污水水質
1、放射性污水的分類標準
根據國際原子能機構（IAEA）規定，放射性污水按照其放射性活度大小可以分為四級，見表1：
2、醫院放射性污水水質
根據2003年國家環保總局發布的《醫院污水處理技術指南》相關規定：醫院放射性污水的濃度范圍為3.7×102Bq/L~3.7×105Bq/L，屬于低放污水。
通常情況下，醫院進行診療所采用的放射性核素，其特點是核素的半衰期一般比較短，毒性相對較低，并且放射性污水的排放量也較低，一般在0.2~5m3/d。各醫院核醫學科常用放射性核素有89Sr(鍶)、99mTc（高锝）、131I（碘）、153Sm（釤）、32P（磷）、18F（氟）、125I（碘）等，產生的放射性污水都具有水量小、放射性核素含量較低以及污水中主要放射性核素半衰期較短等顯著特點。
注:Bq是放射性活度單位，放射性元素每秒有一個原子發生衰變時，其放射性活度即為1貝可。
1.3、醫院放射性污水排放標準
根據《醫療機構污染物排放標準》GB18466-2005規定，綜合醫療機構和其他醫療機構，醫院放射性污水污染物排放量限制（日均值）：總α<1Bq/L，總β<10Bq/L。
根據《電離輻射防護和輻射源安全基本標準》GB18871-2002的排放要求：每月排放總活度<10ALImin（ALImin是相應于職業照射的食入和吸入值中的較小者），每次排放活度<1ALImin，并每次排放后用不少于3倍排放量的水進行沖洗。
2、常用醫院放射性污水處理工藝及其優缺點分析
放射性污水的處理，從根本上講，只能依靠自然衰變來降低以至消除其所含放射性核素的放射性，故其處理方法根本上來說無非是貯存和擴散兩種。目前常用的處理方法主要有：化學沉淀法、離子交換法、膜分離法、蒸發濃縮法、吸附法以及貯存衰變法。
醫院放射性污水主要用貯存衰變法。貯存衰變法是將放射性污水排入衰變池貯存一定時間（一般為污水中最長半衰期核素的10個半衰期），使污水中的放射性核素進行自然衰變，待污水的放射性指標達到國家管理限值時方可進行排放的一種方法。工程上主要有連續衰變池和間歇式衰變池兩種形式。
2.1、連續衰變池
連續衰變池的進水和出水都是連續的，池內設置導流墻，推流式排放。衰變池設計總容積為最長半衰期同位素10個半衰期放射性廢水總排水量。每一個均采用導流管，污水從池下部進入，上部排出，以防止短路，保證衰變效果。連續衰變池示意圖間圖1：
連續流動式衰變池具有池容積小，占地面積小，造價較低，操作簡單，不需或很少維護等優點。其缺點是抗沖擊能力差，如果發生放射性物質泄漏等事故，污水中的放射性物質增加時，污水在衰變池中還未衰變到允許的排放濃度就不得不排放，會造成放射性污染事故。
2.2、間歇式衰變池
間歇式衰變池采用兩個或多格式衰變池輪流收集并貯存醫院放射性污水（并聯切換），每格設計容積為最長半衰期核素數倍半衰期時間內產生放射性污水的排放量，待污水在池中經過衰變達到國家規定限制后，再排入周圍環境中。間歇式衰變池示意圖間圖2：
間歇式衰變池的優點是抗沖擊能力強，出水水質穩定可靠，如果發生放射性物質泄漏等事故，污水中的放射性物質增加時，可以通過延時排放來延長污水在衰變池中停留時間，確保污水衰變到允許的排放濃度后排出，避免造成放射性污染事故。其缺點是衰變池容積較大，占地面積大，造價高，需要設控制閥門和水泵，控制相對復雜。
3、實際工程案例分析
醫院項目由于使用人群的特殊性，在放射性污水處理工藝的選擇上，應優先考慮安全性，因此，一般情況優先選擇間歇式衰變池的處理工藝。前文已經提到，間歇式衰變池的主要缺點是：衰變池容積較大，占地面積大，本章主旨是如何減少衰變池的容積，并相應減少占地面積。下面，我們結合某醫院實例對如何優化衰變池設計進行探討。
3.1 醫院放射性污水系統水量計算
要減少衰變池的容積及占地面積，我們首先需要考慮的是如何減少醫院放射性污水系統水量，這是治本之法。醫院放射性污水來源主要是核醫學科病人所產生的糞便污水，而并非盥洗、淋浴廢水。在確定放射性污水量時，除參照給排水規范及中水規范外，還要根據環評部門給出的指標進行校核。下面，我們通過某醫院實例進行計算。
天津空港國際生物醫學康復治療中心位于天津市空港經濟區規劃的醫療衛生設施建設用地范圍內，總建筑面積：134196平方米，其中地上建筑面積84140平方米，地下建筑面積50056平方米。建筑高度40.8米，地上九層，地下一層。
核醫學診療部位于地下一層，核醫學病房，圍繞下沉廣場設置，共有14間單人病房。
131I（碘131）主要用于治療分化型（DTC）甲狀腺癌，因為甲狀腺癌細胞與原健康細胞一樣具有吸收碘元素的能力。甲狀腺癌患者在進行手術切除之后，給藥高劑量的放射性碘藥物會被體內殘留或轉移的甲狀腺癌細胞吸收，通過放射性對甲狀腺癌細胞進行殺傷。現已經成為了現場最常用的甲狀腺癌術后治療手段。
核醫采用放射性藥物為碘131，半衰期為8.3天，根據環評要求，放射性污水需在衰變池內停留超過10.5倍半衰期才能排放。
為減少放射性污水污水排放量，本工程核醫學科14間單人病房采用污廢分流的排水形式，只將糞便污水排入衰變池內。
計算過程如下：
單人病房生活用水定額取250L/床·d，沖廁用水比例按14%考慮，則沖廁用水定額取35L/床·d，單人病房一共14間，則
糞便污水日排放量Qd=35×14=490L/d；
碘131半衰期為8.3天，10.5倍半衰期為87.15天；
則10.5倍半衰期糞便污水排放量Q=87.15×490=42703.5L，即42.7m3。
現將污廢合流與污廢分流兩種排水方式的計算結果做一個對比，詳下表：
通過對比，污廢分流放射性污水排水量僅為污廢合流放射性污水排水量的14%，大大減少了衰變池的儲水容積。
3.2 衰變池工藝優化
常規的間歇式衰變池采用3格衰變池的系統比較多，因為其相對控制簡單一些。按照3格衰變池進行計算，我們可以得到衰變池的總容積。計算過程如下：
衰變池采用輪流收集貯存，輪流排放的形式。即放射性污水經化糞池處理后，先排入第一格衰變池，待滿后關閉，啟用第二格，讓第一格池內污水自行衰變；待第二格滿后，再啟用第三格；待第三格快滿時，第一格池內污水停留時間已滿足10.5倍半衰期，可開啟第一格半衰池排放污水。則每格衰變池容量應為10.5倍半衰期糞便污水排放量的50%。
即每格衰變池的容積V1=42.7×50%=21.35m3；
則3格衰變池的總容積V2=21.35×3=64.05m3。
本工程采用5格衰變池，放射性污水經化糞池處理后，先排入第一格衰變池，待滿后關閉，啟用第二格，讓第一格池內污水自行衰變；待第二格滿后，再啟用第三格；以此類推，當第五格衰變池快滿時，第一格池內污水停留時間已滿足10.5倍半衰期，可開啟第一格半衰池排放污水。則每格衰變池容量應為10.5倍半衰期糞便污水排放量的25%。
即每格半衰池的容積V3=42.7×25%=10.68m3；
則5格衰變池的總容積V4=10.68×5=53.4m3。
從上述計算可以看出，5格衰變池較3格衰變池的總容積減少了1/6，從而使占地面積更小。
以此類推，間歇式半衰池的格數越多，總容積則越小，假設10.5倍半衰期糞便污水排放量為V，衰變池格數為n，則每格的容積應為V/(n-1)，3~10格半衰池的每格容積及總容積詳表2：
我們可以從表2中看到，隨著格數的增加，總容積越來越小，但是明顯呈現一種邊界遞減效應。通過與結構專業的共同探討，從可行性及經濟性角度進行對比，本工程最終確定采用5格衰變池的方案。
3.3 各類構筑物綜合布置，優化空間利用率
由于本工程衰變池只能在下沉廣場區域設置，還需同時考慮生活廢水及雨水調峰收集池設置，于是本工程降化糞池、雨水調峰收集池、衰變池進行了綜合布置，分為上下兩層。地下一層為化糞池及設備管廊，局部為雨水調峰收集池上部；地下二層為衰變池及雨水調峰收集池。管道及提升設備與衰變池立體布置便于化糞池（降解池）的出水通過重力流向各衰變池。管道設于設備管廊內，便于安裝及維修。提升泵采用立式排污泵，設于管廊內，避免采用潛污泵提升放射性污水。邊角的空間通過布置雨水收集池得到了最大的利用。
綜合考慮污、廢、雨系統設置位置，最大限度的合理利用空間。
3.4 總結
綜上所述，在本工程中，我們通過以下3條措施，減少了衰變池的容積及占地面積，同時增加了空間利用率：
1）通過增加衰變池的數量，將衰變池總容積縮小1/6,以更合理的利用空間，同時減少局部基礎埋深，及基礎維護結構造價。
2）通過創新的立體布置，使空間的利用更高效，安裝與維修更便捷，使用更安全。
3）從醫院的整體考慮，利用一體化設計的思路，將廢水收集池、衰變池等構筑物與化糞池、雨水收集池等構筑物綜合布置，進行有機的結合，最大化的利用了空間。
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