自2021年国家原子能机构联合8个部委发布《医用同位素中长期发展规划(2021—2035年)》以来，我国核医学发展明显提速，开展核医学诊疗的医疗机构数量快速增长，所使用的放射性核素种类及其诊疗用量也明显增多^[1-2]。当前，我国核医学科通常使用¹⁸F、⁹⁹Tc^m、¹³¹Ⅰ等核素开展显像诊断，使用¹³¹Ⅰ开展甲亢或甲状腺癌肿瘤治疗，使用⁸⁹Sr等核素用于缓解骨转移癌患者的骨痛^[3-4]。其中，除⁸⁹Sr(半衰期50.5 d，通常仅用于门诊治疗)外，¹³¹Ⅰ的半衰期最长(8.04 d)且用量最大，因此，¹³¹Ⅰ通常被认为是放射性废液排放中需考虑的关键核素。在2021年以前，大多数医院核医学科按约80 d(约为¹³¹Ⅰ半衰期的10倍)的暂存要求来设计槽式衰变池的容量，而当前对使用¹³¹Ⅰ要求暂存超过180 d^[5]，因此有不少医院需要对原有放射性废水排放系统进行扩容改造。但是，废水排放系统进行改造不仅要考虑到可用于衰变池扩容的空间，而且还需尽可能节约经济成本，以及尽可能减少对核医学诊疗正常活动的影响。另一方面，随着新型放射性核素配体疗法的出现，将来还会有半衰期更长的放射性核素(如²²³Ra，半衰期11.4 d)应用于核医学临床治疗。因此，很有必要结合拟开展核医学诊疗工作量和所使用的排水技术开展前瞻性研究。

从理论上讲，较之于传统的重力排水技术，真空排水技术具有用水量和排污量明显少的优点。为此，本研究结合某医院核医学科的工作现状，就真空排水技术在核医学放射性废水排放系统中的应用价值进行理论探讨，以期为核医学科放射性废水排放系统的设计或改造提供理论依据与参考。

1. 重力排水和真空排水技术：重力排水主要依赖于重力原理，即水会自然地从高处向低处流动。在建筑、城市规划和基础设施等领域中，重力排水是一种常见且重要的排水方式。排水时，可利用管道的倾斜度或高度差，水会顺着管道向下流动，最终排入指定的收集点或处理设施。传统的重力排水系统不需要额外动力(如泵或压力差)多用于早期的核医学科的推流式衰变池建设。传统重力排水系统的设计和安装非常重要，系统的管道必须正确倾斜，以确保水能够顺畅流动；同时，还需要考虑到管道的布局、尺寸以及材料的选用，因为这些因素都会影响排水的效率。

真空排水技术是利用真空设备使排水管路内产生一定真空度，利用压差通过空气推送污水污物在排水管网内高效传输的一种排污方式。近年来，由于其明显的节水与污染减排优点，真空排水技术在人们的生产和生活等领域也逐步得到应用，如常应用于飞机、轮船及高铁等移动交通工具^[6]。在开展核医学诊断和治疗工作过程中，患者在核医学科内的如厕、工作人员在去污保洁等过程中均会产生一定量的放射性废水，需要严格按国家相关法律法规进行管理。图 1给出了在核医学科放射性废水排放中可用到的真空排水技术的概观。整体废水排放系统可包括有真空机组、真空管道、真空马桶、真空蹲便器、真空小便器(池)和真空收集器(用于真空收集从洗手盆或淋浴器带来的废水)。

图 1 真空排水技术在核医学科放射性废水排水中应用的示意图 Figure 1 Conceptual diagram of the application of vacuum drainage technology in radioactive wastewater drainage in nuclear medicine department

2. 研究对象：本研究选取某医院核医学科放射性废水排水系统作为研究对象。该核医学科目前使用¹⁸F、⁹⁹Tc^m、¹³¹Ⅰ开展显像诊断，使用⁸⁹Sr开展门诊治疗，使用¹³¹Ⅰ开展甲亢门诊治疗和甲状腺癌住院治疗。该核医学科目前每周工作5 d，每天开展核医学显像、住院治疗分别约为30人次和12人次。开展核素显像或门诊治疗在肿瘤治疗中心二层进行，二层候诊室设有2个普通坐便器、1个节水型小便器和有1个洗手盆。放射性核素治疗病房设在肿瘤治疗中心三层，在住院病房内共设12个普通坐便器，另外，在公共卫生间还设有3个蹲便器和2个节水小便器，以及2个洗手盆。

该院区核医学科筹建于2010年，设有一套地埋式三槽并联的废水排放系统，采取重力排水技术和自然衰变方式。每个废水槽(衰变槽)规格均为46.8 m³，实际有效容量37.0 m³，共计111.0 m³。当第1个废水槽水位处于高液位的时候，自动关闭第1个废水槽的进水阀门，同时开启第2个废水槽的进水阀门；当第2个废水槽水位处于高位的时候，自动关闭第2个废水槽的进水阀门，同时开启第3个废水槽的进水阀门；当第3个废水槽水位处于高位的时候，监测第1个废水槽废水停留时间及废水中的放射性活度浓度，满足排放要求后自动开启第1个废水槽的排水阀及外排泵直至排空，自动关闭第3个废水槽进水阀门，同时开启第1个废水槽进水阀门，以此循环类推。根据2022—2023两年的废水排放量统计，该院核医学科每天的放射性废水排放量平均约为800 L。

3.放射性废水暂存天数计算：并联式槽式废水排放系统的废水暂存天数可按下式计算：

式中，D为最多暂存放射性废水天数，d；V为单个废水槽的有效容量，m³；N为并联式废水槽的数量(本研究N=3)；Q为每天平均的放射性废水排放量，m³。

1. 重力与真空排水技术的用水量比较：核医学诊断与治疗工作中产生的放射性废水主要来源自患者在医院接受诊断或治疗期间的如厕用水。根据文献调研和相关标准^[7-9]，重力排水型与真空排水型大小便器的单次典型用水量汇总于表 1。从表 1可以看出，如使用真空排水方式的大、小便器，其单次用水量为重力排水方式的节水型大、小便器的40%和20%，仅为重力排水方式的普通型大小便器的20%和12%。在核医学诊断与治疗工作中，假设患者使用大、小便器的次数相同，则使用真空排水技术时，冲洗便器的用水量可分别降至使用重力排水方式的节水型和普通型便器的30%和16%。在接受核医学诊疗过程中，患者使用小便器的次数通常远多于使用大便器的次数，因此上述的节水比例还是偏保守的估计。

表 1(Table 1)

表 1 不同类型大小便器的单次典型用水量比较(L) Table 1 Comparison of typical water consumption of different types of toilet bowls and urinals(L) 便器分类 普通重力型 节水重力型 真空型 座式/蹲式马桶 6 3 1.2 小便器 5 3 0.6

表 1 不同类型大小便器的单次典型用水量比较(L) Table 1 Comparison of typical water consumption of different types of toilet bowls and urinals(L)

在开展核医学诊断或治疗工作中，职业人员还可能会因手部或场所污染的清洗而产生少量放射性废水，患者在住院期间也可能会因体表污染冲淋而产生极少量放射性废水，但他们的用水量通常都会被严格控制。患者冲淋一般不会带来放射性废水，因此冲淋产生的废水通常可不进衰变池而直接排放。因此，较之于患者使用便器产生的放射性废水，清洗和冲淋产生的放射性废水量通常可以忽略不计。即便清洗和冲淋的用水量较多，在使用真空排水技术时，清洗和冲淋产生的废水也可以通过加装真空收集器或将之引流至真空蹲便器后再排放，以减少放射性废水的排放。

2. 改造前后放射性废水的日排放量比较：结合该院核医学科目前的实际工作情况，假设患者在门诊和住院期间每人都要如厕，门诊就医期间每人1次(使用大、小便器的比例相同)，住院期间每人每天8次(2次大便、6次小便)，平均大、小便量分别为100和300 ml，使用大便器1次平均冲洗1.5次，估算得到该核医学科采用现有排水系统和真空排水系统的放射性废水日排放量的结果见表 2。从表 2可以看出，即便不考虑对保洁用水排水进行节水改造，使用真空马桶和真空小便器便可使原来的放射性废水排放量减少到原来的32.7%。未改造前得到放射性废水排放量(762 L)与实测监测结果的日均值(800 L)基本一致，估算值比实际监测值偏少原因可能有：①1次使用小便器中可能冲洗多次。②实际保洁用水量可能略高于估算用量。另一方面，如使用真空排水系统，也是需要对洗手盆、冲淋等可带来的废水进行真空收集。因此，在进一步控制洗手和冲淋用水的情况下，还可以进一步减少废水排放量。

表 2(Table 2)

表 2 不同项目改造前后放射性废水日排放量估算 Table 2 Estimations of daily discharge of radioactive waste water before and after the renovation 项目 改造前 改造后 门诊 病房 门诊 病房 诊疗人数 30 12 30 12 使用马桶人次 15 24 15 24 马桶单次用水量(L) 6×1.5a 6×1.5a 1.2 1.2 单次大便量(L) 0.1 0.1 0.1 0.1 使用小便器人次 15 72 15 72 小便器单次用水量(L) 3 3 0.6 0.6 单次小便量(L) 0.3 0.3 0.3 0.3 保洁用水(L) 80 40 80 40 合计排水量(L) 266 496 113 136 注：a考虑1次无法冲洗干净，用马桶1次平均冲洗1.5次

表 2 不同项目改造前后放射性废水日排放量估算 Table 2 Estimations of daily discharge of radioactive waste water before and after the renovation

3. 改造前后原有衰变池可暂存废水的天数：结合表 2估算的合计排水量，根据式(1)计算得到该院核医学科在改造前后原有衰变池可暂存放射性废水的天数分别约为97和297 d，如按实际监测的废水排放量计算(每天平均800 L)，改造前原有衰变池只可暂存放射性废水92.5 d。因此，如不改造该核医学科的放射性废水排放系统，即便考虑到周末两天不开展诊疗工作，现有衰变池可暂存放射性废水的天数将无法满足暂存超过180 d的要求。但如使用真空排水技术全面改造该核医学科的放射性废水排放系统，改造后的废水排放系统不仅可满足当前暂存天数的管理要求，而且还可为将来诊疗工作量发展留有较大的余地。

目前该核医学科治疗病房每周的¹³¹Ⅰ用量约7.40×10¹⁰ Bq/L，偏保守假设全部¹³¹Ⅰ都排放到衰变池中，如该核医学科的放射性废水排水系统用真空排水技术进行整体改造，估算从排放第1天起到第98天内(14周)，将向第一个衰变槽内排放约24.4 m³的废液，第98天该衰变槽内的¹³¹Ⅰ总活度和体积活度浓度将分布达约8.93×10¹⁰ Bq/L和3.66×10⁶ Bq/L；但是通过3个衰变槽交替使用，再经过28周(196 d)的暂存，第一个衰变槽内的¹³¹Ⅰ总活度和体积活度浓度可分别降到4 096 Bq和0.17 Bq/L，体积活度浓度远低于排放要求(不超过10 Bq/L)。

核医学事业的快速发展，不仅带来了核医学诊疗工作量的增加，越来越多新型放射性药物也即将投入到临床应用^[10-12]，进而导致放射性废水量出现快速增加的态势。根据国家相关管理规定要求，放射性废水需要在衰变池中暂存一定时间后方可排放，因此，通常需要有更大容量的放射衰变池。这对新建医院而言，通常可通过事先规划建造大容量的衰变池以满足当前的使用和管理要求。但对于我国早期已建成的核医学科，其放射性废水排放系统多采用重力排水技术，衰变池的物理容量通常都按暂存80 d来设计，因此，随着核医学诊疗工作的快速发展以及放射性废水暂存天数要求的提高，不少核医学科都需要对已建成的放射性废水处理系统进行容量升级与改造。如改造时仍沿用原有的重力排水技术，一般只能通过扩建衰变池以提高其容量。但通常的衰变池大多是地埋式的，扩建时不仅需要有足够的预留用地，开挖、加装管道等施工过程并不容易，而且还很有可能需要较长的工期而影响正常的核医学诊疗工作。

本研究的示例分析结果显示，在不改造某医院核医学科现有衰变池的情况下，如采用真空排水技术整体改造原有的放射性废水排放系统，在相同的核素用量和工作量条件下，便可延长放射性废水暂存天数至180 d以上；如选择在42周(294 d)后开始排放，放射性废水的放射性活度浓度(0.17 Bq/L)也远低于我国的排放限值(10 Bq/L)。根据上述理论推算，原有的3个衰变槽在42周内可各收集14周，单个衰变槽收集的放射性废液体积平均仅为24.4 m³。因此，在实施排放前，还可通过在槽内的稀释进一步降低排出废液的放射性活度浓度。对本项目拟开展的改造，经与施工单位共同制定方案，如将核素治疗病房及其公共卫生间的所有便器均改为真空便器，可将真空排水管道在三层吊顶内敷设，真空主机设在二层西头直线加速器顶部技术夹层内。真空排水管道利用双休日施工，末端卫生间便器改造可以单次封闭一个病房逐个施工，施工周期可不超过两周，基本不会影响核素治疗工作的正常运营。因此，通过核素治疗病房真空排水改造，原有衰变池所在区域无须土建扩容即能满足当前的排放要求。

真空排水技术除具有显著的节水优点外，还具有以下主要优点。首先，真空排水系统不依赖于重力，所以排水管无须考虑重力坡度，可节省重力排水管由于坡度占用的层高空间；真空排水系统的主管直径相对较小，卫生间平面布置不强求上下对齐；如果碰到卫生间下层不允许附设排水管，真空排水甚至可以上行输送，且安装方式可灵活多变以避让其他用途的管线^[13-14]。其次，真空高速排水系统的水流速度可达到4~7 m/s，远高于重力排水系统的排水速度(< 1 m/s)^[15]，因此，真空排水系统可以防止管道内的污物堵塞，在实现高效、快速的污水处理和排放的同时，还可极大减少放射性废水在管道内滞留和通过时带来额外的外照射。再次，真空排水系统管道内为负压，使用时会同时带走便器或地漏周边的空气，防止臭气外逸，并明显改善卫生间空气环境^[16-17]；特别是当管道出现破损时只会出现室内空气被吸入管道，而放射性废水不会产生外泄，可以减少辐射泄漏风险。因此，真空排水技术不仅能显著减少核医学科放射性污水的排放量，极大程度缓解因衰变池容量不够而达不到废水暂存的天数限制，而且还可减少给周围环境和公众造成的病菌和放射性污染的风险^[18-19]。另外，真空排水系统还具有施工条件要求相对较低且快速等优点，在改造原有的排水系统时，无须要拆改下层吊顶，不影响下层正常营业，对于项目改造工作有极大的便利性。

本研究仅结合某一医院的情况从理论上讨论了真空排水技术在放射性废水排放系统改造中的应用价值，其实际的排水量和排放时废水中的放射性活度浓度仍有待于通过实际监测来确定。不同医院的改造效能也需结合不同医院使用的放射性核素种类与活度以及所用水情况参照本研究的方法重新计算。值得提及的是，目前的真空排水技术还存在如下主要不足：①真空排水系统的安装、运行维保等环节对工程技术人员的专业要求高，医疗机构需对运维人员进行专业培训。②真空排水系统也存在出现技术故障而影响真空度的可能性，需要及时观察各部位压力表指示，出现问题时及时维修。③真空排水系统运行需要消耗一定的电力(常规1 m³容量的泵站运行，每天耗电2 kW·h)。④真空排水时的噪声略大于传统排水技术，安装时需考虑对周遭人员的影响，必要时采取隔音措施。⑤相对于传统的重力排水，真空排水对可能挂壁或溅落的污染物冲刷效果仍值得考证。⑥使用真空排放系统，放射性废水排水量减少但放射性活度浓度则会升高，更需要通过监测来确保其排放能满足管理要求。本研究仅主要从节水层面对真空排水技术进行探讨，下一步可通过实际监测放射性废水排放系统改造前后放射性废水活度浓度进行研究。总之，真空排水技术在核医学科放射性废水排放系统有很高的应用价值，但仍需不断完善，以便更好推广应用。

利益冲突  无

作者贡献声明  沈水珍负责组织协调、实施研究及论文撰写；黄中柯负责调查设计、质量控制及论文修改；赵徵鑫负责数据处理及统计分析；王海华负责现场数据采集；廖燕负责资料收集及测量结果审核