大气污染

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大气污染(atmospheric pollution),由于人类的生活、生产活动或自然灾害而致一种或多种有害因子进入大气,并达到能直接或间接影响人体身心健康,甚至造成远期危害程度的现象。大气污染的历史可按能源的变革而划分若干阶段。工业革命前主要燃烧木柴、秸杆、干草等生物性燃料,故大气污染以烟尘为主。18世纪工业革命以后,煤炭成主要燃料,从此,污染物以煤烟颗粒物和SO2为主。随着工业生产的迅速发展,居住区和工业区高度集中,这使污染源更为集中,排污量更大,历史上多次大气污染事件均发生于此阶段。1920年代开始,石油燃料迅速发展,造成煤炭、石油两类燃料燃烧产物的共同污染。50年代以来,核工业兴起,又增加了核污染的危险性。大气污染除能引起急性中毒外,更经常的是造成慢性危害。如引起鼻炎咽炎支气管炎、肺部慢性疾病肺癌肺原性心脏病、变应性疾病等。轻者也能刺激眼、呼吸道,引起暗适应减弱、工作效率降低等。

目录

大气污染物的来源

大气污染物以化学性污染物的种类最多,污染最普遍、广泛。污染来源主要有4个方面。

①  工业企业。尤以火力发电、焦化、冶炼、石油化工等行业的污染最为严重。污染物主要来自两个系统:一是生产的动力系统,燃料燃烧产生大量的燃烧产物,污染大气。主要有颗粒物、SO2、NOx、CO、多环芳烃等。此外,根据燃料的不同,还可排出氟、砷、镉等无机毒物。二是生产过程中排出的废气或是泄漏出的原料、中间产物或产品。例如硫酸厂排出SO2,化工厂排出氯气温度计厂排出汞蒸气等。1930年12月3~5日,比利时河谷烟雾事件,1948年10月美国多诺拉烟雾事件,都是工业废气造成的急性中毒事件。

②  交通运输。主要来自汽车、火车、轮船、飞机、卡车等排出的尾气,主要含有NOx、CO、醛类、SO2、颗粒物、铅等。其中NOx、 醛类能在紫外线的光化学作用下,形成光化学烟雾,造成更严重的危害。洛杉矶是全世界汽车最多的城市之一,曾于1942、1954和1955年的8月底9月初烈日当空时,发生过光化学烟雾事件。

③  生活炉灶和采暖锅炉。是来自居住区的污染。污染物亦以燃料的燃烧产物为主。虽然每个炉子的规模很小,但由于炉子数量极多,故污染可以很严重。1952年12月4日伦敦烟雾事件,死亡人数达4000之多,主要即由冬季壁炉采暖的废气造成。④意外灾害。如火山爆发、森林火灾或油井着火等, 能产生大量CO2、CO、 SO2、H2S、NOx颗粒物、多环芳烃等有害物质。1986年 8月21日晚,喀麦隆的尼奥斯火山湖突然从湖底喷出大量CO2和H2S,造成1746人和大量牲畜死亡。有些专家认为这些气体是湖底受到有机物的严重污染而产生的,平时沉于湖底,一旦发生地震湖底毒气受震动而喷出。另一些专家认为这是由湖底火山口冒出的,先溶于湖水中,待气体一旦饱和,则犹如汽水开瓶似地喷出。

大气中常见的化学污染物

包括以下几类。

①  颗粒物。 是颗粒状污染物的总称。 粒径在≤100μm的颗粒物称为总悬浮颗粒物(TSP)。其中粒径≤10μm者称为可吸入颗粒物(IP),能进入呼吸道。 5~10μm的易滞留在上呼吸道,小于 5μm的能进入呼吸道深部,影响肺泡。尤以粒径 0.4~1.0μm 的在肺泡中沉积率最高,因此危害也最大。小于 0.4μm的,则可以随呼吸运动自由出入。颗粒物的化学成分依其产生来源不同而异。常见种类有SiO2、碳粒、各种金属微粒、石棉纤维、烃类颗粒等,还可以吸附上SO2、NOx、氟、汞蒸汽、病源体等其他有害物。颗粒物的毒性也因其成分不同而异。

②  二氧化硫(SO2)。 主要来自含硫燃料和含硫工艺生产过程。易溶于水,故易被上呼吸道粘液吸附,引起刺激、炎症、甚至过敏反应。反复吸入可逐渐引起慢性阻塞性肺病(COPD,支气管炎、支气管哮喘肺气肿、肺纤维性变等四种疾病的总称),使肺功能明显降低,乃至心力衰竭。 SO2与空气中的水蒸汽结合并氧化生成二次污染物──硫酸雾,对呼吸道的刺激更大,其毒性比SO2高出10倍。

③  氮氧化物(NOx)。 各种燃料的高温燃烧使空气中的N和O合成NOx。此外,含氮生产工业也可排出NOx。汽车尾气是NOx的一个极重要的污染来源。NOx溶于水的能力不如SO2,故易进入呼吸道深部,破坏肺泡的表面活性物质,使呼吸道阻力增加、抵抗力下降,重者也能发展成COPD。高浓度NOx被吸入,可进入血液,与血红蛋白结合形成变性血红蛋白,造成缺氧窒息,重者有生命危险。NOx在紫外线光化学作用下,能生成二次污染物──光化学烟雾,呈蓝色,刺激眼、呼吸道,引起流泪、眼红肿、头痛气喘呼吸困难胸痛肺水肿,重者窒息死亡。

一氧化碳(CO)。主要来自燃料的不完全燃烧。CO吸入体内能立即与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白(COHb),造成机体缺氧,引起心血管疾患和脑血管疾患。正常人体内含COHb约为0.4%。大气中CO为10mg/m3时,体内的碳氧血红蛋白达21%, 机体产生轻度生理变化; COHb达70%时,可致死亡(见一氧化碳中毒)。

⑤  多环芳烃。也是燃烧不完全产物。吸附在颗粒物上。其中有几种化合物是致癌源,例如 3,4-苯并芘。有些多环芳烃在机体内经活化酶作用后,其中间代谢产物就是强致癌物。有些大气颗粒物中也含有致突变性很强的硝基多环芳烃。

⑥  放射性物质。主要来自放射性矿藏的开采、冶炼加工,核工业生产,放射性废弃物的无组织排放,核武器试验和作用等等。 主要污染物为90锶、131碘、137铯等。这些放射性物质可以在大气中直接照射人体而产生外照射效应,也可通过吸入而产生内照射效应。慢性为害主要表现为头痛、头晕食欲下降、睡眠不良,继而出现白细胞降低、血小板减少,远期效应为出现各种癌症(包括白血病)、不育死胎、畸胎,以及遗传性疾病等。在核爆炸地区可能引起急性放射病。非战争时期应警惕事故性灾难的发生。1984年 4月25日晚,前苏联切尔诺贝利核电站发生爆炸,当时造成大量的人员伤亡。大气受131碘和137铯的严重污染。3年后,距事故发生处80公里地区的癌症患者、儿童甲状腺疾病患者以及畸形家畜均增多。

⑦  生物性污染物。较少,主要有花粉、某些霉菌孢子等,能引起某些人的变态反应。此外,抵抗力强的结核杆菌、化脓性葡萄球菌、粪链球菌等也可随空气进入呼吸道而引起疾病。

大气对污染物扩散的影响

污染物扩散受气象因素的影响很大。通常在气温高、湿度低、风速大、气压低的情况下,污染物扩散良好,大气自净作用明显。反之,则污染物不易扩散,往往在局部上空聚集,造成严重污染。但如果污染过于严重,即使能扩散到远处,也会对所到之处造成污染。

另外,在烈日当空的中午,紫外线强度极高,易产生光化学作用。

大气污染的间接影响

大气污染除以上的直接影响外,还能产生间接影响:

①  大气中颗粒物太多,阻挡太阳照射,使地表的生物缺乏必要的阳光,影响其健康。如儿童可因紫外线照射不足而出现佝偻病,紫外线不足以杀灭致病菌而使传染病增加,各种生物的生长也受到影响。来自工业生产的颗粒物污染的范围较为局限。火山爆发的颗粒物污染能影响一定范围,并可持续数月至数年,使地面得不到充分的阳光而气温降低,气候转冷,出现“冷化效应”。假如全球发生核大战,则大量的颗粒物能被送进平流层,造成全球性的寒冷天气,这称为“核冬天”。苏美两国于1961~1962年间曾多次进行核爆炸试验。至1963~1964年冬季,北半球平均气温比往年同期降低0.6℃。1991年海湾战争造成科威特油田大火,黑烟浓雾,许多地区白昼如黑夜,气温下降约11℃。

②  产生“温室效应”由于能源的大量燃烧,产生了大量的CO2排入上空。CO2能促使太阳辐射中的可见光、紫外线等射线更易于穿透大气层而到达地表,却又能阻止地表的红外线等向上空散发,从而造成地表气温增高,易使病原体加快繁殖生长,例如致病菌、蠕虫、致病昆虫等均大量繁殖,各种传染病、寄生虫病、生物性地方病食物中毒等疾病的发病率均明显上升。

③  酸雨。是大气中大量SO2、NO2溶于水蒸汽而形成的。酸雨的pH值一般在4左右,严重时可低于3。酸雨不仅能腐蚀建筑物,破坏土壤性能,还能使酸化土壤中重金属的水溶性增强,加速其流动转移。例如镉在酸性土壤中更易进入水体和农作物,因而进入人体的机会更多。又如酸性饮用水能将输水管网的金属管壁材料溶入饮用水中,使水质恶化,出现怪味,可引起腹泻、慢性中毒等。

④  臭氧层的破坏。由于大量使用制冷剂、发泡剂、洗净剂、溶剂,以致大量氟利昂进入大气平流层。喷气式飞机在平流层内飞行,排出尾气中含烃类和氮氧化物。这些污染物在平流层内能严重消耗臭氧,使臭氧层出现空洞。其后果是臭氧层遮挡短波紫外线的功能减弱,大量短波紫外线穿过大气层到达地面照射地表的生物,促使人类皮肤癌的高发,对其他生物也有杀伤作用,破坏了生态平衡。

大气污染的防治原则

包括以下几个方面。①定期进行大气质量监测。②污染源应设在居住区夏季最小风向的上风侧。③加强绿化,吸附过滤污染物,净化环境。④尽量以集中供暖集中供气来取代分散炉灶。⑤改革工艺过程,促进燃料充分燃烧,减少燃烧不完全产物的生成量。⑥污染源设置除尘设备。⑦加强对事故性灾难的预防措施和急救措施的科学研究。

参考书目

姚志麒、陈秉衡主编:《环境卫生学》,人民卫生出版社,北京,1987。

G.L.Waldbott, Health Effects of Environmental Pollutants,C.B.Mosby Co.,St.Louis,1978.

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