医疗废水：特征、管理、处理与环境风险

当我们提到医院时，首先想到它应该是一个改善和保证病人健康的设施，同时也是开展对抗疾病研究的机构。 
为了实现这些目标，医务人员使用多种化学物质进行治疗和诊断，对房间进行清洁，对设备进行消毒。这些化学物质的残留物不可避免地存在于医院废物中，特别是在医疗废水中。这些物质大多属于新兴污染物，并以低浓度（ng/L或μg/L级）存在于废水中，因此被称为微量污染物，例如抗生素、止痛剂、麻醉剂、细胞抑制剂和X射线造影剂。 
虽然这些新兴污染物仍然没有相关水质指标管制，但它们在水循环中的使用、消耗和归宿已经成为全世界日益关注的问题。在这种背景下，这些含有微量污染物的医疗废水在过去15年中一直是研究和讨论的焦点。本书主要涉及:①医疗废水的特性，研究其化学、物理和微生物组成；②常规处理对目标微量污染物的去除效率及提升去除效率的方案；③由于残留微量污染物在处理后仍然存在，需对医疗机构中常用的药物和其他化学品残留物进行环境风险评估。 
众所周知，就药物制剂中使用的数千种活性成分而言，研究所涉及的化合物数量相对较少。目标化合物通常根据现有的分析技术、消耗清单和以往研究的结果进行选择。在研究初期，一些化合物更经常地被选择用于监测方案，并被列入分析物清单。原因往往是由于这些物质在以往的研究中受到了重点关注。 
 这就是所谓的马太效应（Matthew Effect），这是罗伯特·默顿（Robert Merton）在1968年首次分析的一种心理现象［1］，Grandjean和他的同事［2］用它来解释环境科学的许多新增的和重复的发现所遵循的规律［3］。 
在过去几年中，随着新的分析技术发展，更广泛的化学物质得到监测，同时科学界越来越意识到有必要扩大目标化合物的范围，以“减少暴露评估过程和环境风险评估中的偏差及不确定性”［4］。 
除了化合物选择外，本书也广泛讨论了其他问题，包括：不同药物的采样模式和频率、微量污染物浓度的空间和时间可变性、直接测量的准确性、预测浓度的不确定性；测量和预测的可靠性及代表性；各药品的优先级；世界范围内采用的治疗方案和有前景的技术（基于实验室和中试规模的调查）；环境风险评估和抗生素抗性细菌及基因的迁移。 
图0-1中表示了与医院废物管理和处理相关的问题的复杂性，确定了三个主要领域：组成、管理和处理，以及处理后废水中残留物造成的环境风险评估。对于这三个领域，本书中都有详细介绍。 
每个领域中已知的只是冰山一角：在图0-1中，它对应于参考系上方的区域，该区域将“已知和未知的数据”空间与“缺少数据和未知的数据”空间分开。“未知”包括“已知未知”和“未知未知”，前者是我们知道自己不知道的事情，后者是我们不知道自己不知道的事情（由带问号的三个区域表示）。 
回顾过去的研究，本书提供了不同研究小组取得的主要进展，对已知和未知的评论及展望，强调了不同研究问题和未来的研究需求，以促进在已知的未知领域和未知的未知领域的研究。 
简而言之，本书由12章组成，涉及此类废水的全球监管概况（第1章现有医疗废水管理条例及案例研究），常规污染物和微量污染物（药物、重金属、微生物和病毒）的观测浓度范围及废水的生态毒性（第2章医疗废水中的常见污染物和药物及第3章医疗废水的生态毒性）。然后根据两种方法对药物进行优先排序：OPBT（发生率、持久性、生物累积性和毒性）和基于风险熵计算的环境风险评估（第4章医疗废水中活性药物成分的优先排序）；关注医疗废水中常见的三类药物（抗生素、细胞抑制剂和X射线造影剂）的出现和潜在的环境影响（第5章医疗废水中造影剂、细胞抑制剂和抗生素的存在及风险），并讨论通过直接测量和预测模型评估医疗废水浓度和负荷的准确性及不确定性（第6章医疗废水中的药物浓度和负荷：预测模型还是直接测量更准确）。 
关于此类废水的管理和处理，本书包括对医疗废水和城市污水对集水区药物负荷的贡献的评估（第7章医疗废水对污水处理厂进水微量污染物负荷的贡献）及对不同国家采用的处理方法的分析（第8章欧盟经验的回顾研究及典型案例分析和第9章亚洲、非洲和澳洲医疗废水处理现状）。 
接下来的两章主要介绍了医疗废水单独处理的已投入使用的工程（第10章大型医疗废水处理工程案例研究）和旨在改善实验室或中试研究的目标微量污染物去除的前瞻技术（第11章医疗废水中试处理及创新技术）。结论中总结了关于医疗废水的产生、管理和处理的意见，并强调了未来研究的前景（第12章医疗废水管理和处理的评论及展望）。 
本书的受众广泛，包括参与医疗废水和含微量污染物废水管理及处理的研究人员与科学家，不同国家制定污水处理工程和战略的管理人员及决策者，参与医疗废水授权和管理的立法者，参与污水处理厂设计的环境工程师以及对这些问题感兴趣的研究人员和学生。 
最后，我真诚地感谢所有参加本书编写的作者，他们不仅为发展研究做出了贡献，更重要的是，这些学者愿意与其他读者分享他们的知识和发现。特别感谢HEC系列编辑Dami Barcel教授邀请我作为主编，以及Andrea Schlitzberger博士和她在斯普林格出版社的团队，他们支持我完成了本书的每一步创作。 

保罗·维里察 
意大利费费拉市 
2017年5月

本书由3大部分12章构成，第一部分（1～5章）全面分析了医疗废水的全球监管概况、常规/微量污染物的浓度范围及废水的生态毒性和环境风险评估；三类常见药物（抗生素、细胞抑制剂和X射线造影剂）出现和潜在的环境影响；通过直接测量和预测模型评估医院流出物浓度和负荷的准确性及不确定性。第二部分（6～9章）主要论述了医疗废水的管理和处理，包括对医院流出物和城市废水对集水区药物负荷的贡献的评估，对不同国家采用的处理方法的分析，以及亚洲、非洲和澳洲的医疗废水处理现状。第三部分（10～12章）系统分析了已投入使用的医疗废水处理工程和旨在改善实验室/中试研究的目标污染物去除的前瞻技术；总结了关于医疗废水的产生、管理和处理的意见，并提出未来的研究前景。本书对水处理行业研究人员、工程设计人员以及各级医院和医疗机构的管理人员有较大的参考价值。

郑祥，中国人民大学，教授，中文核心期刊《膜科学与技术》《工业水处理》《水处理技术》杂志编委；全国膜分离标准委员会委员，CSTM化工领域膜材料技术委员会委员，“膜与水处理技术工程研究中心”技术委员会委员，国际水协(IWA)非常规水资源工作委员会委员；国际水协(IWA) 膜技术专家委员会中国分委会委员。2008年入选“北京科技新星”，2012年入选“新世纪优秀人才支持计划”， 2016年入选环境保护部“青年拔尖人才”， 2020年获“中国膜行业杰出青年科技工作者”称号。主要研究方向为膜分离技术与公共卫生安全、环保产业宏观战略研究。先后主持国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国家水专项、霍英东教育基金等数十项国家*级课题，人工湿地、膜分离技术对病原微生物的控制领域进行了持续20年的研究工作，在水环境系统中病原微生物特别是病毒的强化去除、膜法水处理系统与人工湿地设计构建等领域积累了丰富的经验。在国内外中英文学术期刊发表论文120余篇。

第1章 现有医疗废水管理条例及案例研究 1 
1.1 导言 2 
1.2 医疗废水管理条例 2 
1.3 医疗废水管理指南 5 
1.4 案例研究 10 
1.5 小结 12 
参考文献 12 

第2章 医疗废水中的常见污染物和药物 15 
2.1 引言 15 
2.2 医疗废水的特性 17 
2.3 医疗废水处理指南和监管措施 24 
2.4 小结 25 
参考文献 26 

第3章 医疗废水的生态毒性 29 
3.1 引言 30 
3.2 医疗废水中物质的生态毒性 30 
3.3 医疗废水生态毒性的实验室检测 34 
3.4 医疗废水中毒性物质的相互作用 36 
3.5 生物累积在医疗废水生态毒性中的作用 37 
3.6 医疗废水的生态毒理风险评价 38 
3.7 小结 39 
参考文献 39 

第4章 医疗废水中活性药物成分的优先排序 42 
4.1 绪论 43 
4.2 活性药物成分优先排序方法 44 
4.3 日内瓦大学医院：瑞士案例研究 48 
4.4 结论和观点 54 
参考文献 56 

第5章 医疗废水中造影剂、细胞抑制剂和抗生素的存在及风险 60 
5.1 引言 61 
5.2 造影剂的存在情况 61 
5.3 细胞抑制剂的存在情况 63 
5.4 抗生素的存在情况 67 
5.5 风险评估 79 
5.6 小结 82 
参考文献 83 

第6章 医疗废水中的药物浓度和负荷： 预测模型还是直接测量更准确 90 
6.1 引言 91 
6.2 医疗废水中PhC 浓度和负荷预测模型的建立 92 
6.3 医疗废水中药物的预测浓度和预测负荷研究概况 93 
6.4 模型参数 96 
6.5 浓度和负荷的预测及测量结果比较 103 
6.6 影响PEC 和PEL 的潜在因素 105 
6.7 影响MEC 和MEL 的因素 108 
6.8 预测、测量的浓度和负荷的不确定性 111 
6.9 小结与展望 113 
参考文献 114 

第7章 医疗废水对污水处理厂进水微量污染物负荷的贡献 119 
7.1 引言 120 
7.2 医院贡献率的特点 122 
7.3 影响医院微量污染物贡献率的因素 123 
7.4 与医院贡献率估计方法相关的不确定度 125 
7.5 医疗废水的环境风险 127 
7.6 案例研究SIPIBEL：城市污水处理厂医疗废水的单独管理 127 
7.7 小结 131 
参考文献 132 

第8章 欧盟经验的回顾研究及典型案例分析 135 
8.1 引言 135 
8.2 医疗废水的传统管理：集中处理 136 
8.3 是否可以选择分散处理 139 
8.4 技术解决方案的替代措施 145 
8.5 小结 145 
参考文献 146 

第9章 亚洲、非洲和澳洲医疗废水处理现状 149 
9.1 引言 150 
9.2 医疗废水的处理方案 150 
9.3 研究概览 152 
9.4 医疗废水中的抗生素耐药菌 154 
9.5 医疗废水处理案例 155 
9.6 医疗废水处理厂的去除率 156 
9.7 法规 160 
9.8 小结 160 
参考文献 161 

第10章 大型医疗废水处理工程案例研究 165 
10.1 引言 165 
10.2 医疗废水处理实践与研究展望 167 
10.3 小结与展望 176 
参考文献 177 

第11章 医疗废水中试处理及创新技术 181 
11.1 简介 181 
11.2 生物污水处理 182 
11.3 物化废水处理技术 187 
11.4 小结 193 
参考文献 194 

第12章 医疗废水管理和处理的评论及展望 200 
12.1 经验教训 200 
12.2 医疗废水：受管制或不受管制的废水 201 
12.3 医疗废水的组成：已知的和未知的 202 
12.4 管理和处理：什么是可持续的和正确的 203 
参考文献 205 

针对目前我国医院废水处理中存在的问题，强化医院污水处理系统中病原微生物特别是病毒去除，有效控制新型冠状病毒在污水中的传播问题已经成为疫情防控的迫切需求。同时，随着新型冠状病毒引起的突发公共卫生事件爆发，公众对医院污水处理的关注越来越多，医院污水的处理标准和要求必将大幅度提高，改变传统处理方式是医院污水处理的大势所趋。 目前国内市场上几乎没有专门介绍医院污水处理的图书，国际上这方面的出版物也很少，Springer出版社2017年出版的专著《Hospital Wastewaters: Characteristics,Management,Treatment and Environmental Risks》是其中出版年代较新、内容较为全面的一本。翻译出版本书可填补国内这方面的空白，对我国的医院污水处理研究和设计工作有较大价值。