（环境科学专业论文）某铀矿山PMlt10gt中U、Th与PAHs的污染特征研究.pdf

摘要 生。苔藓植物中的营养主要来自于大气降水和颗粒物沉降，但是生长基质也能 够影响苔藓植物对污染物的敏感度及富集能力，苔藓植物对于生长基质中的元 素具有一定的吸收和同化作用。 ( 6 ) 通过对苔藓的富集能力分析可以知道，密叶绢藓、短叶毛锦藓对铀的富 集程度比较高，细叶小羽藓、大灰藓的富集程度次之，尖叶走灯藓对铀的富集 不是太好。细叶小羽藓对钍的富集程度较高，密叶绢藓、短叶毛锦藓的富集一 般，尖时走灯藓的富集效果不好。在不同的采样点，同一种苔藓对铀、钍的富 集程度不一样，这主要与该点的污染物浓度和周围环境有关。总的来说密叶绢 藓、细叶小羽藓对铀钍的吸附力都较强。 ( 7 ) 多环芳烃浓度水平在小于1 0 0 n g m 3 的数量级上，最低浓度出现在蒽上 ( 0 2 1 n g m 3 ) ，最高浓度出现在苯并【b 【荧葸上( 2 3 1n g m 3 ) 。从平均水平比较， 荧葸、屈、苯并【b 】荧蒽、苯并【k 】荧蒽、茚并【1 ，2 ，3 一c d 】及苯并【g l l i 】茈的浓 度较高；菲、芘、苯并【a 】葸、苯并【a 花的浓度次之；二氢苊、葸、二苯并【a ，h 】 蒽的浓度则较低。样品中多环芳烃以4 环为主，5 - 6 环次之，2 - 一3 环所占比例 最小。多环芳烃高环数占优势，主要来源于化石燃料的不完全燃烧。 关键词：p m 埘铀钍；重金属：p a h s i i a b s t r a c t a bs t r a c t p m l 0a n dr a d i o a c t i v er a d o ng a sa r et h em a i np o l l u t a n t si nu r a n i u mo r em i n i n g a c t i v i t i e s t h ep o l l u t a n t so fp m l 0i n c l u d i n gr a d i o n u c l i d e s ，h e a v ym e t a l sa n d o r g a n i c p o l l u t a n t sa n d s oo n t h e s ea i r b o m ep a r t i c l e sc o n t a m i n a t e dt h ee n v i r o n m e n tt h r o u g h t h es e t t l e m e n ta n d a i r - p r o l i f e r a t i o n t h e y ( e s p e c i a l l yt h ed i a m e t e ro fl e s st h a n10 “m o fr e s p i r a b l ep a r t i c u l a t em a t t e r ) a r ee a s i l yi n h a l e di nt h eh u m a nb o d ys oa st oh a v ea s e r i o u si m p a c to nh e a l t h p m l 0s a m p l e sw e r et a k e na tu r a n i u mm i n i n ga r e ao fe a s tc h i n ai nj u l yo fy e a r 2 0 0 7 ，a n da n a l y z e df o ru r a n i u m 、t h o r i u m 、h e a v ym e t a la n dp a h sb yi c p m s 、 i c p - a e sa n dh i g hp e r f o r m a n c e l i p u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) t h eb a s i c c h a r a c t e r i s t i c so fp m l0p o l l u t i o nw e r es t u d i e d ，a n d i n v e s t i g a t et h et h o r i u ma n d u r a n i u me n r i c h m e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h eh e a v ym e t a l si nt h em o s s p l a n t s f o l l o w e di s t h em a i nc o n c l u s i o nt h a tt h e s i sh a sg o t ： ( 1 ) t h ed i f f e r e n c e so fp m10c o n c e n t r a t i o n sa t ev e r yl a r g ei nd i f f e r e n ts p a t i a l d i s t r i b u t i o n t h ec o n c e n t r a t i o no fp a r t i c l e si s 6 0 - - - 8 0 i _ t g m 3i ns a m p l i n gp o i n t s1 ，2 a n d ，a n d13 0 t g m 3 、2 0 0 i t g m i np o i n t s4a n d5 t h em a i nf a c t o r si ss i n g l es o u r c eo f p a r t i c u l a t em a t t e r ，m a i n l yf r o mt s po fu r a n i u mm i n i n ga n dn a t u r a lp a r t i c u l a t em a t t e r i ns a m p l i n gp o i n t s1 ，2a n d3 t h es o u r c eo f p a r t i c u l a t em a t t e ri sm o r ec o m p l i c a t e di n t h ep o i n t s4a n d5 ，n o to n l yu r a n i u mm i n i n go ft h ep a r t i c l e sb r o u g h ta b o u tl o n g - r a n g e t r a n s p o r to f p o l l u t i o n ，t h em a j o ri ss u b j e c tt ot h ei m p a c to f h u m a nl i f e ( 2 ) t h ec h e m i c a le l e m e n t so fp m l 0i ss i m i l a r ，t h em a i ne l e m e n ti sc o m p o s e do f i n o 玛a n i ca i ，c a , m g , w h i c ha c c o u n t i n gf o r7 5p e r c e n to ft h es u me l e m e n t sm a s s ， t h e ya r er i c hi nt h ec r u s to ft h ee l e m e n t s ，m a i l l l yf r o mt h em i n ed u s t i nt h e1 l i g h c o n c e n t r a t i o no fp m l 0 ，e a c he l e m e n tc o n t e n ta c c o r d i n g l yh i g h e r , b u tt h ep e r c e n t a g e o fp m10a r en o tn e c e s s a r i l yh i g hq u a l i t y ( 3 ) t h r o u g he n r i c h m e n tf a c t o ra n a l y z e d ，w ok n o wt h a tt h ee n r i c h m e n tf a c t o ro f c r ，c u , p b ，n i ，a n dz na r em o r et h a n10 ，t h e ya r eo b v i o u se n r i c hi nt h er e s p i r a b l e p a r t i c u l a t em a t t e r ( p mio ) a n da r et h em a i nt h ei n o r g a n i ce l e m e n t so fp m10p o l l u t i o n , w h i c h m a yb ec a u s e db yt h ec o u p l i n go fp a r t i c i p a t i o no fg r o u n do r ed u s ta n dd u s t i i i ( 4 ) t h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o no fu r a n i u mw a s3 s a m p l i n gp o i n t s ，b u tt h e c o n c e n t r 。a t i o no fp a r t i c u l a t em a t t e r ( p m l 0 ) o n l y7 2 61l a g m 3 ，t h em a x i m u m c o n c e n t r a t i o no ft h o r i u mw a s1 s a m p l i n gp o i n t ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fp a r t i c u l a t e m a t t e r ( p m l0 ) o n l y7 0 0 2 9 9 m 3 t h eh i g h e s tp m l0w a st h es a m p l i n gp o i n t s4a n d 5 ，b u tc o n t e n to ft h o r i u ma n du r a n i u m a n d t h o r i u ma r ef r o mu r a n i u mm i n i n g ， a r er e l a t i v e l yl o w i ti s t h o u g h tt h a tu r a n i u m a n dt h es o u r c eo fp a r t i c u l a t em a t t e ri sm o r e c o m p l i c a t e d ( 5 ) t h eh e a v ym e t a lc o n t e n to fv a l u et h em o s sw h i c hi ns 锄ee n v i r o n l n e n tw a s c o m p a r e d ，t h ed i f f e r e n th a b i t a t sm o s sp l a n t si sn o tt h es a m eo ft h ee n r i c h n l e mo f h e a v ym e t a l s ，t r e e s t o n e s o i l b r y o p h y t e si nn u t r i t i o nm a i n l yf r o mt h ep r e c i p i t a t i o n a n da t m o s p h e r i cp a r t i c l e si nt h es e t t l e m e n t ，b u tt h em a t r i xc a na l s oa f f e c tt h em o s s 衄 t h es e n s i t i v i t yo fp o l l u t a n t sa n de n r i c h m e n tc a p a b i l i t y ，b r y o p h y t e sm a t r i xf o rt h e g r o w t ho fc e r t a i ne l e m e n t so ft h ea b s o r p t i o na n da s s i m i l a t i o n ( 6 ) t h r o u g ht h ee n r i c h m e n tc a p a c i t yo ft h em o s sc a nk n o wt h a tm ee n t o d o nc o m p r e s s u sc m u t l lo nt h ee n r i c h m e n to fu r a n i u mi s r e l a t i v e l yh i g h , h a p l o c l a d i u mm i c r o p h y l l u m ，h y p n u mp l u m a e f o r m et h es e c o n dl e v e lo fe n r i c h m e n t p l a g i o m n i u mc u s p i d a t u mt k o po nu r a n i u me n r i c h m e n ti sn o t t o og o o d h a p l o c l a d i u mm i c r o p h y 7 l l u mo nt h et h o r i u mh i g h e r d e g r e eo fe n r i c h m e n t ，e n t o d o n c o m p r e s s u sc m u t l l ，s e m a t o p h y l l a c e a ep y l a i s i a d e l p h ay o k o h a m a eg e n e r a le n r i c h m e n t ，p l a g i o m n i u mc u s p i d a t u mt k o pe n r i c h m e n tp e r f o r m i n gp o o r l y i nd i f f e r e n ts a m p l i n gp o i n t s ，w i t ham o s so l lt h eu r a n i u m ，t h o r i u mn o tt h es a l n ed e g r e eo fe n r i c h m e n t ，w i t ht h em a i np o i n t so ft h ep o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o na n dt h e s u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t t h ew h o l eo fe n t o d o nc o m p r e s s u sc m u t l l ，h a p l o c l a d i u mm i c r o p h y l l u mo nt h ea b s o r p t i o no fu r a n i u mt h o r i u ma r e s t r o n g ( 7 ) t h ei n d i v i d u a lp a h sa r eb e l o w10 0 n g m 3 ，w i t ht h el o w e s tc o n c e n 删o no c c u r r i n ga ta n t h r a c e n e ( 0 21n g m ) ) a n dt h eh i g h e s ta t b e n z o b f l u o r a n t h e n e ( 2 3l n g m ) t h eo v e r a l la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ff l u o r a n t h e n e ，c h r y s e n e ，b e n z o b f l u o r a n t h e n e ，b e n z o k f l u o r a n t h e n e ，i m d e n o 1 ，2 ，3 - c d p y r e n e ，b e n z o g h i p e r y l e n e a r eh i g h e r ，a n dt h o s eo fp h e n a n t h r e n e ，p y r e n e ，b e n z o a a n t h r a c e n e ，b e n z o a p y r e n ea r e i nt h em i d d l e ，a n dt h o s eo fa c e n a p h t h y l e n e ，a c e n a p h t h e n e ，f l u o r i n e ，觚m r a c e n e ，d i b e n z o a , h a n t h r a c e n ea r ec o m p a r a t i v e l yl o w e r t h ep a t t e r no fh i g h e r i v a b s t r a c t a b u n d a n c eo ff o u ra n dm o r ea r o m a t i cr i n g sp a h si nt h es a m p l e si sa l li n d i c a t o ro fi n c o m p l e t ec o m b u s t i o np r o c e s so ff o s s i la n df u e la th i g ht e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：p m lo ，u r a n i u ma n dt h o r i u m ，h e a v y - m e t a l ，p a h s v 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：刁岬字日期：2 仍吕年多月巧日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂一有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学雠文作者签名谢圣铆场聊签名：胗 签字日期：勘易年6 月2 汩签字日期：2 8 年6 月历日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 课题背景 1 1 1 核能的利用 上世纪3 0 年代科研工作者发现了铀的裂变反应，从而进入了核能利用的时 代，铀矿石的开采和选冶工艺就逐渐发展并不断创新。铀主要用于原子能工业 和制造原子弹。近年来，用铀做原子武器的潮流己减弱，而核能的和平利用却 日益发展壮大。通过核反应堆，将铀的原子能转化为热能，可用于发电、开动 轮船、火车等。 目前认为核电站生产的电能，是最干净的电能，尤其是从减少温室气体排 放角度考虑。另外，其价格也有竞争力。所以，近十年来很多国家建核电站的 积极性都有所增长。在欧盟，核能排在天然气之后，为第二能源。在北美，核 能增长3 5 ，是能源中增长最快的。在亚洲，核能增9 2 ，仅次于天然气。到 2 0 0 5 年，世界上用铀作为燃料的核电站供应的发电量为2 6 1 8t 、h ，占世界电力 的1 6 j 。其中，美国核电站的发电量为7 8 8 6 t 帆，占全国电力供应的2 0 ， 法国核电站的发电量为4 2 6 8 t w h ，占全国电力供应的7 8 ，俄罗斯核电站的 发电量为1 3 3 0 t w h ，占全国电力供应的1 6 ，我国核电站的发电量为4 7 8 t w h ， 占全国电力供应的2 2 。 1 1 2 铀矿开采对环境的影响 铀矿开采除了一般矿山所具有的对环境的影响外，还有它本身的特殊性， 就是矿石和“三废”都具有放射性危害。 矿山采冶活动产生的大气污染物主要是p m l o 和放射性氡气，其中p m l o 中的 污染物包括放射性核素、重金属和有机污染物等。这些大气颗粒污染物通过沉 降、大气扩散等方式对周围的环境造成污染：他们( 特别是粒径小于1 0 1 t m 的可 吸入颗粒物) 还易被人吸入体内从而对人的身体健康产生严重影响。从矿井中 排出的废水，一般含有铀、镭和铀系、钍系等放射性核素，他们随着废水直接排 出地表，直接对水体和土壤造成污染，并威胁到生物的生存和人们的健康。铀矿 产生的废石，由于含有一定量的铀和镭，不断释放出氡以及长寿命的放射性核素， 第1 章文献综述 这些长寿命的放射性核素通过再悬浮、风化、剥蚀、渗滤和地表水和暴雨的冲 刷等作用而迁移流动，将使污染进一步扩大，对生态环境造成更大范围的危害。 1 1 3 采样区的气象、水文，地貌特征 本区属中低山区，相对高差在1 1 0 0 米以上，最高峰相山海拔为1 2 1 8 7 米，位于本区中偏东部。它与它的北部东北部的燕窝山、苗蓬山以及西南的本 区第二高峰芙蓉山( 1 0 7 0 8 米) 连成北东向的骆驼形山脉，成为本区北西、南 东两大部分的分水岭。从分水岭向北西和南东方向，呈大致平行展布的山脉逐 渐降低，形成中低山一低山一丘陵的总体地貌形态。在中低山、低山区的山脉 之间，悬崖峭壁，沟谷深切，是地表径流和排泄地下水的良好场所。由于降雨 量集中和地形高差悬殊，因此在降雨集中的3 6 月份时有山洪爆发，咆哮的山 洪携带大量的泥土碎石，冲出山谷，溢出河床，成为本地风化、剥蚀、搬运最 强烈的季节。在分水领的北西侧，地形由高至低，坡度较缓，面积广阔，从西 南端至北东端，水系流向由北西向逐渐为北北西至北东向，并先后汇入经过本 区西部边缘的宝塘河，最后从北缘流出本区。在分水领南东侧，地形坡度陡峭， 面积狭窄，水系流向大都呈南东向，并先后流入经过本区的南缘和东部的相水， 最后也在北缘流出本区。分水领两侧的地表溪流，随着地形由陡变缓的总趋势， 溪流的沟谷呈现出由深变浅。由陡变缓，由直变曲的分布、形态特征。 区域范围内地下水主要有第四系空隙潜水、基岩风化带网状裂隙水和构造 裂隙水。其埋藏、分布均受地层岩性和构造控制，主要接受大气降水补给，以 泉的形式排泄于地表的山间河溪中。区域内第四系孔隙水和基岩风化裂隙水赋 存在浅部，富水性较弱；构造裂隙水分布在断裂构造带，局部具承压性。发育 的断裂裂隙构造是矿床地下水循环的主要通道，由于断裂构造的发育程度、裂 隙充填物性质和胶结程度的差异，其富水性变化较大。 矿区地处华南气候区与华中气候区的过度地带，属亚热带湿润性气候，气 候温和，雨量充沛，无霜期长，日照充足。平均年日照时数4 3 7 4 小时，年平均 太阳辐射量为1 0 6 0 2 8 2 千卡c m 2 ；年降雨量一般为1 6 0 0 - - 2 0 0 0 毫米，最低为8 4 1 7 毫米，最高达2 5 1 1 7 毫米，降雨主要集中在每年的3 6 月份，蒸发量低于降雨 量。年蒸发量最高达1 5 5 2 7 毫米，最低为1 2 4 4 0 毫米。历年的平均气温为1 8 ， 最高气温达4 1 5 。c ，最低气温为一8 1 ，一年中最炎热的月份在7 9 月，最寒 冷的月份在1 2 月。秋、冬季多偏北风，春、夏季以西南风为主，多年平均风 2 第1 章文献综述 速1 8 m s ，最大风力8 级以上。 1 1 4 采样点的布置 根据当地气象条件，周围地形状况，按照铀矿冶放射性样品布点、采样原 则，以该矿点为污染源，在其下风向布置采样点，各采样点布置情况如图1 1 。 图1 1 采样点分布图 1 2 放射性气溶胶的危害 铀矿开采主要分为地下开采和大规模露天开采。其对大气环境的影响主要 包括采矿产生的颗粒物和放射性核素的辐射。 1 2 1 放射性污染的危害 1 2 1 1 产生危害的原理和途径 放射线引起的生物效应，主要是使机体分子产生电离和激发，破坏生物机 3 第1 章文献综述 体的正常机能。这种作用可以是直接的，即射线直接作用于组成机体的蛋白质、 碳水化合物、酵素等而引起电离和激发，并使这些物质的原子结构发生变化， 引起人体生命过程的改变；也可以是间接的，即射线与机体内的水分子起作用， 产生强氧化剂和强还原剂，破坏有机体的正常物质代谢，引起机体系列反应，造 成生物效应。由于水占人体重量的7 0 左右，所以射线间接作用对人体健康的影 响比直接作用更大。应指出的是，射线对机体作用是综合性的( 直接作用加间接 作用) ，在同等条件下，内辐射( 例如氡的吸入) 要比外辐射( 例如丫射线) 危害更大 【l 】。大气和环境中的放射性物质，可经过呼吸道、消化道、皮肤、直接照射、 遗传等途径进入人体，一部分放射性核素进入生物循环，并经食物链进入人体。 放射性核素及其衰变产物进入人体的途径如图1 2 所示【2 1 。 图1 2 放射性核素及其衰变产物进入人体的途径 1 2 1 2 对人的影响 人和动物因不遵守防护规则而接受大剂量的放射线照射、吸入大气中放射 性微尘或摄入含放射性物质的水和食品，都有可能产生放射性疾病。放射病是 由于放射性损伤引起的一种全身性疾病，有急性和慢性2 种。前者因人体在短期 内受到大剂量放射线照射而引起，如核武器爆炸、核电站的泄漏等意外事故， 可产生神经系统症状( 如头痛、头晕、步态不稳等) 、消化系统症状( 如呕吐、 食欲减退等) ，骨髓造血抑制、血细胞明显下降、广泛性出血和感染等，严重患 者多数致死。后者因人体长期受到多次小剂量放射线照射引起，有头晕、头痛、 乏力、关节疼痛、记忆力减退、失眠、食欲不振、脱发和白细胞减少等症状， 4 第1 章文献综述 甚至有致癌和影响后代的危险。白血球减少是机体对放射性射线照射最为灵敏 的反应之一心3 。放射性辐射可诱发致癌机理目前有2 种假说：一是辐射诱发 机体细胞突变，从而使正常细胞向恶细胞转变；二是辐射可使细胞的环境发生 变化，从而有利于病毒的复制和病毒诱发恶性病变。除致癌效应外，辐射的晚期 效应还包括再生障碍性贫血、寿命缩短、白内障和视网膜发育异常。 1 2 1 3 铀对人体的危害 铀是天然放射性核素，其主要同位是铀_ 2 3 8 、铀2 3 5 、铀- 2 3 4 。三种丰度 分别为9 9 2 7 、0 7 1 4 、0 0 0 6 ，这三种铀同位素都是辐射源。 铀、钍是放射性的重金属，铀的损伤作用包括重金属的化学毒性作用和放 射性核素的辐射损伤作用两个方面。一般来说，可溶性的铀，其化学毒性的危 害是主要的，而难溶性铀在体内的危害主要与铀的放射性有关。难溶性铀化合 物经呼吸道吸入体内后，主要在肺中沉积，可达数年之久，造成肺部的辐射损 伤。在肺的损伤效应中最严重的是铀可能诱发肺癌。 铀进入人体后的毒性与其他化合物的形式、价态及进入途径有密切关系。 例如四价铀在水溶液中形成不溶性氢氧化物的阳离子，在体内发生水解形成放 射性胶体，大部分蓄积于肝脏内。六价铀化合物在体内与血液重碳酸盐及蛋白 质形成两种络合离子形式存在于肾和骨骼中。铀由食物、饮水、手等进入体内、 铀化合物在胄内呈铀酰离子( u o 。+ 2 ) 形式，在酸性条件下不易形成碳酸铀盐的络 合物。因此铀在胃内很难吸收。一般可溶性铀化合物的吸收率约为3 6 ，而 溶解性小的铀化合物仅为0 0 2 0 3 。不同价态的铀在体内的选择性分布是不同 的。六价铀主要蓄积在肾和骨内，少部分在肝内。而四价铀则在肝内蓄积相对 地多，在肾和骨内少些。吸入可溶性铀主要分布在骨和肾，而难溶性铀则主要 滞留于肺及支气管中【3 1 。六价铀以肾排除为主，而四价铀以肠排除较多。 1 2 2p m l o 颗粒物的危害 1 2 2 1p m l o 对环境的影响 1 2 2 1 1p m l o 对能见度的影响 自2 0 世纪7 0 年代以来，大气颗粒物对能见度的影响就一直是环保部门所 关心的问题之一。尽管在大气中只占很少的一部分，但颗粒物对城市大气化学 性质的影响可达9 9 。大量的研究表明，p m l o 和p m 2 5 的性质与能见度的降低 密切相关。能见度的降低主要是由于气体分子与颗粒物对光的吸收和散射能造 5 第1 章文献综述 成6 0 - 9 5 的能见度减弱。空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距( 极 限能见度) 为1 0 0 - - - 3 0 0 k m ( 具体数值与光的波长有关) 。在实际的大气中由于 颗粒物的存在，能见度一般远远低于这一数值：在极干净的大气中能见度可以达 到3 0 k m 以上：在城市污染大气中能见度在5 k m 左右甚至更低；在浓雾中能见 度只有几米。在大气气溶胶中，主要是粒径为0 1 岬1 0 1 t m 的颗粒物通过光的 散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度。 p m l o 和p m 2 5 对光的吸收效应通常是使能见度降低的第二大因素。而p m l o 和p m 2 5 对光的吸收几乎全部都是有炭黑( 也称元素碳) 和含有炭黑的颗粒引起 的。每年，世界上排放的炭黑的两占人为颗粒排放量的1 1 2 5 ，占全部颗 粒排放量的0 2 - - 1 0 。但是，他们的消光效应却是不可忽视的，因为煤烟的 总消光系数是透明颗粒的2 - - - 3 倍，所以大气中少量的煤烟颗粒就可以导致光强 降低很多。这些光吸收颗粒物可能会使某些地方的能见度降低一半以上，还可 形成烟雾而使城市呈褐色。根据气象局的资料，北京市市区的能见度在2 0 世纪 8 0 年代为十几k m ，而现在通常仅为2 - - - 3 k m 。在北京进行的研究表明，p m 2 5 与大气能见度线性相关系数高达0 9 6 。 1 2 2 1 2p m l o 对温度的影响 由于颗粒物的存在，直接阻挡太阳光抵达地球表面，这样使可见光的光学 厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降，从而使地面温度降低，高空的温 度增高。特别是直径在0 t - 5 1 t m 的颗粒，通过散射与吸收太阳与地球辐射在大 气能量平衡中起着重要作用。资料表吲4 1 ，当p m l o 浓度达l o o r t g m 3 时，到达地 面的紫外线减少7 5 ；当p m l o 为6 0 0 i - t g m 3 时，到达地面的紫外线减少4 2 7 - 当p m l o 为1 0 0 0 p , g m 3 时，到达地面的紫外线减少6 0 。 1 2 2 2p m l o 对人体健康的危害 在五大洲至少3 5 个不同国家和地区进行的研究表明，空气中颗粒物的水平 与人体健康存在着一定的关系。由于p m ，o 更易于进入人体，在环境中滞留时间 更长，以及吸附的重金属和有毒有害的物质较多，因而对人体的危害也更大。 国外进行的大量有关p m l o 的流行病学研究表明【”，可吸入颗粒物浓度的增加与 疾病发病率、死亡率密切相关，尤其是呼吸系统疾病及心肺疾病。 目前已知的可吸入颗粒物对人体的危害主要包括以下几方面： 6 第1 章文献综述 1 2 2 2 1 呼吸系统 大量研究发现，大气中p m l o 浓度的上升容易引起上呼吸道感染，使鼻炎、 慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等呼吸系统疾病恶化。 p m l o 每增加1 0 0 9 9 m 3 ，成人男女感冒咳嗽的发生率分别升高4 8 1 和4 4 8 。 同时，成年男性患支气管炎的比率增加5 1 3 l6 1 。n o r r i s 等发现西雅图城市儿童 哮喘急诊人数与细颗粒物( 粒径小于l t t m ) 的污染水平显著相关，当细颗粒物 浓度上升1 l g g m 3 时，急诊人数增加的相对危险度( r r ) = 1 1 5 ( 1 0 8 - - - - 1 2 3 ) 【7 1 。 另外，过多的可吸入颗粒物的沉积会损害肺部呼吸氧气的能力，使肺泡中巨噬 细胞的吞噬功能和生存能力下降，导致肺部排除污染物的能力降低。空气中p m l o 每增加1 0 9 9 m 3 ，肺功能下降l 纠8 1 。1 9 9 4 年，国家环保总局与美国国家环保局 合作开展饿了一项“大气污染对人体呼吸健康影响研究”的课题，通过对广州、武 汉、兰州、重庆4 个城市几年的跟踪调查，数据表明，大气颗粒物浓度( 尤其 是小颗粒物) 与儿童肺功能异常率存在有明显的相关性【9 1 。 颗粒物的粒径分布与其在呼吸道内的沉积、滞留和消除密切相关。一般而 言，直径为2 5 - 1 0 9 m 之间的大部分粒子被阻留在鼻腔或口腔内，在鼻腔内的 高沉积可能导致上呼吸道疾病，如鼻窦炎、过敏症等等。小于2 5 t t m 的粒子主 要沉积于气管和肺部( 尤其是后者) ，沉积在肺部的粒子一般能存留数周至数年， 因此其对人体健康的影响是持续的，危害更大。 1 2 2 2 2 对心血管疾病的影响 由颗粒物引起的心脏自主神经系统在心率、心率变异、血粘度等方面的改 变能增加突发心肌梗死的危险。人暴露在高浓度p m 2 5 中，会增加血液的粘稠度， 从而引起血栓。c o s t a i l o 】的研究指出，可吸入颗粒物对健康的影响在中年以上和 已患心脏疾病的人群中表现得较为明显，认为可吸入颗粒物是引起心脏病的因 子之一。z a n o b e t t i 等【1 l 】人的研究发现有呼吸系统疾病并受可吸入颗粒物影响的 心血管病人，其住院率比较高。 1 2 2 2 3 生殖系统 通常认为，大气颗粒物的污染与人类生殖功能的改变显著相关。学多研究 发现大气颗粒物的浓度与早产儿、新生儿死亡率的上升，低出生体重、宫内发 育迟缓( i u r g ) 及先天功能缺陷具有显著统计学相关性，最新研究指出大气颗 粒物对生殖系统的影响不仅表现为造成胎儿出生时形态畸形，而且会导致一些 7 第1 章文献综述 细微的功能缺陷，而影响其一生。由于一些具有潜在毒性的元素，如铅、镉、 镍、锰、钒、溴、锌和苯并芘( p a h s ) ，主要吸附在直径小于2 5 1 t t m 的颗粒物上， 而这些小颗粒物易沉积于肺泡区，容易被吸入血液，故细颗粒物的吸入对生殖 系统饿影响不容忽视。d e j e m k 等i l2 j 对波希米亚北部的一组孕妇进行研究发现， 对于高浓度的p m 2 5 暴露( 3 7 9 9 m 3 ) ，孕妇出现i u r g 的几率为2 1 l ( 1 2 0 - 3 7 0 ) ，表明高浓度的细颗粒物污染可能会影响胚胎的发育。 1 2 2 2 4 神经系统 在城市中的可吸入颗粒物，许多是由机动车尾气产生的。含铅汽油燃烧后 生成的铅化物( 含氧化铅、碳酸铅) 扩散到大气中，随呼吸道进入人体而影响 身体健康。研究表明，铅对人体神经系统有明显的损害作用，可影响儿童智力 的正常发育。母体接触铅污染后，后代可以出现神经系统发育异常。小于l l a m 的含铅颗粒物在肺内沉积后，极易进入血液系统，大部分与红细胞结合，小部 分形成铅的磷酸盐和甘油磷酸盐，然后进入肝、肾、肺和脑，几周后进入骨内， 导致高级神经系统紊乱和器官调节是能，表现为头疼、头晕、嗜睡和狂躁严重 的中毒性脑病。 1 2 2 2 5 具有致癌、致突变、致残作用 石油、煤等化石燃料及木材、烟草等有机物在不完全燃烧过程中会产生多 环芳烃( p a h s ) ，排放的p a h s 可直接进入大气，并吸附在颗粒物上，特别是直 径小于2 5 1 a m 的细颗粒物上。由于p a h s 具有致癌、致突变、致残作用，因此对 人体健康危害极大，其中代表吴苯并( a ) 芘( b a p ) 是最具致癌性的物质，能 诱发皮肤癌、肺癌和胃癌。另外，空气中的p a h s 可以和0 3 、h n 0 3 等反应，转 化成致癌或诱变作用更强的化合物，从而对人体健康构成威胁。 1 2 2 2 6 增加死亡率 虽然对于健康人而言，p m l o 不是直接的致死因素，但是却可以导致患有心 血管病、呼吸系统疾病和其他疾病的敏感体质患者的死亡。据报道，仅p m l o 就 导致美国每年6 万人和英国每年1 万人的死亡【1 3 】【14 1 。在美国犹他谷进行的p m l o 流行病学研究表明，p m l o 日均质量浓度增加5 0 9 9 m 3 ，死亡率平均增加4 - - 5 。 p m l o 超过1 0 0 9 9 m 3 时，死亡率比p m l o 小于5 0 i t g m 3 时平均高出1 1 【1 5 】。据o s t r o 等在泰国曼谷的研究，当p m l o 日平均增加1 0 l a g m 3 时，总死亡率增加1 - - 2 ， 其中呼吸道疾病死亡率增加3 6 ，心血管疾病死亡率增加1 - 2 【 6 1 。 8 第1 章文献综述 由于许多人体具有潜在危害的物质，如算、重金属、p a h s 等，主要集中在 p m 2 5 上，因此，可认为大气中p m 2 5 浓度的增加会导致发病率和死亡率的增加。 s c h w a r t zj 等的研究发现【1 7 】，p m 2 5 平均每日增加1 0 9 9 m 3 ，总死亡率增加1 5 。 其中，顽固性肺病死亡率增加3 3 ，局部缺血性心脏病死亡率增加2 1 。在欧 美国家的流行病学研究表明【l8 1 ，医院哮喘病发病率、进医院的人数以及死亡人 数都会随大气中的p m l o 浓度的增加而增加。 综上所述，p m l o 对人类健康有着明显的直接危害作用，可引起机体呼吸系 统、心脏及血液系统、生殖系统和内分泌系统等广泛的损伤。但到目前为止， p m l o 对人体健康影响的作用机理还不十分清楚。因此，有关p m l o 对人体的致病 机制还有待于进一步研究。 1 3 研究进展 1 3 1 铀矿尘的毒作用研究进展 铀矿尘是以游离二氧化硅( s i 0 2 ) 为主的混合性粉尘，是铀矿勘探开采的主要 职业性有害因素。它的组成包括( 1 ) 非放射性的硅尘。它是铀矿尘的主要组成部 分( 2 ) 放射性粉尘和凝聚核。铀矿尘含有天然铀及其衰变产物如镭、针等核素， 镭衰变可产生氡，铀矿尘的电离辐射主要来自于氡及其子体衰变产生的a 射线。 现在的研究认为铀矿尘中射线和矽尘具有联合作用，不仅可引起肺部纤维 化，而且有一定的遗传毒性，可使肺癌发生率增高【1 9 】。在肺部病变的发生发展 过程中，还伴随着肺局部和机体的免疫功能异影2 0 1 ，还可能引起全身毒性。 1 3 1 1 铀矿尘与肺部纤维化 铀矿工矽肺是长期大量吸入铀矿尘所致的慢性肺部纤维增生性疾病，具有 一般矽肺的基本病理特征，表现为早期的外源性巨噬细胞性肺泡炎和相继出现 的尘细胞性肉芽肿( 或结节) ，晚期为不同程度的纤维化。y a n g 等【2 l 】调查发现铀 矿粉尘接尘史的矽肺病例平均发病年龄3 6 7 4 岁，平均发病工龄7 4 7 岁，短于有 其他非铀矿粉尘接尘史的混合接尘矽肺病例。铀矿工矽肺发病时的肺内石英粉 尘负荷量低于铝矿工、锑矿工和煤矿工。在接尘工龄或和肺内石英粉尘负荷量 相同时，铀矿工的矽肺患病率都居首位。铀矿尘可诱导肺部细胞产生脂质过氧 化作用、分泌炎性细胞因子以及致纤维化因子最终导致肺部纤维化。 9 第1 章文献综述 1 3 1 2 铀矿尘的遗传毒性 国际癌症研究机构( i a r c ) 于1 9 8 7 年将氧列为人类致癌物，1 9 9 6 年将石英由 动物致癌物升级为人类致癌物，氡与石英的联合作用将使癌症发生率增高。随 着铀矿开采业的不断发展，铀矿工肺癌己有许多报道，国内外的许多研究均证 实铀矿肺癌高发且与氡子体暴露量有关。 t o m a s e k 等【2 2 】对波希米亚4 3 2 0 例铀矿工平均追踪2 5 年，结果表明与氡相关 肺癌增加4 倍，而肺癌之外所有癌症的观察死亡数与预期数相比，仅轻微增加。 i a l ( 【2 3 】等对安大略铀矿工肺癌死亡率研究认为，铀矿工肺癌死亡率要高于安 大略总的男性人中肺癌死亡率，其原因显然与短寿命氡子体暴露有关，增加的 相对危险在暴露后5 1 4 年最高。g i l l i l a n d 等】调查发现铀矿工人患肺癌的相对 危险度为2 8 6 ，吸烟对铀矿发生肺癌的影响不大。温晋爱等【2 5 】对湖南a 铀矿矿工 死亡原因的调查结果显示，肺癌的标准化死亡i ：l ( s m r ) 显著升高，其与氡及其 子体累积暴露量之间的趋势检验具有统计学差异显著性，肺癌的超额相对 危险( e r r ) 系数为2 0 8 w l m 。多因素分析显示矽尘和肺癌之间有剂量依赖性。 对2 3 个矽尘和肺癌研究i 拘m e t a - a n a l y s i s 发现相对危险度为2 2 t 2 引。 1 3 1 3 铀矿尘的其它毒性作用 1 3 1 3 1 致自身免疫性疾病 相当多的矽肺病人报告有免疫功能紊乱，如出现抗核抗体和自身免疫性疾 病。其发病机理并不十分清楚，但国内