大氣污染

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大氣污染(atmospheric pollution),由於人類的生活、生產活動或自然災害而致一種或多種有害因子進入大氣,並達到能直接或間接影響人體身心健康,甚至造成遠期危害程度的現象。大氣污染的歷史可按能源的變革而劃分若干階段。工業革命前主要燃燒木柴、秸桿、乾草等生物性燃料,故大氣污染以煙塵為主。18世紀工業革命以後,煤炭成主要燃料,從此,污染物以煤煙顆粒物和SO2為主。隨著工業生產的迅速發展,居住區和工業區高度集中,這使污染源更為集中,排污量更大,歷史上多次大氣污染事件均發生於此階段。1920年代開始,石油燃料迅速發展,造成煤炭、石油兩類燃料燃燒產物的共同污染。50年代以來,核工業興起,又增加了核污染的危險性。大氣污染除能引起急性中毒外,更經常的是造成慢性危害。如引起鼻炎咽炎支氣管炎、肺部慢性疾病肺癌肺原性心臟病、變應性疾病等。輕者也能刺激眼、呼吸道,引起暗適應減弱、工作效率降低等。

目錄

大氣污染物的來源

大氣污染物以化學性污染物的種類最多,污染最普遍、廣泛。污染來源主要有4個方面。

①  工業企業。尤以火力發電、焦化、冶煉、石油化工等行業的污染最為嚴重。污染物主要來自兩個系統:一是生產的動力系統,燃料燃燒產生大量的燃燒產物,污染大氣。主要有顆粒物、SO2、NOx、CO、多環芳烴等。此外,根據燃料的不同,還可排出氟、砷、鎘等無機毒物。二是生產過程中排出的廢氣或是泄漏出的原料、中間產物或產品。例如硫酸廠排出SO2,化工廠排出氯氣溫度計廠排出汞蒸氣等。1930年12月3~5日,比利時河谷煙霧事件,1948年10月美國多諾拉煙霧事件,都是工業廢氣造成的急性中毒事件。

②  交通運輸。主要來自汽車、火車、輪船、飛機、卡車等排出的尾氣,主要含有NOx、CO、醛類、SO2、顆粒物、鉛等。其中NOx、 醛類能在紫外線的光化學作用下,形成光化學煙霧,造成更嚴重的危害。洛杉磯是全世界汽車最多的城市之一,曾於1942、1954和1955年的8月底9月初烈日當空時,發生過光化學煙霧事件。

③  生活爐灶和採暖鍋爐。是來自居住區的污染。污染物亦以燃料的燃燒產物為主。雖然每個爐子的規模很小,但由於爐子數量極多,故污染可以很嚴重。1952年12月4日倫敦煙霧事件,死亡人數達4000之多,主要即由冬季壁爐採暖的廢氣造成。④意外災害。如火山爆發、森林火災或油井著火等, 能產生大量CO2、CO、 SO2、H2S、NOx顆粒物、多環芳烴等有害物質。1986年 8月21日晚,喀麥隆的尼奧斯火山湖突然從湖底噴出大量CO2和H2S,造成1746人和大量牲畜死亡。有些專家認為這些氣體是湖底受到有機物的嚴重污染而產生的,平時沉於湖底,一旦發生地震湖底毒氣受震動而噴出。另一些專家認為這是由湖底火山口冒出的,先溶於湖水中,待氣體一旦飽和,則猶如汽水開瓶似地噴出。

大氣中常見的化學污染物

包括以下幾類。

①  顆粒物。 是顆粒狀污染物的總稱。 粒徑在≤100μm的顆粒物稱為總懸浮顆粒物(TSP)。其中粒徑≤10μm者稱為可吸入顆粒物(IP),能進入呼吸道。 5~10μm的易滯留在上呼吸道,小於 5μm的能進入呼吸道深部,影響肺泡。尤以粒徑 0.4~1.0μm 的在肺泡中沉積率最高,因此危害也最大。小於 0.4μm的,則可以隨呼吸運動自由出入。顆粒物的化學成分依其產生來源不同而異。常見種類有SiO2、碳粒、各種金屬微粒、石棉纖維、烴類顆粒等,還可以吸附上SO2、NOx、氟、汞蒸汽、病源體等其他有害物。顆粒物的毒性也因其成分不同而異。

②  二氧化硫(SO2)。 主要來自含硫燃料和含硫工藝生產過程。易溶於水,故易被上呼吸道粘液吸附,引起刺激、炎症、甚至過敏反應。反覆吸入可逐漸引起慢性阻塞性肺病(COPD,支氣管炎、支氣管哮喘肺氣腫、肺纖維性變等四種疾病的總稱),使肺功能明顯降低,乃至心力衰竭。 SO2與空氣中的水蒸氣結合併氧化生成二次污染物──硫酸霧,對呼吸道的刺激更大,其毒性比SO2高出10倍。

③  氮氧化物(NOx)。 各種燃料的高溫燃燒使空氣中的N和O合成NOx。此外,含氮生產工業也可排出NOx。汽車尾氣是NOx的一個極重要的污染來源。NOx溶於水的能力不如SO2,故易進入呼吸道深部,破壞肺泡的表面活性物質,使呼吸道阻力增加、抵抗力下降,重者也能發展成COPD。高濃度NOx被吸入,可進入血液,與血紅蛋白結合形成變性血紅蛋白,造成缺氧窒息,重者有生命危險。NOx在紫外線光化學作用下,能生成二次污染物──光化學煙霧,呈藍色,刺激眼、呼吸道,引起流淚、眼紅腫、頭痛氣喘呼吸困難胸痛肺水腫,重者窒息死亡。

一氧化碳(CO)。主要來自燃料的不完全燃燒。CO吸入體內能立即與血紅蛋白結合成碳氧血紅蛋白(COHb),造成機體缺氧,引起心血管疾患和腦血管疾患。正常人體內含COHb約為0.4%。大氣中CO為10mg/m3時,體內的碳氧血紅蛋白達21%, 機體產生輕度生理變化; COHb達70%時,可致死亡(見一氧化碳中毒)。

⑤  多環芳烴。也是燃燒不完全產物。吸附在顆粒物上。其中有幾種化合物是致癌源,例如 3,4-苯並芘。有些多環芳烴在機體內經活化酶作用後,其中間代謝產物就是強致癌物。有些大氣顆粒物中也含有致突變性很強的硝基多環芳烴。

⑥  放射性物質。主要來自放射性礦藏的開採、冶煉加工,核工業生產,放射性廢棄物的無組織排放,核武器試驗和作用等等。 主要污染物為90鍶、131碘、137銫等。這些放射性物質可以在大氣中直接照射人體而產生外照射效應,也可通過吸入而產生內照射效應。慢性為害主要表現為頭痛、頭暈食慾下降、睡眠不良,繼而出現白細胞降低、血小板減少,遠期效應為出現各種癌症(包括白血病)、不育死胎、畸胎,以及遺傳性疾病等。在核爆炸地區可能引起急性放射病。非戰爭時期應警惕事故性災難的發生。1984年 4月25日晚,前蘇聯車諾比核電站發生爆炸,當時造成大量的人員傷亡。大氣受131碘和137銫的嚴重污染。3年後,距事故發生處80公里地區的癌症患者、兒童甲狀腺疾病患者以及畸形家畜均增多。

⑦  生物性污染物。較少,主要有花粉、某些黴菌孢子等,能引起某些人的變態反應。此外,抵抗力強的結核桿菌、化膿性葡萄球菌、糞鏈球菌等也可隨空氣進入呼吸道而引起疾病。

大氣對污染物擴散的影響

污染物擴散受氣象因素的影響很大。通常在氣溫高、濕度低、風速大、氣壓低的情況下,污染物擴散良好,大氣自淨作用明顯。反之,則污染物不易擴散,往往在局部上空聚集,造成嚴重污染。但如果污染過於嚴重,即使能擴散到遠處,也會對所到之處造成污染。

另外,在烈日當空的中午,紫外線強度極高,易產生光化學作用。

大氣污染的間接影響

大氣污染除以上的直接影響外,還能產生間接影響:

①  大氣中顆粒物太多,阻擋太陽照射,使地表的生物缺乏必要的陽光,影響其健康。如兒童可因紫外線照射不足而出現佝僂病,紫外線不足以殺滅致病菌而使傳染病增加,各種生物的生長也受到影響。來自工業生產的顆粒物污染的範圍較為局限。火山爆發的顆粒物污染能影響一定範圍,並可持續數月至數年,使地面得不到充分的陽光而氣溫降低,氣候轉冷,出現「冷化效應」。假如全球發生核大戰,則大量的顆粒物能被送進平流層,造成全球性的寒冷天氣,這稱為「核冬天」。蘇美兩國於1961~1962年間曾多次進行核爆炸試驗。至1963~1964年冬季,北半球平均氣溫比往年同期降低0.6℃。1991年海灣戰爭造成科威特油田大火,黑煙濃霧,許多地區白晝如黑夜,氣溫下降約11℃。

②  產生「溫室效應」由於能源的大量燃燒,產生了大量的CO2排入上空。CO2能促使太陽輻射中的可見光、紫外線等射線更易於穿透大氣層而到達地表,卻又能阻止地表的紅外線等向上空散發,從而造成地表氣溫增高,易使病原體加快繁殖生長,例如致病菌、蠕蟲、致病昆蟲等均大量繁殖,各種傳染病、寄生蟲病、生物性地方病食物中毒等疾病的發病率均明顯上升。

③  酸雨。是大氣中大量SO2、NO2溶於水蒸汽而形成的。酸雨的pH值一般在4左右,嚴重時可低於3。酸雨不僅能腐蝕建築物,破壞土壤性能,還能使酸化土壤中重金屬的水溶性增強,加速其流動轉移。例如鎘在酸性土壤中更易進入水體和農作物,因而進入人體的機會更多。又如酸性飲用水能將輸水管網的金屬管壁材料溶入飲用水中,使水質惡化,出現怪味,可引起腹瀉、慢性中毒等。

④  臭氧層的破壞。由於大量使用製冷劑、發泡劑、洗淨劑、溶劑,以致大量氟利昂進入大氣平流層。噴氣式飛機在平流層內飛行,排出尾氣中含烴類和氮氧化物。這些污染物在平流層內能嚴重消耗臭氧,使臭氧層出現空洞。其後果是臭氧層遮擋短波紫外線的功能減弱,大量短波紫外線穿過大氣層到達地面照射地表的生物,促使人類皮膚癌的高發,對其他生物也有殺傷作用,破壞了生態平衡。

大氣污染的防治原則

包括以下幾個方面。①定期進行大氣質量監測。②污染源應設在居住區夏季最小風向的上風側。③加強綠化,吸附過濾污染物,淨化環境。④盡量以集中供暖集中供氣來取代分散爐灶。⑤改革工藝過程,促進燃料充分燃燒,減少燃燒不完全產物的生成量。⑥污染源設置除塵設備。⑦加強對事故性災難的預防措施和急救措施的科學研究。

參考書目

姚志麒、陳秉衡主編:《環境衛生學》,人民衛生出版社,北京,1987。

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

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