第七章-大气污染毒理学

第七章大气污染毒理学第一节概述第二节大气污染物的三致作用第三节有害气体的作用及其机理第四节大气颗粒物的作用及机理第五节室内环境污染1998年，世界卫生组织曾对53个国家的272个大城市空气中三种污染物(总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物)作过统计性调查，并做出了这几种污染物对于各城市人体健康的风险评价，从而确定了世界十大污染城市名单。它们依次是：太原、米兰、北京、乌鲁木齐、墨西哥城、兰州、重庆、济南、石家庄、德黑兰。2014年中国空气污染排名(排名由最差开始）北京、邢台、石家庄、保定、邯郸、衡水、济南、唐山、成都、西安、天津2009年4月14日，海峡导报，厦门空气质量连续三年（06－08）全省倒三，2005年，市环保局对空气污染源进行分析，找到了主要的三个原因：机动车尾气、工地灰尘、工业废气。工业燃煤30.0%，机动车尾气29.4%，土壤风沙尘21.7%，海盐6.5%。到2008年底，厦门的机动车保有量接近60万辆，汽车约有27万辆。根据分析，平均一辆轿车排放的“年度废气”就是其自重的3倍，每辆车自重按0.5吨计，汽车排放的污染物至少有40万吨以上。据厦门市机动车尾气综合整治办介绍，达不到环保标准的公交客运车约有1500辆：近500辆的中巴车；市公交集团的公交车中，仍然有将近一半约1000辆。第一节概述一、大气污染毒理学概念1.大气污染：大气接纳有害污染物质的量超过大气自净能力，污染物浓度增高，甚至超出大气卫生标准的要求，对居民的身心健康造成直接或间接甚至潜在的影响或危害，这种大气质量恶化的状态叫大气污染。大气污染：大气中污染物质的浓度达到了有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象。表1.1干燥洁净空气的组成0.00120.00050.00050.0000080.0000020.000001甲烷(CH4)氪(Kr)氢(H2)氙(Xe)二氧化氮(NO2)臭氧(O3)78.08420.9460.9340.0330.00050.0018氮(N2)氧(O2)氩(Ar)二氧化碳(CO2)氦(He)氖(Ne)体积比(%)气体体积比(%)气体2.大气污染毒理学：近几十年来，随着世界人口的增长、工业生产和交通运输的发展，使得各种污染物的排放量增多，大气受到了严重的污染，对人体健康造成严重的危害.大气污染毒理学：就是研究大气污染物对生物体，特别是对人体的损伤效应及其规律，并提出防治对策的一门科学。二、大气污染物1.几种主要的大气污染物：颗粒物：存在于大气中的除气体之外的各种固体、液体和气溶胶。硫化物：有二氧化硫、硫化氢、硫酸或亚硫酸等碳化物：有一氧化碳和二氧化碳氮氧化物：是形成酸雨的主要物质之一，也是形成光化学烟雾的重要物质，也是消耗臭氧的一个重要因子。碳氢化合物2.一次污染物和二次污染物：一次污染物：（1）颗粒物质：悬浮颗粒物（粒径小于100um的颗粒物）和可吸入颗粒物（粒径小于10um的颗粒物）；（2）有害气体和蒸气：有害气体如二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物及其衍生物等，有害蒸气如汽油蒸气和汞蒸气等。二次污染物：某些一次污染物在大气中相互作用，或与大气正常组成成分发生反应，或因太阳光紫外线引起光化学反应而产生的新物质。如臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物。气体状态大气污染物种类SO3、H2SO4及硫酸盐NO2、HNO3及硝酸盐无醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3无SO2、H2SNO、NH3CO、CO2C1~C10化合物HF、HCI含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳氢化合物卤素化合物二次污染物一次污染物污染物三、大气污染的来源及其类型1.大气污染的来源：（1）天然污染源：如火山爆发、森林火灾、细菌、病毒、植物花粉等，（2）人为污染源：人为污染源是人类生产和生活活动中产生的，如工业企业、采暖锅炉、汽车、火车、飞机、轮船等交通工具。2.大气污染的类型：（1）以污染物的化学性质及其存在的大气环境状况为依据，大气污染可分为：还原型（煤炭型）污染：这种大气污染常发生在以使用煤炭为主，同时也使用石油的地区，这类污染的主要污染物是二氧化硫、一氧化碳和颗粒物。伦敦烟雾事件就是还原型污染的典型代表。氧化型（汽车尾气型）污染：这种类型的污染多发生在以用石油燃料为主的地区，污染物主要是一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等，这些污染物在阳光的照射下能够引起光化学反应，生成二次污染物---臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯等物质。（2）根据燃料的性质和大气污染物的组成和反应分：煤炭型：石油型：混合型：包括以煤炭为燃料的污染源排放的污染物，以及从各种工厂企业排放的各种化学物质。特殊型：由工厂排出的特有的污染物而造成的污染，常限于局部范围内。一、酸雨是指pH5.6的酸性降雨。现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从大气转移到地面上。★酸雨的危害1.酸雨对植物的影响；2.酸雨使土壤淋失；3.酸雨对生物的影响；4.酸雨对建筑材料和金属结构的腐蚀；5.影响人体健康。几个典型的大气污染现象二、温室效应地球大气层上的一种物理特性（图）240W/m2240W/m2部分的太阳辐射被地球表面和大气层折射返回地球图地球大气层的长期辐射平衡情况示意图地球表面释放的红外线辐射地球表面吸收太阳辐射而使地球表面温度升高太阳103W/m2太阳辐射经过大气层大气层部分红外线辐射被温室气体吸收和再次释放出来，效应是地球表面和大气低层变暖返回太空时的总红外线辐射量太阳总辐射量二、温室效应温室气体的种类代表性的温室效应气体浓度增加状况050318~2042753110.750.257001714130.82803551.50.4产业革命以前1992年最近的增加率(浓度/年)(％/年)氟利昂12(pptv)N2O(ppbv)CH4(ppbv)CO2(ppmv)浓度单位(注)ppm=10-6，ppb=10-9，ppt=10-12，v表示体积浓度CO263%CH420%N2O5%氟利昂12%图温室效应气体使气温上升所占比例二、温室效应★温室效应的危害1．气候转变：全球变暖；2．海平面升高3．对人类生活的潜在影响①经济的影响；②农业的影响③海洋生态的影响；④水循环的影响★总的影响①地球上的病虫害增加；②海平面上升；③气候反常，海洋风暴增多；④土地干旱，沙漠化面积增大。二、温室效应★温暖化对策和措施1.国际间的合作；2.对CO2：基本对策是能源对策，主要有：①自然能源；②低碳能源；③核能；④节能；⑤CO2固定。3.对N2O及CH4:在进行工业排放时进行抑制；4.对HFC、PFC：基本对策是防止泄漏，回收再利用代替。三、厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲→亚洲，给印尼周围带来热带降雨。但该模式每2-7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之带走了热带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象”。四、拉尼娜现象是厄尔尼诺现象的反相，指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象，表现为东太平洋明显变冷，同时也伴随着全球性气候混乱，总是出现在厄尔尼诺现象之后。五、臭氧层破坏★臭氧层（图）★臭氧空洞指的是因空气污染物质，特别是氟化氮和卤化代烃类等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象。★臭氧层破坏物质是破坏平流层臭氧层物质的总称，这些物质有氟利昂、灭火剂、洗涤剂、CCl4以及甲基溴等。臭氧密度(cm-3)0204060801001201602002402803201091010101110121013绝对温度(k)高度(km)对流层平流层中间层热层理论值实测值图10.3大气构成与臭氧层的高度分布臭氧层破坏形成原因五、臭氧层破坏★臭氧层破坏的后果1．对人体健康的影响；2．对陆生植物的影响3．对水生生态系统的影响；4．对生物地球化学循环的影响5．对城市空气质量和建筑材料的影响★臭氧层保护对策1.国际间的合作；2.对臭氧层破坏物质①用替代品取代臭氧层破坏物质；②设备取代方法；③抑制排放方法四、影响大气污染物浓度的因素1.污染物的排放状况：（1）排出量：是决定大气污染物浓度的最基本因素。在地形、气象条件相同的情况下，单位时间内排出量越大，大气污染物的浓度就越高。（2）排放高度：在地形、气象条件、排出量等相似的情况下，烟囱越高，烟的着陆点离污染源越远。（3）排放方式：无组织排放时，污染物四处扩散，浓度随距离的增加而有可能增加；有组织排放时，随距离烟囱距离的增加，污染物的浓度是先增加后降低。（4）排出物的特征：排出的颗粒物，粒径越大，在污染源附近沉降，粒径较小或气态污染物可扩散到较远的地方2.气象条件：（1）风向、风速和湍流：在污染源的下风向污染较重，风速越大、湍流越强，污染物越容易被稀释。（2）气温和大气稳定度：一般来说，温度越高、大气处于不稳定状态，空气产生垂直对流，有利于污染物的稀释。通常大气污染物在白天利于扩散，大气污染在冬季比夏季严重。（3）气湿：大气中水分会加重污染程度，使某些气态污染物发生化学反应，变成毒性更大的污染物，如二氧化硫氧化生成三氧化硫和硫酸雾。（4）气压：一般来说高气压下，容易形成逆温，风速较小，不利于污染物的扩散。3.地形、地物：（1）山谷风：山谷地区易形成山谷风影响污染物的扩散。白天吹谷风，利于污染物的扩散，夜间吹山风，并伴有逆温，不利于污染物的扩散。（2）海陆风：沿海地区形成海陆风。白天吹海风，夜间吹陆风，两者形成闭合环流，不利于本地区污染物的扩散。（3）城市风：城市象个热岛，温度比周围农村高，风从农村吹向城市中心，郊区工业生产排放的污染物吹入城市。（4）烟囱和周围建筑物高度的比例会影响污染物的浓度。（5）逆温。近地层空气温度随高度的增加而上升的一种现象。形成逆温的原因主要有：辐射逆温：在晴天无风的夜晚，地面强烈辐射后冷却，近地的气温迅速下降，而离地越高降温越少，形成自地面开始的逆温。地形逆温：在山谷和盆地，日落后山坡的辐射散热迅速，近地面被冷却的空气沿斜坡下滑，较暖的空气被托到上层而形成逆温。锋面逆温：当冷、暖气团相遇时，因为暖气团密度小，爬到冷气团上面，形成一个倾斜的过度区锋面，如果冷、暖气团的温差显著，就出现逆温。图海风入侵时的锋面与扩散五、室内空气污染近20年来，人们逐渐认识到室内空气污染对人体健康的影响非常严重，主要是因为：室内空气污染物的来源广、种类多；人们对室内环境的接触比室外环境更密切、更频繁、更长久；室内空间有限而密闭程度很高。第二节大气污染物的三致作用一、大气污染对健康影响的特征1.大气污染物的侵入途径和危害部位（1）侵入途径：通过呼吸道、消化道和皮肤进入体内，但主要是通过呼吸道进入体内。（2）致病部位：呼吸器官是大气污染的主要危害部位。大气中刺激性污染物也可不经过人体吸收而直接刺激呼吸道黏膜、眼睛及皮肤，甚至直接接触产生化学腐蚀作用。2.低浓度、长时间作用和慢性危害大气污染物一般浓度较低，与机体接触的时间较长，可反复多次接触，甚至持续终生，引起慢性危害。3.多种污染物同时存在、作用机制复杂多种形态不同、化学性质不同的污染物同时存在，它们在对生物体的毒理作用中，各种因素之间可能同时呈现出联合作用。4.接触人群广泛、易感性差异较大大气污染物可以影响到居民区全体居民，包括老、幼、病、弱各种人群。不同个体、不同人群，对污染物的敏感性差异很大。年龄、性别、发育、营养、遗传、生活习惯、健康状况等都会影响人体对污染物反应的敏感性。二、大气污染对健康的影响1.急性中毒：大气污染物在较短时间内急剧增加超过一定浓度作用于人体时，引起感官和生理机能的不良反应，导致居民急性中毒甚至死亡。地理气象因素的变化或生产事故排放、废气处理设备发生故障等都会引起急性中毒的发生；伦敦烟雾事件：1952年12月5日，一团浓重的黄色烟雾笼罩了英国首都伦敦，能见度突然间变得极差，人们走在大街上，无法看清自己的双脚，公共汽车靠打着的手电筒带路缓缓前行；整座城市弥漫着浓烈的“臭鸡蛋”气味，居民普遍感到