一氧化碳是煤、石油等含碳物质不完全燃烧的产物。一些自然灾害如火山爆发、森林火灾、矿坑爆炸和地震等,也能造成局部地区一氧化碳的浓度增高。吸烟也被认为是一氧化碳污染来源之一。如局部污染严重,可对健康产生一定危害等。空气中一氧化碳浓度到达一定高度,就会引起种种中毒症状,甚至死亡。
随空气进入人体的一氧化碳,在经肺泡进入血液循环后,能与血液中的血红蛋白(Hb)等结合。一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大200多倍,因此,当一氧化碳侵入机体后,便会很快与血红蛋白合成碳氧血红蛋白(COHb),阻碍氧与血红蛋白结合成氧合血红蛋白(HbO2),造成缺氧,形成一氧化碳中毒。当吸入浓度为0.5%的一氧化碳,只要20-30分钟,中毒者就会出现脉弱,呼吸变慢,最后衰竭致死。这种急性一氧化碳中毒,常发生在车间事故和家庭取暖不慎时。
长时间接触低浓度的一氧化碳对人体心血管系统、神经系统乃至对后代均有一定影响。我国空气环境质量标准规定居住区一氧化碳日平均浓度应低于4.00毫克/立方米。
光化学烟雾:光化学烟雾是排入大气的氮氧化物和碳氢化物受太阳紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝色的烟雾。它包含有臭氧(O3)、醛类、硝酸酯类(PAN)等多种复杂化合物。这些化合物都是光化学反应生成的二次污染物,主要是光化学氧化剂。当遇逆温或不利于扩散的气象条件时,烟雾会积聚不散,造成大气污染事件,使人眼和呼吸道受刺激或诱发各种呼吸道炎症,危及人体健康。
这种污染事件最早出现在美国洛杉矶,所以又称洛杉矶光化学烟雾。光化学烟雾事件不仅在美国出现过,而且在日本的东京、大阪、川崎市,澳大利亚的悉尼,意大利的热那亚和印度的孟买等许多汽车众多的城市都先后出现过。
大气中的氮氧化物和碳氢化物主要来自汽车尾气、石油和煤燃烧的废气及大量使用挥发性有机溶剂等。在太阳紫外线的作用下,产生化学反应,生成臭氧和醛类等二次污染物。在光化学反应中,臭氧约占85%以上。
日光辐射强度是形成光化学烟雾的重要条件,因此在一年中,夏季是发生光化学烟雾的季节;而在一日中,下午2时前后是光化学烟雾达到峰值的时刻。光化学氧化剂可由城市污染区扩散到100千米甚至700千米以外。在汽车排气污染严重的城市,大气中臭氧浓度的增高,可视为光化学烟雾形成的信号。
光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜,引起眼睛红肿和喉炎,这可能与产生的醛类等二次污染物的刺激有关。光化学烟雾对人体的另一些危害则与臭氧浓度有关。臭氧在高层(10-50千米)则可阻挡紫外光对人体的危害作用,而对人体健康有保护作用。但当低空大气中臭氧的浓度达到200-1000微克/立方米时,则对人体健康有害,不仅会引起哮喘发作,导致上呼吸道疾患恶化,同时也刺激眼睛,使视觉敏感度和视力降低;浓度在400-1600微克/立方米时,只要接触两小时就会出现气管刺激症状,引起胸骨下疼痛和肺通透性降低,使机体缺氧;浓度再高,就会出现头痛,并使肺部气道变窄,出现肺气肿。接触时间过长,还会损害中枢神经,导致思维紊乱或引起肺水肿等。臭氧还可引起潜在性的全身影响,如诱发淋巴细胞染色体畸变、损害酶的活性和溶血反应、影响甲状腺功能、使骨骼早期钙化等。长期吸入氧化剂会影响体内细胞的新陈代谢,加速衰老。
氟(F)化物:指以气态与颗粒态形式存在的无机氟化物。主要来源于含氟产品的生产、磷肥厂、钢铁厂、冶铝厂等工业生产过程。氟化物对眼睛及呼吸器官有强烈刺激,吸入高浓度的氟化物气体时,可引起肺水肿和支气管炎。长期吸入低浓度的氟化物气体会引起慢性中毒和氟骨症,使骨骼中的钙质减少,导致骨质硬化和骨质疏松。我国环境空气质量标准规定城市地区日平均浓度应低于7微克/立方米。
铅(Pb)及其化合物:指存在于总悬浮颗粒物中的铅及其化合物。主要来源于汽车排出的废气。铅进入人体,可大部分蓄积于人的骨骼中,损害骨骼造血系统和神经系统,对男性的生殖腺也有一定的损害。引起临床症状为贫血、末梢神经炎,出现运动和感觉异常。我国尿铅80微克/升为正常值,血铅正常值小于50微克/毫升。
二、大气污染主要过程
大气污染的主要过程由污染源排放、大气传播、人与物受害这三个环节所构成。影响大气污染范围和强度的因素有污染物的性质(物理的和化学的)、污染源的性质(污染源的强度、污染源的高度、污染源区域内的温度、排气速率等)、气象条件(风向、风速、温度层结等)、地表性质(地形起伏、粗糙度、地面覆盖物等)。
大气中有害物质的浓度越高,污染就越重,危害也就越大。污染物在大气中的浓度,除了取决于排放的总量外,还同排放源高度、气象和地形等因素有关。
污染物一进入大气,就会稀释扩散。风越大,大气湍流越强,大气越不稳定,污染物的稀释扩散就越快;相反,污染物的稀释扩散就慢。在后一种情况下,特别是在出现逆温层时,污染物往往可积聚到很高的浓度,造成严重的大气污染事件。降水虽可对大气起净化作用,但因污染物随雨雪降落,大气污染会转变为水体污染和土壤污染。
地形或地面状况复杂的地区,会形成局部地区的热力环流,如山区的山谷风、滨海地区的海陆风,以及城市的热岛效应等,都会对该地区的大气污染状况发生影响。
烟气运行时,碰到高的丘陵和山地,在迎风面会发生下沉作用,引起附近地区的污染。烟气如越过丘陵,在背风面出现涡流,污染物聚集,也会形成严重污染。在山间谷地和盆地地区,烟气不易扩散,常在谷地和坡地上回旋。特别在背风坡,气流做螺旋运动,污染物最易聚集,浓度就更高。夜间,由于谷底平静,冷空气下沉,暖空气上升,易出现逆温,整个谷地在逆温层覆盖下,烟云弥漫,经久不散,易形成严重污染。
早期的大气污染,一般发生在城市、工业区等局部地区,在一个较短的时间内大气中污染物浓度显著增高,使人或动物、植物受到伤害。20世纪60年代以来,一些国家采取了控制措施,减少污染物排放或采用高烟囱使污染物扩散,大气的污染情况有所减轻。
虽然现在人们已经开始重视城市空气环境的问题,而将污染较重的工厂搬出了城市,但仍然在离城市不远的郊区,随着空气的流动,或多或少地还会对城市空气产生影响。并且城中仍然有不少轻工业制造厂、加工厂,它们排出的废气、锅炉排出的煤烟仍然是一些城市空气的主要污染源。工业废气中包括硫、氮、碳的氧化物,挥发性有机化合物及其他化合物等。
现在采取的废气排放措施中有的是采用了高烟囱排放,然而,高烟囱排放只是降低了污染物的近地面浓度,而把污染物扩散到更大的区域,从而造成远离污染源的广大区域的大气污染。另外,大气层核试验的放射性降落物和火山喷发的火山灰可广泛分布在大气层中,造成全球性的大气污染。
三、大气污染的一般危害
大气污染的危害是多方面的。大气污染可使植物生理机制受压抑,成长不良,抗病虫能力减弱,甚至死亡;大气污染物能腐蚀物品,影响产品质量。近十几年来,不少国家发现酸雨,雨雪中酸度增高,使河流、湖泊、土壤酸化,鱼类减少甚至灭绝,森林发育受影响。当烟囱排放出的二氧化硫酸性气体,或汽车排放出来的氮氧化物烟气上升到空中与水蒸气相遇时,就会形成硫酸和硝酸小滴,使雨水酸化,这时落到地面的雨水就成了酸雨。煤和石油的燃烧是造成酸雨的主要祸首。酸雨会对环境带来广泛的危害,造成巨大的经济损失,如腐蚀建筑物和工业设备;破坏露天的文物古迹;损坏植物叶面,导致森林死亡;使湖泊中鱼虾死亡;破坏土壤成分,使农作物减产甚至死亡。
四、大气污染对人类健康的危害
对于人类来说,大气污染最大的危害是对人体健康的危害。由于人们一刻也不能停止呼吸,空气中氧含量的下降,会直接影响到人体的新陈代谢。同时空气污染物可以随呼吸进入呼吸道刺激鼻黏膜、气管黏膜和肺,也可直接刺激皮肤、眼睛等,造成这些器官的损害,其中,以呼吸系统疾病为主,特别是未成年的儿童更加敏感。呼吸道是空气污染物侵入人体的第一道防线,突破第一道防线后,就会通过血液循环侵入到体内其他脏器。随空气污染物的种类、浓度和作用时间的不同,会引起人的慢性中毒和远期危害。
1.大气污染对呼吸系统健康的影响
大气污染物通过呼吸道侵入人体,有害气体和微小颗粒可以到达肺的内部。如果长期受到有害气体和颗粒污染物作用,就会使肺功能降低,使呼吸道自身的防御功能减弱或破坏,导致慢性的感染和炎症,最终导致呼吸系统的病理改变,常表现为慢性阻塞性肺部疾患,如慢性支气管炎、肺气肿、支气管哮喘等,最后发展为肺源性心脏病,最终可因呼吸、循环衰竭而死亡。
有害气体中,二氧化硫对人体的结膜和上呼吸道黏膜有强烈刺激性,可损伤呼吸器官,导致鼻炎、支气管炎、支气管哮喘、肺炎,甚至肺水肿等。短期接触二氧化硫浓度为0.5毫克/立方米的空气,老年或慢性病人死亡率会增高;浓度高于0.25毫克/立方米,可使呼吸道疾病患者病情恶化;长期接触浓度为0.1毫克/立方米空气的人群呼吸系统病症增加。二氧化硫和其二次污染物亚硫酸及硫酸还可腐蚀呼吸道组织,引起炎症、坏死。据研究,二氧化硫还可促进空气中的苯并(a)芘的致癌作用。
大气中的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮。化工生产和汽车尾气均可产生一氧化氮和二氧化氮。一氧化氮无刺激性,但可转化为亚硝酸根,引起高铁血红蛋白血症,损害血液的携氧能力,导致组织缺氧和中枢神经损害。二氧化氮则具有较强的刺激性和腐蚀性,可导致肺充血、肺水肿。
氮氧化物和碳氢化合物在太阳紫外线的照射下可发生光化学反应,产生二次污染物--光化学烟雾,主要成分有臭氧、甲醛、丙烯醛、过氧乙酰硝酸酯等,由于这些物质具有较强的氧化性,故又称光化学氧化剂。这些二次污染物刺激性更强,能够造成呼吸道、肺和眼的刺激,且可诱发像过敏性鼻炎、支气管哮喘等变态反应性疾病。
大气中的飘尘颗粒物,可长期悬浮在空气中。飘尘颗粒物的成分依来源的不同而不同,包括金属、石英、石棉、水泥、有机物等。飘尘颗粒物具有很强的吸附力,能吸附空气中的许多污染物,包括化学污染物和细菌等病原体。吸附二氧化硫的飘尘常常是引起哮喘发作的变应原。生产环境的飘尘以及更大的粉尘常常导致尘肺的产生。
2.大气污染与癌症的关系
大气污染物中所含致癌物质种类繁多,根据动物实验及流行病学调查,证明具有致癌作用的大气污染物有30多种。如多环芳烃类、硝基多环芳烃类、芳香胺类等,常常由汽车尾气、工厂废气、烟尘及煤焦油、沥青等有机物的高温裂解产生,其典型代表3,4-苯并芘,是全世界公认的一类致癌物质,与肺癌、皮肤癌、胃癌、食道癌、乳腺癌等的发生有密切的相关。根据美国有关研究,大气中3,4-苯并芘的浓度每立方米增加0.001微克,肺癌死亡率就会增加5%。如果和飘尘颗粒物中的镍、镉、铬、砷等致癌物质结合将增大其致癌性。这些致癌物质常常在污染严重的空气中浓度较高,并且与当地居民肺癌的增加有密切的关系。
3.大气污染对神经系统和心血管系统健康的影响
大气污染物不仅通过呼吸道进入人体,也可进入血液,对人体的其他部位产生毒害作用,造成神经系统、心血管系统、骨骼系统等全身重要器官的损害。一氧化碳是煤、石油等矿物燃料燃烧不完全时所产生的一种气态污染物,香烟中也含有大量的一氧化碳。一氧化碳经呼吸道吸入时不产生刺激作用,因而不易被察觉。进入人体后,一氧化碳很快与红细胞中的血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白的携氧能力降低,最终导致组织缺氧。由于神经系统和心血管系统的组织对缺氧特别敏感,所以容易导致神经系统和心血管系统的功能紊乱。如果长时间接触一氧化碳超标浓度的空气环境,则可导致神经系统和心血管系统的慢性器质性损害。另外,如果空气中二氧化碳的浓度过高,也会导致组织缺氧,出现呼吸急促、乏力、头痛、眩晕、惊厥等症状。空气中的甲醛,飘尘中的铅、砷、汞等都对神经组织具有毒性作用。
4.大气污染对免疫系统的影响
大气中的飘尘颗粒污染物吸入肺后在肺中聚集,首先影响局部的免疫功能,使抗细菌、抗病毒的能力下降;颗粒污染物还可使呼吸道纤毛运动能力降低,使附着在呼吸道表面的异物难于清除,从而导致机体抵抗力下降;颗粒污染物对肺组织中的免疫巨噬细胞具有明显的毒性作用,降低巨噬细胞的吞噬能力,从而降低肺的免疫功能。