空气污染与健康

第五节空气污染与健康　　一、空气污染概论　(一)空气污染的定义　大气是多种物质的混合物。清洁干燥的大气(指离开频繁的人类活动地点及其他不良影响，有一定距离的地方的大气)有着固定的组成(如表2-8)。　　表2-8近海面干洁大气的组成组分浓度(体积%)组分浓度(体积%)氮(N2)78.09氧化亚氮(N2O)0.25×10-4氧(O2)20.94氢(H2)0.5×10-4氩(Ar)0.93甲烷(CH4)1.5×10-4二氧化碳(CO2)0.0318二氧化氮(NO2)0.001×10-4氖(Ne)18×10-4臭氧(O3)0.02×10-4氦(He)5.2×10-4二氧化硫(SO2)0.0002×10-4氪(Kr)1.0×10-4一氧化碳(CO)0.1×10-4氙(Xe)0.08×10-4氨(NH3)0.01×10-4在漫长的自然界及人类发展的过程中，人和生物逐渐适应了这个大气环境，即大气的上述组成不仅不危害人和生物，而且为人和生物的生存提供了必需的条件。但是随着人类生产活动的发展及生活水平的提高，特别是化石燃料(煤和石油)大量使用的结果，将许多有害物质如烟尘、SO2、NOx、CO和碳氢化合物等排放到大气中，使局部地区大气中有害物质的浓度增加。某些自然因素如火山爆发等亦可使局部大气的有害物质浓度上升。当有害物质的浓度超过环境所能允许的极限并持续一定的时间时，就会使大气质量恶化，并对人们的健康、生活、工作、财物和设备产生直接或间接的影响。我们称这种现象为空气污染(airpollution)。引起空气污染的各种有害物质称为空气污染物(airpollutant)。　(二)大气污染物的分类　通常按下列两种方法对大气污染物进行分类。　1.按形成过程分类　(1)一次污染物(primarypollutant):直接从污染源排放到空气中的有害物质。昀常见的一次污染物有SO2、CO、NOx及颗粒物。颗粒物中还包含有毒重金属，强致癌物3、4-苯并芘［B(a)p］，以及其他碳氢化合物等多种物质。　(2)二次污染物(secondarypollutant):进入空气的一次污染物间的相互作用或它们与正常大气组分发生反应所产生的新的污染物。昀常见的二次污染物有臭氧、醛类(乙醛和丙烯醛等)、过氧乙酰硝酸酯(PAN)以及硫酸雾和硝酸雾等。　2.按存在状态分类　由于各种污染物的理化性质不同，产生它的工艺过程和环境条件各异，因而空气污染物的存在状态也不相同。　(1)分子状污染物(molecularpollutant)：由于沸点低，在常温下只能以气体分子的形式存在的污染物质，如CO、SO２、NO２、HCN等。有些物质沸点并不低，在常温下是液体(如苯和汞)，但因其挥发性强，受热时易形成蒸汽进入大气中。　(2)粒子状污染物(particulatepollutant):也称颗粒物(particlematter,PM)，是分散在大气中的液体或固体颗粒。粒径约在0.01～100μm之间。通常根据颗粒物在重力下的沉降特性分为降尘(fallingdust)和飘尘(suspendingparticulate)。前者粒径大于10μm，在重力作用下能较快沉降到地面上；后者粒径小于10μm，可长期漂浮在大气中，易被人体吸入，对健康危害较大。由于粒径小于10μm的颗粒物还具有胶体的一些特性，故又称气溶胶(aerosol)。它包括通常所说的雾、烟、尘。　雾(fog)：指悬浮在空气中的液体微粒，粒径一般在10μm以下。一般由蒸汽冷凝或液体雾化而产生，如硫酸雾、硝酸雾等。　烟(fume)：指悬浮在空气中粒径小于1μm的固体粒子。通常是燃料未完全燃烧而逸出的细小碳粒，如煤烟；也可以是金属升华遇冷凝结而成，如铅烟、氧化铁烟等。尘或粉尘(dust)：指悬浮在空气中粒径大于1μm的固体粒子。通常是固体物在人工破碎或自然风化过程中产生，如矽尘等。　烟雾(smog)：当烟和雾同时形成时就构成烟雾。烟雾中又有硫酸烟雾和硝酸烟雾，通常分别称为工业烟雾和光化学烟雾。硫酸烟雾主要由燃煤时所产生的高浓度SO２和煤烟所形成。在特定的条件下，高浓度的SO２被氧化成SO３，后者与水蒸气结合成硫酸雾并与烟混合在一起构成硫酸烟雾，由于这种烟雾主要是工业革命的产物，故通常称之为工业烟雾。由于这种烟雾首次出现在伦敦，所以又称伦敦型烟雾(Londonsmog)。硝酸烟雾主要是汽车废气中氮氧化物和碳氢化合物通过光化学反应与水蒸气形成的硝酸雾，又与烟混合在一起构成硝酸烟雾，由于必须经过光化学反应这种特殊的反应形式才能形成，故通常称之为光化学烟雾。又因首先发生在洛杉矶。也称洛杉矶烟雾(LosAngelessmog)。工业烟雾和光化学烟雾的主要区别见表2-9。(三)空气污染来源及主要污染物　1.空气污染来源：　空气污染来源广泛，概括起来可分为两大类，即自然污染和人为污染。自然污染如火山爆发、森林火灾、风沙风暴等，多具有偶然性和一时性，而人为污染则是经常存在的，因此空气污染的来源主要是后者。人为污染包括生产性污染，生活性污染、交通运输污染等，不同的来源具有不同的污染物种类及污染特点。现分述如下：表2-9工业烟雾与光化学烟雾的区别特征工业烟雾光化学烟雾典型代表城市伦敦，芝加哥洛杉矶，墨西哥城气候寒冷，潮湿晴朗，干燥，炎热主要污染物SO2，微粒O3，PANs*，醛，氮氧化合物，CO主要污染来源工业和家庭燃煤和燃油车辆汽油燃烧易发生时间冬天（尤其早上）夏天（尤其中午）*PAN：过氧乙酰硝酸酯(1)生产性污染：工业企业是大气污染的昀主要来源。随着工业的不断发展，大气污染物的种类和数量日渐增多。工业企业对大气的污染，既可产生于其动力部门(如燃煤)，也可产生于其工艺过程(如冶金、化工部门)。由于工业企业的性质、规模、工艺过程、原料和产品的不同，对空气污染的程度也不同，有的可产生粉尘如水泥、矿业、冶炼、钢铁等工业，有的散发刺激及有毒物质，二氧化硫、氟等，如石油、有色金属冶炼等企业，有的散发臭气如石油联合企业、化工企业等。表2-10显示不同企业排出的主要大气污染物种类。如一个设有煤粉燃烧锅炉的大型热电站，每日烧煤1000吨，煤的含尘量为20%、含硫量为1.57%，则在没有净化条件下，每日将向大气排出190吨灰尘和28.3吨二氧化硫。在工企业中以火力发电厂、石油化工厂、有色金属冶炼厂、钢铁厂、水泥厂、造纸厂等对大气污染昀严重。工业企业对大气的污染不仅种类多、数量大，还具有污染范围广，污染持续时间长的特点。这是因为工企业的废气多以烟囱形式排放，可输送较远距离，污染范围较大；而且工业生产多为长年持续生产，因而季节性波动不明显。表2-10各种工业企业排出的主要大气污染物工业部门企业名称排出的主要大气污染物电力火力发电厂烟尘、二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、多环烃、五氧化二钒钢铁厂烟尘、二氧化硫、一氧化硫、氧化铁粉尘、锰氧化钙粉尘焦化厂烟尘、二氧化硫、一氧化碳、酚、苯、荼、硫化氢、烃类冶金有色金属冶炼厂烟尘(含有各种金属如铜、锌、铜等)，二氧化硫、汞蒸气石油化工厂二氧化硫、硫化氢、氰化物、烃类、氮氧化合物、氯化物氮肥厂氮氧化物，一氧化碳、硫酸气溶胶、氨、烟尘磷肥厂烟尘、氟化氢、硫酸气溶胶硫酸厂二氧化碳、氮氧化物、砷、硫酸气溶胶氯碱工厂氯气、氯化氢化学纤维厂硫化氢、二硫化碳、甲醇、丙酮、烟尘、二氯甲烷合成橡胶厂丁间二烯、苯乙烯、乙烯、异戊乙烯、二氯乙烷、二氯乙醚、乙硫醇、氯代甲烷农药厂砷、汞、氯化工水晶石工厂氟化氢造纸厂烟尘、硫醇、硫化氢、臭气仪器仪表厂汞、氰化物、铬酸轻工灯泡厂汞、烟尘机械机械加工厂烟尘建材水泥厂水泥尘、烟尘喷洒农药农药粉尘和雾滴农业粮棉、茶加工各种有机粉尘、某些致敏原绝大多数工业企业都需燃料作为动力，用的昀多的是煤，其次是石油。煤的含灰量为10～30%，含硫率因产地不同而有很大差别，一般平均为3%。石油含灰率为0.2%，含硫率在0.8%以下。由于煤在燃烧过程中产生多种有害气体与粉尘，能严重污染大气。　表2-11燃烧一吨煤时排出各种有害物质量(kg)有害物质电厂锅炉工业锅炉取暖锅炉二氧化硫606060一氧化碳0.231.422.7二氧化氮993.6碳化氢0.10.55粉尘(一般情况)111111(燃烧得好)369(2)生活性污染：主要来源于生活炉灶与采暖锅炉。在城镇居民区，大量的民用生活炉灶与采暖锅炉也消耗大量煤炭，成为大气污染的一个重要来源。近年来城区内各种个体饮食摊点的增多，也使城市大气污染更为严重。由于民用炉灶数量多而散在，因而给治理带来事实上的困难。民用炉灶大多烟囱高度低甚或无烟囱，排放高度与呼吸带接近，且大多燃烧效率低，可排放大量烟尘、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等污染物，对人体危害大。生活性污染的另一个特点是季节性明显。在北方冬季采暖期，煤炭消耗量的大增使空气中二氧化硫与烟尘浓度大幅度升高，而冬季气象条件又不利于污染物扩散稀释，因而对居民健康的危害增大。如据北方某城市调查，采暖期(11～3月)二氧化硫昀高日均浓度比非采暖期高约4倍，月降尘量高约1～3倍。(3)交通运输污染：由于交通运输的发展，汽车量大增，汽车废气成为大气污染的重要来源。汽车使用汽油和柴油，排出的废气中含有一氧化碳、氮氧化合物、烃类较多，还含有醛、铅化合物等。汽车废气靠近地面易为人所吸入，危害很大，如值勤交警血中COHb含量明显增高，甚至超过2.5%，交警体内有铅蓄积，尿铅、发铅较对照人群增高。汽车废气还是造成光化学烟雾的主要污染物。表2-12常见污染物及其来源常见污染物主要来源化学性污染物颗粒物森林火灾、岩石风化、火山喷发、燃煤、采矿、建筑、扫地等碳氧化物CO森林火灾、燃料(主为煤)的不完全燃烧(占2/3)、吸烟CO2植物呼吸、化石燃料的燃烧硫氧化物SO2和SO3煤及石油的燃烧、含硫矿石冶炼、火山喷发氮氧化物NO和NO2机动车及炉灶中燃料的高温燃烧，闪电碳氢化物汽车及燃炉中化石燃料的不完全燃烧、植物腐败分解(占85%)光化学烟雾太阳光作用于碳氢化物及氮化物而生成金属和金属化合物铅、砷、汞等矿石开采冶炼、燃煤、机动车废气等其他无机化合物氟化氢(HF)汽油提炼、玻璃蚀刻、铝及化肥生产氨(NH3)化工部门、化肥生产H2S化工部门、化肥生产、有机物无氧分解、污水处理H2SO4和HNO3化工生产、SO2和NOx与水蒸气结合而成杀虫剂、除草剂农业及林业生产物理性污染物噪声交通运输、工业生产、建筑施工微波辐射雷达、通讯放射性污染物放射性矿石开采提炼、核电生产、核武器试验、核战争生物性污染物致敏原植物花粉、螨虫等病原微生物结核杆菌、流感病毒等(四)影响空气污染物浓度的因素空气污染物排放状况：污染物的性质、排出量、排放高度和排放时间等，是决定污物染浓度及污染范围的昀基本因素。单位时间内污染物排出量越大，空气污染的程度就越重。而排出量又与工艺过程、净化设备及其效率、生产的周期等有关系。一般来说，一年中以夏季污染为轻，冬春采暖季节昀重，一天中则以中午污染为昀轻。污染物的排放高度直接影响污染物扩散的范围和稀释的程度，排放高度越高，排出口的风速越大，越容易扩散、稀释，地面空气受污染的程度也较低。1．地理环境因素的影响：污染物排出后，因所处地理环境的不同，危害大小也有差异。在“窝风”的丘陵地区和山谷盆地，污染物难以扩散，形成局部范围的污染区，同时沿山谷的平行方向流动，给远处下风侧造成持续高浓度。另外，高大建筑也能在小范围内产生涡流，阻碍污染物迅速排走，加重局部污染。著名的比利时马斯河谷烟雾事件，就是因为许多工厂密集于狭窄的河谷盆地里而造成的。2．气象条件的影响：气象因素对大气污染的程度及其所造成的危害具有重要的影响。当污染物进入大气后，在正常情况下，由于大气的自然扩散能力，排出的污染物能迅速得到扩散和稀释。大气的这种扩散能力，沿水平方向移动，主要受风力和风向的影响，而垂直方向的移动，则与气温垂直分布有关。在正常状态下，大气的温度随地面高度的增加百下降，每升高100m平均下降0.65℃，由于下层温度高，上层温度低，大气处于不稳定状态，暖空气向上移动产生对流，污染物便能随之上升向高空扩散。然而，在