影响大气中污染物浓度的因素.ppt

第三章大气卫生 第一节大气的特征及其卫生学意义 一 大气的结构 P4 对流层对流层 troposphere 是大气圈中最靠近地面的一层 平均厚度约12km 对流层集中了占大气总质量75 的空气和几乎全部的水蒸汽量 是天气变化最复杂的层次 该层的特点有 气温随着高度的增加而降低 这是由于对流层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量 但能吸收地面反射的能量所致 空气具有强烈的对流运动 近地表的空气接受地面的热辐射后温度升高 与高空的冷空气形成垂直对流 人类活动排入大气的污染物绝大多数在对流层聚集 因此 对流层的状况对人类生活的影响最大 与人类关系最密切 一 大气的结构 P5 平流层平流层 stratosphere 位于对流层之上 其上界伸展至约55km处 在平流层的上层 即30 35km以上 温度随高度升高而升高 在30 35km以下 温度随高度的增加而变化不大 气温趋于稳定 故该亚层又称为同温层 isothermallayer 平流层的特点是空气气流以水平运动为主 在高约15 35km处有厚约20km的臭氧层 其分布有季节性变动 臭氧层能吸收太阳的短波紫外线和宇宙射线 使地球上的生物免受这些射线的危害 能够生存繁衍 一 大气的结构 二 大气的组成 自然状态下的大气是由混合气体 水汽和气溶胶 aerosol 组成 除去水汽和气溶胶的空气称为干洁空气 气溶胶 大气气溶胶是液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系 自然状态下的大气气溶胶主要来源于岩石的风化 火山爆发 宇宙落物以及海水溅沫等 它的含量 种类以及化学成分都是变化的 根据形成过程 对能见度的影响以及颜色的差异等 气溶胶可分为轻雾 mist 浓雾 fog 霾 haze 粉尘 dust 烟气 fume 烟 smoke 烟雾 smog 和烟炱 soot 等 二 大气的组成 二 大气的组成 P9 三 大气的物理性状 太阳辐射气象条件空气离子 P10 太阳辐射太阳辐射 solarradiation 是产生各种天气现象的根本原因 同时也是地表上光和热的源泉 紫外线具有色素沉着 红斑 抗佝偻病 杀菌和免疫增强作用 过强的紫外线可致日光性皮炎和光电性眼炎 甚至皮肤癌等 紫外线还与大气中的某些二次污染物形成有关 例如光化学烟雾和硫酸雾等 可见光综合作用于机体的高级神经系统 能提高视觉和代谢能力 平衡兴奋和镇静作用 提高情绪与工作效率 是生物生存的必须条件 红外线的生物学作用基础是热效应 适量的红外线可促进人体新陈代谢和细胞增生 具有消炎和镇静作用 过强则可引起日射病和红外线白内障等 三 大气的物理性状 P11 气象因素气象因素与太阳辐射综合作用于机体 对机体的冷热感觉 体温调节 心血管功能 神经功能 免疫功能和新陈代谢功能有调节作用 如果气候条件变化过于激烈 超过人体的代偿能力 例如酷暑 严寒和暴风雨等 可使机体代偿能力失调 引起心血管疾病 呼吸系统疾病和关节病等 并与居民的超额死亡有关 患者主要是心脑血管疾病的病人和65岁以上的老人 三 大气的物理性状 P12 空气离子大气中带电荷的物质统称为空气离子 根据空气离子的大小以及运动速度对其分类 近地表大气中存在的空气离子有轻离子 lightions 和重离子 heavyions 两类 轻离子与空气中的悬浮颗粒或水滴结合 形成重离子 因此 新鲜的清洁空气中轻离子浓度高 而污染的空气中轻离子浓度低 空气中重离子数与轻离子数之比 50时 则空气较为清洁 三 大气的物理性状 P13 一般认为 空气阴离子对机体具有镇静 催眠 镇痛 镇咳 降压等作用 而阳离子作用则相反 可引起失眠 头痛 烦躁 血压升高等 海滨 森林 瀑布附近等环境中 大气中阴离子含量较多 有利于机体健康 三 大气的物理性状 第二节大气污染及大气污染物的转归 P15 一 大气污染的来源 天然污染 naturalpollution 火山爆发 森林火灾等人为污染 anthropogenicpollution 工农业生产生活炉灶和采暖锅炉交通运输其他 P16 工农业生产各种工业企业是大气污染的主要来源 也是大气卫生防护的重点 工业企业排放的污染物主要来源于燃料的燃烧和工业生产过程 据统计 2005年 我国二氧化硫排放量为2549 3万吨 其中 工业排放量为2168 4万吨 生活排放量为380 9万吨 烟尘排放量为1182 5万吨 其中 工业排放量为948 9万吨 生活排放量为233 6万吨 工业粉尘排放量为911 2万吨 农业生产中化肥的施用 农药的喷洒以及秸杆的焚烧也会造成大气的污染 一 大气污染的来源 P17 工业生产 燃料的燃烧工业生产过程的排放 一 大气污染的来源 P18 燃料的燃烧这是大气污染的主要来源 目前我国的主要工业燃料是煤 其次是石油 用煤量最大的是火力发电站 冶金 化工 机械 轻工和建材等部门 它们的用煤量占总消耗量的70 以上 煤的主要杂质是硫化物 此外还有氟 砷 钙 铁 镉等化合物 石油的主要杂质是硫化物和氮化物 其中也含少量的有机金属化合物 燃料所含杂质与其产地有关 我国煤中硫的含量一般在0 2 4 0 但是重庆地区所产煤的硫含量高达8 我国石油的含硫量一般在0 1 0 8 而中东地区的一般为1 5 2 5 有的甚至高达4 以上 一 大气污染的来源 P19 燃料燃烧时产生的污染物的种类和排放量除与燃料中所含的杂质种类和含量有关外 还受燃料的燃烧状态影响 燃料燃烧完全时的主要污染物是CO2 SO2 NO2 水汽和灰分 燃烧不完全时 则会产生CO 硫氧化物 氮氧化物 醛类 碳粒 多环芳烃等 一 大气污染的来源 P20 工业生产过程的排放由原材料到产品 工业生产的各个环节都可能有污染物排放出来 污染物的种类与原料种类及其生产工艺有关 一 大气污染的来源 P21 生活炉灶和采暖锅炉采暖锅炉以煤或石油产品为燃料 是采暖季节大气污染的重要原因 生活炉灶使用的燃料有煤 液化石油气 煤气和天然气 如果燃烧设备效率低 燃烧不完全 烟囱高度低或无烟囱 可造成大量污染物低空排放 在采暖季节 各种燃煤小炉灶是居民区大气污染的重要来源 一 大气污染的来源 P22 交通运输主要是指飞机 汽车 火车 轮船和摩托车等交通运输工具排放的污染物 目前这些交通工具的主要燃料是汽油 柴油等石油制品 燃烧后能产生大量的颗粒物 NOX CO 多环芳烃和醛类 改革开放以来 我国机动车数量每年以12 24 的速度递增 预计到2008年 北京市的机动车保有量将增加到350万辆 随着机动车数量的增加 汽车尾气排放已经成为我国许多大城市中大气污染的主要来源之一 据测算 北京市大气中74 的HCs 63 的CO 50 的NOX来自机动车尾气污染 一 大气污染的来源 P23 其他地面尘土飞扬或土壤及固体废弃物被大风刮起 均可将铅 农药等化学性污染物以及结核杆菌 粪链球菌等生物性污染物转入大气 水体和土壤中的挥发性化合物也易进入大气 车辆轮胎与沥青路面摩擦可以扬起多环芳烃和石棉 意外事件 例如工厂爆炸 火灾 核泄漏均能严重污染大气 这类事件虽然少见 但是危害严重 另外 火葬场 垃圾焚烧炉产生的废气也可以影响大气环境 一 大气污染的来源 P24 大气污染物按其属性 一般分为物理性 如噪声 电离辐射 电磁辐射等 化学性和生物性 经空气传播的病原微生物和植物花粉等 三类 其中以化学性污染物种类最多 污染范围最广 根据污染物在大气中的存在状态 可将其分为气态和气溶胶 大气气溶胶体系中分散的各种微粒常常也被称作大气颗粒物 particulatematter 二 大气污染物的种类 P25 气态污染物气态污染物包括气体和蒸汽 气体是某些物质在常温 常压下所形成的气态形式 蒸汽是某些固态或液态物质受热后 引起固体升华或液体挥发而形成的气态物质如汞蒸汽等 气态污染物主要可分为以下5类 1 含硫化合物主要有SO2 SO3和H2S等 其中SO2的数量最大 危害也最严重 2 含氮化合物主要有NO NO2和NH3等 3 碳氧化合物主要是CO和CO2 4 碳氢化合物包括烃类 醇类 酮类 酯类以及胺类 5 卤素化合物主要是含氯和含氟化合物 如HCl HF和SiF4等 二 大气污染物的种类 P26 大气颗粒物 粒径是颗粒物的最重要的性质 它反映了颗粒物来源的本质 并可影响光散射性质和气候效应 颗粒物的许多性质如体积 质量和沉降速度都与颗粒物的大小有关 实际的颗粒物由于来源和形成条件不同 其形状是多种多样的 有球形 菱形 方形等等 二 大气污染物的种类 P27 在实际工作中常使用空气动力学等效直径 Dp 来表示颗粒物的大小 在气流中 如果所研究的颗粒物与一个有单位密度的球形颗粒物的空气动力学效应相同 则这个球形颗粒物的直径就定义为所研究颗粒物的Dp 这种表示法可以直接表达出颗粒物在空气中的停留时间 沉降速度 进入呼吸道的可能性以及在呼吸道的沉积部位等 二 大气污染物的种类 P28 大气颗粒物按粒径可分为 1 总悬浮颗粒物 totalsuspendedparticulates TSP 是指粒径 100 m的颗粒物 包括液体 固体或者液体和固体结合存在的 并悬浮在空气介质中的颗粒 2 可吸入颗粒物 inhalableparticle IP thoracicparticulatematter PM10 指空气动力学直径 10 m的颗粒物 因其能进入人体呼吸道而命名之 又因其能够长期漂浮在空气中 也被称为飘尘 suspendeddusts 3 细颗粒物 fineparticle fineparticulatematter PM2 5 是指空气动力学直径 2 5 m的细颗粒 它在空气中悬浮的时间更长 易于滞留在终末细支气管和肺泡中 其中某些较细的组分还可穿透肺泡进入血液 PM2 5更易于吸附各种有毒的有机物和重金属元素 对健康的危害极大 4 超细颗粒物 ultrafineparticle 指粒径 0 1 m的大气颗粒物 城市环境中 人为来源的PM0 1主要来自汽车尾气 PM0 1有直接排放到大气的 也有排放出的气态污染物经日光紫外线作用或其他化学反应转化后二次生成的 PM0 1的健康影响受到日益广泛的关注 P29 大气污染物按其形成过程可分为一次大气污染物 primaryairpollutants 二次大气污染物 secondaryairpollutants P30 一次大气污染物由污染源直接排入大气环境中 其物理和化学性质均未发生变化的污染物称为一次大气污染物 这些污染物包括从各种排放源排出的气体 蒸汽和颗粒物 如SO2 CO NO 颗粒物 碳氢化合物等 二 大气污染物的种类 P31 二次污染物排入大气的污染物在物理 化学等因素的作用下发生变化 或与环境中的其他物质发生反应所形成的理化性质不同于一次污染物的新的 毒性更大的污染物 称为二次污染物 常见的有SO2在环境中氧化遇水形成的硫酸 汽车尾气中的氮氧化物 NOX 和挥发性有机物 VOCs 在日光紫外线的照射下 经过一系列的光化学反应生成的臭氧 醛类以及各种过氧酰基硝酸酯 peroxyacylnitrate PAN 一般来说 二次污染物对环境和人体的危害要比一次污染物大 二 大气污染物的种类 P32 三 影响大气中污染物浓度的因素 污染源的排放情况气象因素地形 P33 污染源的排放情况 排放量与污染源的距离排出高度 三 影响大气中污染物浓度的因素 P34 排放量污染物的排放量是决定大气污染程度的最基本的因素 燃料燃烧产生的污染物排放量与燃料的种类 消耗量 燃烧方式 燃烧是否充分有关 工业企业污染物的排放量受工业企业的数量 生产性质 生产规模 工艺过程 净化设备及其效率的影响 三 影响大气中污染物浓度的因素 P35 与污染源的距离有组织排放时 烟气自烟囱排出后 向下风侧逐渐扩散稀释 然后接触地面 接触地面的点被称为烟波着陆点 一般认为有害气体的烟波着陆点是烟囱有效排出高度的10 20倍 颗粒物的着陆点更接近烟囱 近地面的大气中污染物的浓度以烟波着陆点最大 下风侧大气污染物的浓度随着距离的增加而下降 在烟波着陆点和烟囱之间的区域常没有明显的污染 无组织排放扩散的距离较短 距污染源越近 大气中污染物浓度越高 三 影响大气中污染物浓度的因素 P36 排出高度排出高度指污染物通过烟囱等排放时烟囱的有效排出高度 effectiveheightofemission 即烟囱本身的高度和烟气抬升高度之和 可以用烟波中心轴到地面的距离表示 在其他条件相同时 排出高度越高 烟波断面越大 污染物的稀释程度就越大 烟波着陆点的浓度就越低 一般认为 污染源下风侧的污染物最高浓度与烟波的有效排出高度的平方成反比 即有效排出高度每增加一倍 烟波着陆点处断面污染物的浓度可降至原来的1 4 三 影响大气中污染物浓度的因素 P37 三 影响大气中污染物浓度的因素 P38 气象因素 风和湍流温度层结气压气湿 三 影响大气中污染物浓度的因素 P39 风和湍流一般将空气的水平运动称为风 风向是指风吹来的方向 在不同时刻有着相应的风向和风速 将一定时期内各个风向出现的频率按比例标在罗盘坐标上 可以绘制成风向频率图 风玫瑰图 windrose 风向频率图能够反映某地区一定时期内的主导风向 从而能够指示该地区受某一污染源影响的主要方位 全年污染以全年主导风向的下风向地区污染最严重 瞬时间污染以排污当时的下风向地区受影响最大 风速决定了大气污染物稀释的程度和扩散范围 随着风速的增大 单位时间内从污染源排放出的污染物气团被很快地拉长 这时混入的空气量越大 则污染物的浓度越低 在其他条件不变的情况下 污染物浓度与风速成反比 三 影响大气中污染物浓度的因素 P40 风速时大时小 并在主导风向的下风向上下 左右出现无规则的摆动 风的这种不规则运动称为大气湍流 atmosphericturbulence 其产生与垂直气温的变化和大气中气团间的摩擦作用引起的短暂性紊乱有关 因此 垂直温度递减率大 风速高 地面起伏程度大 则湍流运动就强 湍流运动使气体充分混合 有利于污染物的稀释和扩散 三 影响大气中污染物浓度的因素 P41 温度层结 temperaturegradient 温度层结即气温的垂直梯度 它决定大气的稳定程度 影响大气湍流的强弱 稳定的垂直梯度易造成湍流抑制 使大气扩散不畅 垂直梯度不稳定时 由于热力作用湍流加强 大气扩散增强 因此 气温的垂直梯度与污染物的稀释和扩散密切相关 三 影响大气中污染物浓度的因素 P42 大气温度垂直递减率 在标准大气条件下 对流层内气温是随高度的增加而逐渐降低的 大气温度的这种垂直变化常用大气温度垂直递减率 来表示 它的定义为 高度每增加100m气温下降的度数 通常为0 65 三 影响大气中污染物浓度的因素 P43 近地层大气的实际情况非常复杂 各种气象条件均可影响到气温的垂直分布 实际上气温的垂直分布可出现下述三种情况 气温随高度递减 此情况一般出现在晴朗的白天 风速小时 地面受太阳的辐射后 近地空气增温较快 热量缓慢向高层传递 形成气温下高上低 此时 0 空气的垂直对流良好 气温随高度递增 例如在无风 少云的夜晚 夜间地面无热量吸收 但同时不断通过辐射失去热量而冷却 近地空气也随之冷却 这样气层不断由下向上冷却 形成气温下低上高 这种大气温度随着距地面高度的增加而增加的现象称为逆温 temperatureinversion 此时 0 气温不随高度变化 多见于多云天或阴天 风速较大时 由于云层反射 白天到达地面的太阳辐射减少 地面增温不显著 夜间时 云层的存在增强了大气的逆辐射 地面冷却不明显 风速较大加剧了上下气层的交换 空气得到充分混合 因此 上述情况下气温随高度的变化不明显 此时 0 三 影响大气中污染物浓度的因素 P44 大气稳定度 atmosphericstability 大气稳定度表示气体垂直运动的程度 大气中作垂直运动的气团 因向外膨胀或受外界压力影响产生的温度变化 要比与外界交换能量所起的温度变化大得多 可以认为是绝热变化 空气垂直移动过程中因气压变化而发生温度的绝热变化常用气块干绝热垂直递减率 d 来表示 干燥空气的 d为0 986 100m 即每上升100m 温度下降0 986 P45 大气的稳定程度与大气垂直温度递减率 的绝对值及其与 d的相对值有关 在实际情况下 由于太阳辐射和其他各种气象因素的影响 是经常发生变化的 当 d时 大气处于不稳定状态 有利于空气垂直对流 大气中的污染物容易扩散 当 d时 大气处于稳定状态 空气垂直对流弱 大气中的污染物扩散极差 当 d时 大气处于中性状态 空气垂直对流不剧烈 大气中的污染物可以扩散 但是不充分 三 影响大气中污染物浓度的因素 P46 气压气压的高低与海拔高度 地理纬度和空气温度等有关 当地面受低压控制时 四周高压气团流向中心 中心的空气上升 形成上升的气流 此时多为大风和多云的天气 大气呈中性或不稳定状态 有利于污染物的扩散和稀释 反之 当地面受高压控制时 中心部位的空气向周围下降 呈顺时针方向旋转 形成反气旋 此时天气晴朗 风速小 出现逆温层 阻止污染物向上扩散 三 影响大气中污染物浓度的因素 P47 气湿即大气中含水的程度 通常用相对湿度 表示 空气中水分多 气湿大时 大气中的颗粒物质因吸收更多的水份使重量增加 运动速度减慢 气温低的时候还可以形成雾 影响污染物的扩散速度 使局部污染加重 当水溶性气体如SO2污染存在时 湿度较高将促进酸雨的形成 三 影响大气中污染物浓度的因素 P48 地形地形可以影响局部的气象条件 从而影响当地大气污染物的稀释和扩散 山谷的地形特点容易形成上述地形逆温 不利于污染物的扩散 城市的高大建筑物间尤如峡谷 可以阻碍近地面空气污染物的扩散 三 影响大气中污染物浓度的因素 P49 热岛现象人口密集的城市热量散发远远大于郊区 结果造成城区气温较高 往郊外方向气温逐渐降低 如果在地图上绘制等温图 城区的高温部就像浮在海面上的岛屿 称为热岛 heatisland 现象 在这种情况下 城市的热空气上升 四周郊区的冷空气补充 可把郊区排放的污染物引入城市 造成市区的大气污染 照明器具 家电 办公设备使用时产生的热量 机动车发动机 空调以及尾气散发的热量 混凝土建筑 沥青路面日照后的散热以及城市绿地减少等导致热岛现象的形成 三 影响大气中污染物浓度的因素 四 大气污染物的转归 P51 大气污染物的自净大气的自净是指大气中的污染物在物理 化学和生物学作用下 逐渐减少到无害程度或者消失的过程 主要有以下几种方式 1 扩散和沉降是大气污染物净化的主要方式 扩散一方面能将污染物稀释 另一方面可以将部分污染物转移出去 污染物也可依靠本身的重力 从空气中逐渐降落到水 土壤等环境介质中 2 发生氧化和中和反应例如 CO可以被氧化为CO2 SO2可以与氨或其他碱性灰尘发生中和反应 3 被植物吸附和吸收有些植物能吸收大气污染物 从而净化空气 例如 每平方米的樱树叶片可吸收180mgNO2 樟树叶片对氟的富集可达2636mg kg 四 大气污染物的转归 P52 大气污染物的转移1 向下风侧更远的方向转移 2 向平流层转移氯氟烃 甲烷 NO和CO2等气体可以垂直上升至平流层 还可以被超音速飞机直接带入平流层 3 向其他环境介质中转移例如酸雨可以直接降落到土壤和地面水体 四 大气污染物的转归 P53 形成二次大气污染和二次大气污染物有些大气污染物转移到其他环境介质后 在某些条件下仍可回到大气环境 造成二次大气污染 例如 由汽车尾气排入大气的铅可随尘土降落在公路两旁 遇大风天时 铅尘可被刮起 再次进入大气 大气中的一次大气污染物还可以转化成二次大气污染物 例如 SO2和NO2转化为硫酸雾和硝酸雾 挥发性有机物和NO2转化为光化学烟雾 四 大气污染物的转归 第三节大气污染对人体健康的影响 P55 一 大气污染对健康的直接危害 P56 急性危害大气污染物的浓度在短期内急剧升高 可使当地人群因吸入大量的污染物而引起急性中毒 按其形成的原因可以分为烟雾事件和生产事故 一 大气污染对健康的直接危害 P57 烟雾事件 煤烟型烟雾事件光化学烟雾事件 一 大气污染对健康的直接危害 P58 煤烟型烟雾 coalsmog 事件主要由燃煤产生的大量污染物排入大气 在不良气象条件下不能充分扩散所致 自19世纪末开始 世界各地曾经发生过许多起大的烟雾事件 一 大气污染对健康的直接危害 P59 一 大气污染对健康的直接危害 P60 光化学型烟雾 photochemicalsmog 事件是由汽车尾气中的氮氧化物 NOX 和挥发性有机物 VOCs 在日光紫外线的照射下 经过一系列的光化学反应生成的刺激性很强的浅蓝色烟雾所致 其主要成分是臭氧 醛类以及各种过氧酰基硝酸酯 peroxyacylnitrates PANs 这些通称为光化学氧化剂 photochemicaloxidants 其中 臭氧约占90 以上 PANs约占10 其他物质的比例很小 PANs中主要是过氧乙酰硝酸酯 PAN 其次是过氧苯酰硝酸酯 PBN 和过氧丙酰硝酸酯 PPN 等 醛类化合物主要有甲醛 乙醛 丙烯醛等 一 大气污染对健康的直接危害 P61 一 大气污染对健康的直接危害 P62 事故性排放引发的急性中毒事件事故造成的大气污染急性中毒事件一旦发生后果通常十分严重 近年发生的代表性事件有印度博帕尔毒气泄漏事件 切尔诺贝利核电站爆炸事件 我国重庆开县的天然气井喷事件等 一 大气污染对健康的直接危害 P63 印度博帕尔 Bhopal 毒气泄漏事件博帕尔是印度中央邦的首府 人口80多万 美国联合碳化物公司博帕尔农药厂建在该市的北部人口稠密区 工厂设备年久失修 1984年12月2日深夜和3日凌晨 该厂的一个储料罐进水 罐中的化学原料发生剧烈的化学反应 储料罐爆炸 41吨异氰酸甲酯泄漏到居民区 酿成迄今世界最大的化学污染事件 一 大气污染对健康的直接危害 P64 前苏联切尔诺贝利 Chernobly 核电站爆炸事件1986年4月26日凌晨1时许 前苏联切尔诺贝利核电站发生爆炸 造成自1945年日本广岛 长崎遭原子弹袭击以来世界上最为严重的核污染 反应堆放出的核裂变产物主要有131I 103Ru 137Cs以及少量的60Co 周围环境中的放射剂量达200R h 为人体允许剂量的2万倍 此次核事故造成13万居民急性暴露 31人死亡 233人受伤 经济损失达35亿美元 这些放射性污染物随着当时的东南风飘向北欧上空 污染北欧各国大气 继而扩散范围更广 3年后的调查发现 距核电站80km的地区 皮肤癌 舌癌 口腔癌及其他癌症患者增多 儿童甲状腺病患者剧增 畸形家畜也增多 在事故发生时的下风向 受害人群更多 更严重 一 大气污染对健康的直接危害 我国重庆市开县12 23特大天然气井喷事件 开县位于重庆市东北部 拥有极其丰富的天然气储量 2003年12月23日21时55分 位于开县高桥镇晓阳村境内的中石油天然气井 罗家16H 井发生井喷 大量富含硫化氢的天然气喷涌而出 失控的有毒气体随空气迅速大面积扩散 使附近空气中硫化氢浓度急剧升高 造成附近居民大量中毒和死亡以及巨大财产损失 一 大气污染对健康的直接危害 在井喷井周围1平方公里内的山坡上 附近居民饲养的家禽 家畜全部死亡 附近的野生动物如老鼠 野兔等全部死亡 甚至栖息在其附近的飞鸟也基本难逃劫难 据事件后的统计 开县高桥镇及其附近的麻柳乡 正坝镇 天和乡4个乡镇 30个村的9 3万人受灾 疏散转移居民6 5万人 累计门诊治疗中毒者27011人次 住院治疗2142人次 243人死亡 中毒者主要表现为眼部和呼吸道刺激症状以及头昏 头痛 失眠 多梦等神经系统症状 该井天然气中硫化氢含量为151mg m3 据估计事件中由井中至少喷出3000吨硫化氢 一 大气污染对健康的直接危害 P67 慢性影响 影响呼吸系统功能降低机体免疫力引起变态反应其他 一 大气污染对健康的直接危害 影响呼吸系统功能 大气中的SO2 NOx 硫酸雾 硝酸雾及颗粒物不仅能产生急性刺激作用 还可长期反复刺激机体引起咽炎 喉炎 眼结膜炎和气管炎等 呼吸道炎症反复发作 可以造成气道狭窄 气道阻力增加 肺功能不同程度的下降 最终形成慢性阻塞性肺疾患 chronicobstructivepulmonarydisease COPD COPD是具有气流阻塞特征的慢性支气管炎和 或 肺气肿 患者的气流阻塞呈进行性发展 但部分有可逆性 可伴有气道高反应性 没有气流阻塞的慢性支气管炎或肺气肿不属于COPD 哮喘的气流阻塞具有可逆性 目前认为它不属于COPD 一 大气污染对健康的直接危害 降低机体免疫力 在大气污染严重的地区 居民唾液溶菌酶和SIgA的含量均明显下降 血清中的其他免疫指标也有下降 表明大气污染可使机体的免疫功能降低 近年来的流行病学研究提示 大气污染与婴幼儿的急性呼吸道感染 acuterespiratoryinfection ARI 死亡率和发病率的增高有关 一 大气污染对健康的直接危害 引起变态反应 大量的研究证据表明 大气污染可加剧哮喘患者的症状 大气中的SO2 O3 NOx等污染物会引起支气管收缩 气道反应性增强以及加剧过敏反应 空气颗粒物 特别是柴油车尾气颗粒可作为佐剂 加剧变应性鼻炎的症状 还有研究观察到NO2污染可增加患花粉症的危险度 一 大气污染对健康的直接危害 其他 大气的颗粒物中含有多种有毒元素如铅 镉 铬 氟 砷 汞等 美国28个大城市的调查发现 大气中镉 锌 铅以及铬浓度的分布与这些地区的心脏病 动脉硬化 高血压 中枢神经系统疾病 慢性肾炎等疾病的分布趋势一致 一些工厂如铝厂 磷肥厂和冶炼厂排出的废气中含有高浓度的氟 可引起当地居民的慢性氟中毒 含铅汽油的使用可污染公路两旁大气及土壤 对儿童的中枢神经系统等功能产生危害 一 大气污染对健康的直接危害 大气污染对心血管系统的影响 短期影响 美国国家空气污染与死亡率和发病率关系研究计划对美国20个城市近5000万人的资料分析显示 人群死亡率与死亡前日颗粒物浓度相关 PM10每升高10 g m3可引起总死亡率和心肺疾病死亡率分别上升0 21 和0 31 欧洲环境污染与健康研究计划对欧洲29个城市4300万人资料分析后发现 PM10每升高10 g m3 每日总死亡率与心血管疾病死亡率分别增加0 6 和0 69 其他研究也表明 大气污染与心血管疾病死亡率 住院率 急诊率和疾病恶化等增加有关系 我国北京 太原和上海等地的研究也显示 大气污染 特别是颗粒物污染与心脑血管疾病的死亡率和发病率增加有关 一 大气污染对健康的直接危害 大气污染对心血管系统的影响 长期影响 对美国哈佛等六个城市进行的队列研究首次提出 大气污染的长期暴露与心血管疾病死亡率增加有关 对美国50个州暴露大气污染16年的近50万成年人的死亡数据分析后发现 在控制饮食 污染物联合作用等混杂因素后 PM2 5年平均浓度每增高10 g m3 心血管疾病患者死亡率增加6 且未观察到其健康效应的阈值 还有研究发现 大气O3浓度增高与心血管疾病的多发有关 此外 大气污染长期暴露还与心律不齐 心衰 心跳骤停的危险度升高有关 我国沈阳 本溪等地的调查也表明 大气颗粒物的长期暴露与人群心血管疾病死亡率的增加有关 一 大气污染对健康的直接危害 P74 大气污染与肺癌 国内外许多研究表明 大气污染程度与肺癌的发生和死亡率呈正相关关系 与农村人群相比 城市人群的肺癌死亡率较高 提示大气污染是肺癌发生的危险因素之一 大多数有关大气污染和肺癌关系的流行病学研究属于不同地区或不同时期的大气污染程度与人群肺癌死亡率之间的相关性研究 利用美国癌症协会针对约50万居民的前瞻性调查资料进行的分析显示 大气PM2 5和SO2污染与居民肺癌死亡率之间有相关关系 PM2 5浓度每升高10 g m3 肺癌死亡率增加8 我国上海曾对居住在不同大气污染程度的市中心 近郊以及远郊的22万成人按吸烟习惯分组 进行了为期5年的前瞻性研究 结果发现 三个地区非吸烟者的肺癌死亡率没有明显的差异 但大气污染与男性吸烟者的肺癌死亡率之间有剂量反应关系 大量的职业流行病学研究和动物实验证据表明 柴油机尾气暴露与暴露人群中肺癌 膀胱癌的发生有密切关系 一般大气环境中柴油机尾气浓度与人群中肺癌等死亡率之间的关系还没有足够的环境流行病学证据 一 大气污染对健康的直接危害 二 大气污染对健康的间接危害 P76 温室效应大气层中的某些气体能吸收地表发射的热辐射 使大气增温 从而对地球起到保温作用 称为温室效应 greenhouseeffect 这些气体统称为温室气体 greenhousegas 主要包括CO2 甲烷 CH4 氧化亚氮 N2O 和含氯氟烃 chlorofluorocarbons CFCs 等 研究表明 各种温室气体对温室效应的贡献率不同 CO2为55 CH4为15 N2O为6 CFCs为24 由此可见 CO2增加是造成全球变暖的主要原因 近100年来 地球表面的温度升高了0 3 0 6 海平面上升了10 25cm 到21世纪中叶时 大气中CO2的浓度将达到产业革命前的一倍 全球年平均气温比现在要高出1 5 4 5 我国温室气体年排放总量已经超过全球总量的10 居美国之后列第二位 我国也是世界上人为排放CH4最多的发展中国家 二 大气污染对健康的间接危害 P77 二 大气污染对健康的间接危害 P78 气候变暖可导致与暑热相关疾病的发病率和死亡率增加 1988年夏季 我国的南京 武汉等地受热浪袭击 中暑患者和死亡人数明显增高 1995年7月12日起两周左右 美国的芝加哥受热浪袭击 期间最高气温达33 9 40 0 许多人发生中暑 其中465人因中暑而死亡 2003年夏季 全世界不少地区气温创百年之最 仅法国因热致死13632人 二 大气污染对健康的间接危害 P79 气候变暖还会使空气中的一些有害物质如真菌孢子 花粉等浓度增高 导致人群中过敏性疾患的发病率增加 此外 由于气候变暖引起的全球降水量变化 最终导致洪水 干旱以及森林火灾发生次数的增加 二 大气污染对健康的间接危害 P80 臭氧层破坏平流层底部臭氧层中的臭氧浓度很低 若校正到标准状态 其平均厚度仅为0 3cm 此外 臭氧在平流层中的分布不均匀 低纬度处较少 高纬度处较多 然而 臭氧层中的臭氧几乎可全部吸收来自太阳的短波紫外线 使人类和其它生物免遭紫外线辐射的伤害 上世纪50年代科学家观察到臭氧层中的臭氧减少 70年代后 臭氧层减少加剧 并于1985年首次在南极上空发现臭氧空洞 ozonehole 后来在北极 青藏高原也观察到这一现象 过去的30年 臭氧层保护已成为人类面临的主要挑战之一 二 大气污染对健康的间接危害 P81 臭氧层被破坏形成空洞以后 减少了臭氧层对短波紫外线和其他宇宙射线的吸收和阻挡功能 造成人群皮肤癌和白内障等发病率的增加 对地球上的其他动植物也有杀伤作用 据估计 平流层臭氧浓度减少1 UV B辐射量将增加2 人群皮肤癌的发病率将增加3 白内障的发病率将增加0 2 1 6 二 大气污染对健康的间接危害 P82 酸雨在没有大气污染物存在的情况下 降水 包括雨 雪 雹 雾等 的pH值在5 6 6 0之间 主要由大气中二氧化碳所形成的碳酸组成 当降水的pH值小于5 6时称为酸雨 acidprecipitation acidrain 20世纪50年代开始 一些国家开始注意到酸雨问题 并建立监测网对降雨进行监测 1972年 在联合国第一次人类环境会议上提交的 跨越国境的空气污染 空气和降水中的硫对环境的影响 的著名报告 陈述了酸雨对欧洲各国湖泊的污染 引起公众广泛的关注 二 大气污染对健康的间接危害 P83 酸雨的危害主要表现为以下几个方面 1 对土壤和植物产生危害在酸雨的作用下 土壤中的营养元素如钾 钠 钙 镁会被溶出 使土壤pH值降低 受酸雨侵蚀的植物叶片 叶绿素合成减少 出现萎缩和果实产量下降 在降水pH值小于4 5的地区 马尾松林 华山松和冷杉林出现大片黄叶并脱落 森林成片地死亡 酸雨还可抑制土壤微生物的繁殖 特别是对固氮菌的伤害 使土壤肥力下降 农作物产量降低 2 影响水生生态系统酸化的水体微生物分解有机物的活性减弱 水生植物的叶绿素合成降低 浮游动物种类减少 鱼贝类死亡 3 对人类健康产生影响酸雨增加土壤中有害重金属的溶解度 加速其向水体 植物和农作物的转移 研究显示 在酸化水区内 水体和鱼肉中的汞含量明显增加 此外 酸雨可腐蚀建筑物 文物古迹 可造成地面水pH值下降而使输水管材中的金属化合物易于溶出等 二 大气污染对健康的间接危害 大气棕色云团 大气棕色云团 atmosphericbrownclouds ABC 是指区域范围的大气污染物 包括颗粒物 煤烟 硫酸盐 硝酸盐 飞灰等 ABC的棕色就是黑炭 飞灰 土壤粒子以及二氧化氮等对太阳辐射的吸收和散射所致 气溶胶对光的衰减作用常用气溶胶光学厚度 aerosolopticaldepth AOD 来表示 二 大气污染对健康的间接危害 ABC热点区是指年平均人为AOD超过0 3 且吸收性气溶胶对气溶胶光学厚度的贡献超过10 的地区 世界目前有五大ABC热点区 包括东亚 南亚的印度中央平原 东南亚 南部非洲以及亚马孙流域 世界上还有13座 超大城市 被确认为棕色云团热点城市 它们是泰国曼谷 埃及开罗 孟加拉国达卡 巴基斯坦卡拉奇 伊朗德黑兰 尼日利亚拉各斯 韩国首尔 印度的加尔各答 新德里和孟买 以及我国的北京 上海和深圳 二 大气污染对健康的间接危害 ABC的多种组分对人群健康可直接产生不良影响 ABC中的颗粒物可吸收太阳的直射或散射光 影响紫外线的生物学活性 因此 在大气污染严重的地区 儿童佝偻病的发病率较高 某些通过空气传播的疾病易于流行 大气污染还能降低大气能见度 使交通事故增加 ABC的组分不仅会直接影响人体健康 还会影响世界的水资源 农业生产和生态系统 威胁人类的生存环境 二 大气污染对健康的间接危害 三 我国的大气质量标准 我国大气质量标准制订的历史 1950年 我国翻译和介绍了前苏联的 苏联工厂设计卫生标准 并以此为基础于1956年制订了 工业企业设计暂行卫生标准 该标准是我国第一部涉及大气环境质量的国家标准 规定了居住区大气中有害物质最高容许浓度19项 经试用 修改后于1962年正式颁布 工业企业设计卫生标准 1979年 我国对 工业企业设计卫生标准 进行了修订 将居住区大气中有害物质最高容许浓度项目增加到了34项 在标准中 规定了大气污染物的一次最高容许浓度和日平均最高容许浓度 一次最高容许浓度是指任何一次短时间采样测定结果的最高容许值 主要是为了防止大气污染物的急性健康危害 日平均最高容许浓度是指任何一天多次测定的平均浓度的最高容许值 其目的是防止大气污染物的慢性和潜在性危害 三 我国的大气质量标准 1982年 我国提出了 大气环境质量标准 该标准对总悬浮颗粒物 飘尘 SO2 NOx CO 光化学氧化剂 O3 制订了浓度限值 且每个污染物的标准均分为三级 1987年和1989年 我国分别修订了 工业企业设计卫生标准 中大气中铅和飘尘的卫生标准 铅的日平均最高容许浓度修订为0 0015mg m3 飘尘改为可吸入颗粒物 PM10 大气中的日平均最高容许浓度修订为0 15mg m3 1996年 我国对 大气环境质量标准 进行了修订 修订后的标准改称 环境空气质量标准 GB3095 96 在原有6种污染物限值的基础上 增加了NO2 铅 B a P 氟化物的浓度限值 并将飘尘改为可吸入颗粒物 光化学氧化剂改为O3 三 我国的大气质量标准 2000年 我国修改了 环境空气质量标准 GB3095 96 取消NOx指标 同时对NO2和O3的浓度限值进行了修改 2002年 根据 职业病防治法 第十三条规定 我国修订了 工业企业设计卫生标准 修订后分为两个标准 即工业企业设计卫生标准和工作场所有害因素职业接触限值 原标准中涉及的环境卫生标准部分不再进行规定 2012年 我国对 环境空气质量标准 GB3095 96 再次修订 新的 环境空气质量标准 GB3095 2012 中 调整了环境空气功能区分类 将三类区并入二类区 增设了PM2 5浓度限值和臭氧8小时平均浓度限值 调整了PM10 二氧化氮 铅和苯并 a 芘等的浓度限值 调整了数据统计的有效性规定 三 我国的大气质量标准 我国现行的环境空气质量功能分区 现行的 环境空气质量标准 GB3095 2012 将我国全国范围分为两类不同的环境空气质量功能区 一类区为自然保护区 风景名胜区和其他需要特殊保护的地区 二类区为居住区 商业交通居民混合区 文化区 工业区和农村地区 三 我国的大气质量标准 环境空气质量标准分级 一级标准 为保护自然生态和人群健康 在长期接触情况下 不发生任何危害影响的空气质量要求 上述第一类区执行一级标准 二级标准 为保护人群健康和城市 乡村的动 植物 在长期和短期接触情况下 不发生伤害的空气质量要求 上述第二类区执行二级标准 三 我国的大气质量标准 污染物浓度限值类型 1h平均浓度是指任何1h污染物浓度的算术平均值 其限值是指任何1h内平均浓度的最高容许值 有些物质能使人或动植物在短期内出现刺激 过敏或中毒等急性危害 则该物质必须制订1h平均浓度限值 这是确保接触者在短期内吸入该物质而不致于产生上述任何一种急性危害的上限值 24h平均浓度是指一个自然日24h平均浓度的算术平均值 也称为日平均浓度 它的限值是指任何一个自然日24h平均浓度的最高容许值 年平均浓度是指一个日历年内各日平均浓度的算术平均值 其限值是指任何一个日历年内各日平均浓度的算术均值的最高容许值 对一些有慢性作用的物质应制订24h平均浓度限值和年平均浓度限值 亦即经过长时间的持续作用也不致引起最敏感对象发生慢性中毒或蓄积现象以及远期效应 以达到防止污染物慢性和潜在性危害的目的 有些物质既能产生急性危害 又能产生慢性危害 则给出了1h平均浓度限值 24h平均浓度限值和年平均浓度限值 三 我国的大气质量标准 P95 第四节大气中主要污染物对人体健康的影响 一 颗粒物 P97 颗粒物的来源大气中的颗粒物可来自自然界的风沙尘土 火山爆发 森林火灾和海水喷溅等 人类的生产和生活活动中使用的各种燃料如煤碳 液化石油气 煤气 天然气和石油的燃烧构成了大气颗粒物的重要来源 钢铁厂 有色金属冶炼厂 水泥厂和石油化工厂等的工业生产过程也会造成颗粒物的污染 这些来源的颗粒物常含有特殊的有害物质 如铅 氟和砷等 此外 公路扬尘 建筑扬尘也是我国一些城市大气中颗粒物的重要来源之一 一 颗粒物 P98 颗粒物对呼吸系统的影响 大量的颗粒物进入肺部对局部组织有堵塞作用 可使局部支气管的通气功能下降 细支气管和肺泡的换气功能丧失 吸附着有害气体的颗粒物可以刺激或腐蚀肺泡壁 长期作用可使呼吸道防御机能受到损害 发生支气管炎 肺气肿和支气管哮喘等 颗粒物还可以增加动物对病原微生物的敏感性 导致呼吸系统对感染的抵抗力下降 一 颗粒物 颗粒物对心血管系统的影响 干扰中枢神经系统功能 直接进入循环系统诱发血栓的形成 刺激呼吸道产生炎症并释放细胞因子 后者通过引起血管损伤 导致血栓形成等机制对心血管系统产生影响 一 颗粒物 P100 颗粒物的致癌作用 颗粒物的有机提取物有致突变性 且以移码突变为主 并可引起细胞的染色体畸变 姊妹染色单体交换以及微核率增高 诱发程序外DNA合成 颗粒物的有机提取物可引起细胞发生恶性转化 颗粒物中还含有多种致癌物和促癌物 颗粒物提取物可在大鼠 小鼠诱发皮下肉瘤 皮肤癌以及肺癌等 颗粒物的致癌活性与其多环芳烃含量有关 城市大气颗粒物中的多环芳烃与居民肺癌的发病率和死亡率呈相关关系 一 颗粒物 P101 颗粒物对人群死亡率的影响近年来的一些研究发现 大气颗粒物污染对人群死亡率有急性影响 据估计 大气PM2 5 PM10浓度每增加10 g m3 引起总死亡率增加的RR分别为1 015和1 0074 此外 队列研究还发现 大气颗粒物污染对人群死亡率也有慢性影响 大气PM2 5 PM10浓度每增加10 g m3 引起总死亡率增加的RR分别为1 14 1 07和1 10 在美国的研究表明 大气PM10浓度每增加10 g m3 总死亡率上升0 5 65岁以上人群因COPD和心血管疾病的入院率分别增加1 5 和1 1 还有研究发现 大气颗粒物 尤其是PM2 5浓度的升高与冠心病人的心肌梗死发作和房性早搏发生有关 一 颗粒物 P102 影响颗粒物生物学作用的因素 颗粒物的粒径颗粒物的成分呼吸道对颗粒物的清除作用其他 一 颗粒物 P103 颗粒物的粒径 颗粒物在大气中的沉降与其粒径有关 一般来说 粒径小的颗粒物沉降速度慢 易被吸入 不同粒径的颗粒物在呼吸道的沉积部位不同 大于5 m的多沉积在上呼吸道 即沉积在鼻咽区 气管和支气管区 通过纤毛运动这些颗粒物被推移至咽部 或被吞咽至胃 或随咳嗽和打喷嚏而排除 小于5 m的颗粒物多沉积在细支气管和肺泡 2 5 m以下的75 在肺泡内沉积 颗粒物的粒径不同 其有害物质的含量也有所不同 研究发现 60 90 的有害物质存在于PM10中 一些元素如Pb Cd Ni Mn V Br Zn以及多环芳烃等主要附着在2 m以下的颗粒物上 一 颗粒物 P104 颗粒物的成分颗粒物的化学成分多达数百种以上 可分为有机和无机两大类 颗粒物的毒性与其化学成分密切相关 颗粒物上还可吸附细菌 病毒等病原微生物 一 颗粒物 P105 颗粒物的无机成分主要指元素及其他无机化合物 如金属 金属氧化物 无机离子等 一般来说 自然来源的颗粒物 例如地壳风化和火山爆发等 所含无机成分较多 此外 不同来源的颗粒物表面所含的元素不同 来自土壤的颗粒主要含Si Al Fe等 燃煤颗粒主要含Si Al S Se F As等 燃油颗粒主要含Si Pb S V Ni等 汽车尾气颗粒主要含Pb Br Ba等 冶金工业排放的颗粒物主要含Mn Al Fe等 一 颗粒物 P106 颗粒物的有机成分包括碳氢化合物 羟基化合物 含氮 含氧 含硫有机物 有机金属化合物 有机卤素等 来自煤和石油燃料的燃烧 以及焦化 石油等工业的颗粒物 其有机成份含量较高 有机成分中以多环芳烃最引人注目 研究发现颗粒物中还能检出多种硝基多环芳烃 它们可能是大气中的多环芳烃和氮氧化物反应生成的 也可能是在燃烧过程中直接生成的 一 颗粒物 P107 颗粒物可作为其他污染物如SO2 NO2 酸雾和甲醛等的载体 这些有毒物质都可以吸附在颗粒物上进入肺脏深部 加重对肺的损害 颗粒物上的一些金属成份还有催化作用 可以使大气中的其他污染物转化为毒性更大的二次污染物 一 颗粒物 P108 呼吸道对颗粒物的清除作用 鼻毛可阻留10 m以上的颗粒物达95 气管支气管的粘膜表面被纤毛覆盖并分泌粘液 通过纤毛运动可将沉积于呼吸道的颗粒物以及充满颗粒物的巨噬细胞随同粘液由呼吸道的深部向呼吸道上部转运 并越过喉头的后缘向咽部移动 最终被咽下或随痰咯出 颗粒物可被巨噬细胞吞噬后经粘液 纤毛系统排出或进入淋巴系统 一些细小的颗粒可直接穿过肺泡上皮进入肺组织间质 最后进入肺血液或淋巴系统 一 颗粒物 P109 某些生理或病理因素可影响颗粒物在呼吸道的沉积 例如 运动时呼吸的量和速度都明显加快 这样将大大增