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环境污染与健康第一章绪论环境:社会环境、自然环境环境总是相对于某项中心事物而言的《中华人民共和国环境保护法》所指环境包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。人的自然环境尚有大小和内外之分自然圈层与物质循环生物圈：通常指有生物存在的地球表面层全部水体总称为水圈全部大气层总称为大气圈土壤和岩石构成地壳层称为岩石圈这四个圈层组成人类所处的自然环境水循环是联系地球系统地圈生物圈大气圈的纽带它是全球变化三大主题碳循环、水资源和食物纤维中的核心问题之一环境的化学物质循环1.水循环自然界的水储量巨大，分布广泛。在太阳能和地表热的作用下，地球上的水不断被蒸发成水蒸气，进人大气。大气中的水蒸气遇冷又凝结为雨、雪、雹等回地面，周而复始。这种水的循环在全球范围内(大循环)和各个地区内(小循环)不停地进行着。2.碳循环碳是构成有机物质的中心元素，也是构成岩石和矿物燃料(煤、石油、天然气)的主要成分.在环境内各个圈层中碳的循环，主要是通过二氧化碳来进行的.绿色植物将空气中的二氧化碳借光合作用转化为葡萄糖,再综合为植物体的碳化合物，经食物关系(食物链)成为动物体的碳化合物.植物和动物的呼吸作用将体内的部分碳转化成二氧化碳放回大气。动、植物残体中的碳经微生物分解(生物体腐败)产生的二氧化碳也排人大气3氮循环氮是构成蛋白质及生物有机体的重要元素大气中的氮气(N2)；海水中的溶解氮；沉积物中的有机氮。其余形式的氮则处于不断地复杂变化、流动和交换过程中其他物质循环磷循环：岩石和土壤中的磷酸盐经风化淋溶而进入河流，然后汇人海洋并沉底，直至地质变迁成为陆相而再次参加循环，故一次循环需数万年。然而在陆地和水体生态系统中存在两个小的局部磷循环。人类开采和使用磷肥、农药、洗涤剂等对磷的自然循环有影响。硫循环陆地和海洋中的硫通过生物分解和火山爆发等，以H2S、硫酸盐和SO2形式排人大气；大气中的硫通过降水、沉降、表面吸收等作用，回到陆地和海洋.人类燃烧矿物燃料、冶炼过程、石油炼制等释放大量S02，干预硫的自然循环而造成污染.氧循环由于氧的含量丰富和性质活泼，因而环境中到处有氧(游离态或化合态)，故其自然循环是很复杂的。上述各种循环中都包括了氧，因而也表现了氧循环的一部分。实际上各种物质的循环都是相互关联的。由于参与循环的物质仅是该物质总储量的很少部分，所以各物质总体循环一周所需时间很长如水需200万年,氧需2000年，二氧化碳平均停留300年,经生物圈循环时间约10—20年，氧则需600年。人与环境的关系人类的进化和发展与自然环境的变迁是紧密相关的生物圈中，人类是最活跃、有生机、最具影响的因素人类与其他生物体有着根本的区别，她并不完全是消极地适应环境，而是能够通过劳动能控制环境，改造环境，利用自然环境为人类服务的生态系统的平衡生物群落与其周围非生物环境构成的整体叫做生态系统生态系统无论大小，各种生物与非生物体之间的相互作用、相互制约的关系是共同的无数个大小生态系统相互关联，形成了地球这个大的生态系统自然界中的生态系统并非是静止不变的，而是处于不断运动、变化之中，但是在一定时间、一定空间内可表现稳定的状态，这就是生态系统的相对平衡环境问题原生环境问题或第一环境问题:自然界发生变迁对生态系统造成的破坏作用.如火山爆发、地震；台风、海啸、洪水、旱灾、虫灾；流行病、地方病等自然灾害.次生环境问题或第二环境问题:指人类生产和生活活动引起的,如现代工业发展所产生大量三废对环境的污染问题，盲目开发自然资源所引起环境退化问题.环境的污染广义地说，当自然环境受到外界因素影响而改变原有状态时，就是受到了“污染”。生态系统本身具有一定的调节功能。在一定范围内，自然界的污染物可以通过“自净”作用得以恢复由人类生产和生活活动产生的大量有害物质排入环境，破坏了环境的结构和状态，对人体的健康产生了直接或间接、甚至是潜在的不利影响，这就叫做环境的污染。第二章大气污染及其危害大气的组成大气组分的停留时间大气的结构大气与生命的关系大气污染大气的污染源大气污染物的组成大气的组成大气圈的主成分是空气，另外还含有少量水气、尘粒和其他微量杂质空气的主要成分是氮(78.09％)、氧(20.95％)、氩(0.93％)，三者共占整个空气的99.9％。空气中CO2含量只占0.03％，此外还有一些稀有气体(氦、氖、氪、氙)和CH4、NO2、SO2、CO、NH3、O3等，它们总共也不过占0.1％降尘和飘尘大气中的固体悬浮粒子主要来自工业烟尘、火山喷尘和海浪飞逸的盐质等。粒径较大者称降尘，几小时可落到地面，粒径小的(小于10μm)称为飘尘，可在大气中飘荡数年大气组分的停留时间气体组分在大气中的平均停留时间少则几小时，多则达百万年以上。这与组分的性质，在大气中的储量，以及迁出或循环的途径等有密切关系可以认为大气是各种气体和微粒组分的“储库”。某组分x在储库中的总输入速度(Fx)和总输出速度(Rx)是相等的组分的停留时间长，即使人类活动大大改变了组分的输入(出)速度，对其总储量的影响也不明显.相反，若组分停留时间短则其储量对输人(出)速度的改变就很敏感大气的结构大气的总质量约3.9×1015吨，只有地球总质量的百万分之一。由于重力的作用，大气质量的垂直分布很不均匀，其质量的一半集中在离地面5km以下，90％集中在30km以下。根据大气物理性质(温度、扩散、电子密度等)垂直分布的待征，可将大气圈分为许多层次。如以温度随高度的分布，将大气自下而上分为对流层、平流层、中间层和热层等对流层对流层是大气圈的最下层，其厚度在中纬度附近为10—12km；赤道附近为16—18km；两极附近为8—9km。特点:1.是气温随高度增加而降低。大约每上升100m，温度平均降低0.6℃(或6℃／km)，所以对流层上部的气温为零下50℃左右2.气体密度大。大气总质量的75％以上，水气的90％集中于该层中。因此，主要的天气现象(云、雾、降水等)。化学污染物的产生和变化等，都发生在这一层里3.气体强烈的上下对流.当形成下冷上热的“逆温层”时，污染物则难以扩散而容易造成污染事件平流层处于地面上12—50km区域。平流层的温度分布是由下而上逐渐升高，平流层顶的温度达到最高值(273K)特点:空气水平移动占显著优势.大气是稳定的污染物进入此层，只能形成一薄层气流随地球旋转而运动，甚至可停留多年在高度为15—35km范围内，形成厚度约20km的一层臭氧层,臭氧有吸收太阳光能力,致使平流层气温随高度而增加中间层距地面50—85km范围称为中间层。这一层的空气更加稀薄，气温又随高度的增加而降低。至中间层顶(85km高度附近)的气温可降低到—63~—103℃(中纬度上空)。这与臭氧浓度减小有关热层高度在85—500km范围的大气圈称为热层。这一层气温随高度增加而迅速升高(85km处—63℃至160km处达200℃左右)。由于太阳紫外线和宇宙线的作用强烈，使热层和中间层空气分子变成离子的现象得以发生，因而又将60—1000km高度范围叫做电离层这种高空中原子和分子氧和氮强烈吸收太阳辐射中的远紫外部分(波长小于200nm)的能量，并将能量变成热是热层气温增高的主要原因大气的温度分布与大气的化学组成有着密切关系(图2—1)，二者都是辐射穿过大气被吸收的结果。大气与生命的关系空气是人类和其他一切生命机体时刻不可缺少的生存条件。一般成年人每天约需呼吸一万升空气，相当于13.6公斤重。大约为一天食物重量的十倍，饮水重量的三倍。一个人几周不进食，几天不饮水尚可生存，如果绝断空气几分钟就要死亡。与生命关系最密切的还是氧和氮氧是人体的生命元素。在人的生活过程中，时刻不停地从空气中吸入氧气，呼出体内生成的二氧化碳大气污染主要是由于人类的生产和生活活动所造成的。，由人类活动引进或扩散到大气中的污染物质，当其数量、浓度、性质以及在大气中持续时间等因素的综合作用结果，可能会使某些地区的生物体的生命和人类的健康或生产、社会活动受到影响根据大气污染影响范围的大小，可以将污染分为四种情况：（局部地区污染、地区污染、涉及多个地区的广域污染以及具有国际性影响的全球污染。大气的污染源大气污染来源有三类:1.煤、石油、天然气、木柴等燃烧2.工农业固体废物，城市生活垃圾在焚毁处理时3.各种工业生产过程排放的有害气体污染源可分为固定源和流动源两种:固定源:大气污染物质来自某些固定单位或地点流动源是指交通运输工具，汽车、火车、轮船、飞机等.虽然规模小，又分散，但数量庞大，来往频繁，而且具有流动性特点汽车的污染物由燃料箱、汽化器、曲柄箱以及尾部废气管等处排出，以尾部排污量为最多主要污染物有CO、NOx、HC以及铅化合物废气中污染物的成分与燃料，发动机类型和行驶车速等多种因素有关一辆燃烧汽油的小轿车每天约排出CO3公斤，HC0.2—0.3公斤，N0x0.05—0.15公斤汽车的污染物-铅由于汽油中常常加有四乙基铅作抗爆剂，汽车废气中有铅的污染物。据估计，抗爆剂中70％的铅随废气排入环境，其中40％颗粒较大的迅速沉降，其余60％以微尘形式长期漂浮在大气中。在交通发达的大城市，汽车引起的铅污染浓度可达0.6-1.0微克／立方米。在公路上空，空气中含铅量最高为50微克／全方米，平均浓度为24微克／立方米。发达国家城市空气中铅的污染90％以上来自汽车废气苯并芘汽车废气中还含有少量致癌的多环芳香烃，其中以3，4-苯并芘毒性最剧。据报道，燃烧每立方米柴油约排出0.09克苯并芘3，4苯并芘致癌，但在酸性环境中很容易被破坏1775年英国外科医生波特发现：从童年起，从事打扫烟囱的工人，工作15-25年后患阴囊癌而死亡。1915年日本生物学家富泽和市川，以煤焦油涂兔耳内侧，每周2-3次，数月后证实具有致癌作用。这是人工第一次用化学方法致癌成功的例子1933年库克从煤焦油分离出强致癌物质，定名苯并芘轮船是重要的运输工具之一，它的载重量大，成本低廉，因此世界的航海运输业十分繁荣。轮船的燃料是煤和柴油，它的排污量仅次于汽车。在船舶集中的港口码头，它的污染问题比较突出。内河运输中，轮船排放的污物对空气的影响更大些在经济发达国家，航空运输业非常繁荣，机场上空飞机起降频繁。飞机经过的空间，除了噪声干扰外，其排出的污染物也有一定的影响。飞机排出的污物:一氧化碳，碳氢化合物，氮氧化合物，粉尘大气污染物的组成一般把由N2、02、稀有气体等恒定组分和C02(320ppm)、水蒸气(4％以下)等常态可变组分所组成的大气叫做“清洁空气”。而将含有来自天然源与人为源的一定浓度的不定组分(CO、S02、NOx，碳氢化物、颗粒物等)的大气叫做‘污染空气”世界卫生组织(WHO)把那些含量和存在时间达到一定程度以致对人体、动植物和物品危害达到可测程度的物质，称为大气污染物。一氧化碳人为来源主要是燃料的不完全燃烧，而其中由汽车等产生的C0量约占55％左右CO浓度在1％以下，被认为对大气不会造成污染汽车尾气中C0的浓度大于1％，特别是在空挡时排放量最大CO的有害影响并非直接化学反应所致，而是以比O2大200倍以上的优势与血红蛋白结合形成碳络血红蛋白而引起窒息。这种效应是可逆的，及时吸人新鲜空气可破坏这种结合而不致于在体中积蓄一氧化碳的转化罗宾(Robbins)等曾证明大气中CO含量几世纪未变，说明人为源对背景CO水平的影响甚微。这一事实表明，大气中的CO存在着巨大的消除途径。CO不溶于水被雨去除的可能性很小，CO被大气中浓度很低的氧化剂(0、O3、NO2等)氧化成CO2的速率极慢，也不可能产生重要影响。现发现土壤中微生物(真菌)能大量地将CO转化为CO2另外向平流层扩散并与自由基反应而被清除二氧化硫人为源主要是矿物燃料和含硫矿物的燃烧。煤的含硫量约为，0.5—5％，石油则为0.5