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1、第七章大气环境毒理学ConstituentofEnvironment第一节概述o一.大气环境毒理学概念o大气污染物对生物体（人体）的损害效应及其规律的一门学科。o 大气污染：大气污染：由于人类活动或自然过程，使得排放到大气中物质的浓度及持续时间足以对人的舒适感、健康，对设施或环境产生不利影响时，称大气污染大气污染1、大气污染物的来源和发生量、大气污染物的来源和发生量大大气气污污染染源源天然源：自然界自行向大气排放污染天然源：自然界自行向大气排放污染物的污染源物的污染源人为源：人类的生产活动和生活活人为源：人类的生产活动和生活活 动所形成的污染源。动所形成的污染源。二.大气污染的来源与类型污染源
2、污染源特特 点点 主要来源主要来源 排放的污染物排放的污染物 天天 然然 源源它它和和人人为为源源相相比比产产生生的的污污染染物物较较少少，浓浓度度较较低低，具具有有局局部部地地区区某某段段时时间间内内可可能能形形成成严严重重影影响响的的特特点。点。火山喷发火山喷发二二氧氧化化硫硫、硫硫化化氢氢、二二氧氧化碳、一氧化碳、火山灰化碳、一氧化碳、火山灰森林火灾森林火灾一一氧氧化化碳碳、二二氧氧化化碳碳、二二氧化硫、碳氢化合物等氧化硫、碳氢化合物等自然尘自然尘风砂、土壤尘等风砂、土壤尘等 森林植物释放森林植物释放萜稀类碳氢化合物。萜稀类碳氢化合物。 海浪飞沫海浪飞沫 硫酸盐和亚硫酸盐硫酸盐和亚硫酸盐
3、人人为为源源移移动动源源汽汽车车火火车车飞飞机机等等，分分布布广广泛泛分分散散，难难于监测和治理。于监测和治理。交交通通运运输输过过程程：现现代代化化交交通通运运输输工具工具一一氧氧化化碳碳、氮氮氧氧化化物物、碳碳氢氢化化合合物物、硫硫氧氧化化合合物物和和铅等铅等静静止止源源 静静止止源源则则包包括括工工厂厂 、焚焚化化炉炉等等不不移移动动的的污污染染源源。静静止止源源污污染染面面积积广广，易易于于集中监测治理。集中监测治理。 燃料燃烧燃料燃烧二二氧氧化化硫硫、氮氮氧氧化化物物、二二氧化碳、一氧化碳氧化碳、一氧化碳工业生产过程工业生产过程二氧化硫、硫化氢等二氧化硫、硫化氢等农农业业活活动动排排
4、放放：农药、化肥农药、化肥 颗颗粒粒物物、粉粉尘尘、氧氧化化亚亚氮氮等等1.大气污染源大气污染源人为大气污染源o（1）人为大气污染源按空间分布分为：o点源、面源、线源o（2）人为大气污染源按照人们活动功能不同分为：生活污染源、工业污染源、交通运输污染源o（3）人为大气污染源按照分类统计分析分为：燃料燃烧、工业生产（称为固定源）o交通运输工具（机动车、火车、轮船、飞机等称为流动源）点源、面源2、大气污染的类型o 按存在状态，可以分为按存在状态，可以分为气溶胶状态污染物气溶胶状态污染物和和气态污染物。气态污染物。 按污染物形成的过程按污染物形成的过程，可以分为一次污染，可以分为一次污染物和二次污染
5、物。物和二次污染物。 随燃料种类和性质的不同随燃料种类和性质的不同，可分为三种类，可分为三种类型：煤烟型型：煤烟型 、石油型、石油型 、混合型污染。、混合型污染。（1）.气溶胶状态污染物（颗粒物）：气溶胶状态污染物（颗粒物）：气溶胶系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在介质中的悬浮气溶胶系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在介质中的悬浮体体。 （1）粉尘（粉尘（dust）：由于固体物质的破碎、研磨、筛分、输送等机械过程）：由于固体物质的破碎、研磨、筛分、输送等机械过程或土壤、岩石的风化等自然过程形成的，或土壤、岩石的风化等自然过程形成的，1200m。 （2）烟（）烟（f
6、ume）：固体气溶胶，）：固体气溶胶，0.011m。 （3）飞灰（）飞灰（fly ash）：指随燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰指随燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰分分。 （4）黑烟（）黑烟（smoke）：一般系指由燃料燃烧产生的能见气溶胶一般系指由燃料燃烧产生的能见气溶胶。一般将冶金过程和化学过程形成的固体颗粒气溶胶称为烟尘一般将冶金过程和化学过程形成的固体颗粒气溶胶称为烟尘；将燃料燃烧过程产生的飞灰和黑烟将燃料燃烧过程产生的飞灰和黑烟，在不需仔细分时在不需仔细分时，也称为烟尘也称为烟尘。在其他情况下在其他情况下，或泛指小固体颗粒的气溶胶时或泛指小固体颗粒的气溶胶时，则通称粉尘。
7、，则通称粉尘。 （5）雾（）雾（fog）：是气体中液滴悬浮体的总称是气体中液滴悬浮体的总称，在气象中指造成能见度小在气象中指造成能见度小于于1K M的小水滴悬浮体。的小水滴悬浮体。一次污染物一次污染物：直接从污染源排放的污染物：直接从污染源排放的污染物。 主要有主要有SO2、H2S 、NO、NH3 、CO、CO2 、HF、HCl 、C1C12化合物化合物。二次污染物二次污染物：是指由一次污染物在大气中：是指由一次污染物在大气中 互相互相作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气
8、污染物，其毒性比一次污染物还强。污染物，其毒性比一次污染物还强。主要有主要有SO3、H2SO4、MSO4、MNO3 、 NO2、醛类、醛类、酮类、酸类。酮类、酸类。 气气态态污污染染分分类类（2）.气体状态污染物气体状态污染物光化学烟雾形成过程2大气污染的类型大气污染物的发生量物质物质 人为源发生量（人为源发生量（t/a）自然源发生量（）自然源发生量（t/a）大气中背景浓度）大气中背景浓度 停留时间停留时间SO2 146106 148106 0.210-9 4dH2S 3106 100106 0.210-9 2dCO 304106 33106 10-7 3aNO 53106 430106 （0
9、.22）10-9 5d NO2 53106 658106 （0.54）10-9 5dNH3 4106 1160106 （620）10-9 7dN2O 0 590106 0.2510-6 4aHC 88106 CH4：1.6109 CH4：1.510-6 4a（CH4） 萜稀：萜稀：200106 非非CH4： 10-9 4a（CH4）CO2 1.41010 1012 32010-6 24a颗粒物颗粒物 240106（ 5m）630106 （ 5m） 表表13 全球主要大气污染物的来源、发生量、背景浓度全球主要大气污染物的来源、发生量、背景浓度大气污染物的发生量室内主要空气污染物室内主要空气污染物
10、A、气体污染物。如：二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、氨气、甲醛、挥发性有机化合物（VOC）等，在室内空气中多达数十种乃至数百种以上。特别是室内通风条件不良时，这些气体污染物就会在室内积聚，浓度升高，有的浓度超过卫生标准数十倍造成室内空气严重污染。B、微生物污染物。如：细菌、病毒、花粉和尘螨等，来源于死或活的有机体。室内潮湿的地方，容易滋生真菌，造成微生物污染室内空气。真菌在大量繁殖的过程中，还会散发出令人讨厌的特殊臭气。C、建筑材料中的放射性物质（3）室内空气污染o室内空气污染的定义由于室内引入能释放有害物质的污染源或室内环境通风不佳而导致室内空气中有害物质无论是从数量上还是种类上不断增
11、加，并引入人的一系列不适症状，称为室内空气受到了污染。室内空气污染的特点由于室内空气与大气空气污染所处的环境不同，其污染特点也不同。室内空气污染具有如下特点：来源广种类多接触的更频繁密切长久空间有限密闭程度大第二节第二节 大气污染物的致病、致癌和致突变大气污染物的致病、致癌和致突变作用作用o一.大气污染对健康影响的特征o（一）大气污染物的侵入途径与危害部位o1.侵入途径o主要呼吸道，还可通过消化道和皮肤o2.致病部位o呼吸道o眼结膜炎（皮肤）一.大气污染对健康影响的特征（二）低浓度、长时期作用和慢性毒害特定情况下，事故排放气象条件的变化时急性毒害作用。（三）多种污染物同时存在、作用机制复杂大气
12、污染对健康影响的程度：种类、性质、浓度和持续作用时间（四）接触人群广泛、易感性人群差异较大年龄、性别、发育、营养、遗传、生活习惯及健康状况（敏感性）。二.大气污染对健康的影响o（一）急性毒性oC（污染物浓度）在短时间内急剧增加，超过一定浓度作用于人体时，引起感官和生理机能的不良反应，导致居民急性中毒甚至死亡。oC增加的原因：o1.地理气象因素的变化（伦敦烟雾事件）（洛杉矶光化学烟雾事件）o2.生产和设备故障（1984年印度）（日本富山市和我国氯气泄漏）光化学烟雾实例（二）慢性中毒和慢性疾患n1.刺激性污染物的毒理作用nSO2等，刺激呼吸道粘膜使支气管反射性的收缩和痉挛引起咳嗽、喷嚏、气道阻力增
13、加，粘液增加纤毛活动受阻排毒能力下降。长期呼吸道的免疫和防御功能下降或破坏鼻炎、咽炎、肺炎等。n2.非刺激性污染物的毒理作用nCO昏迷死亡n有些致癌（突变癌变）n3.大气中金属类污染物及其他污染物n铅镍汞有机氯石棉（蓄积）年龄癌变4.饮食中的大气污染物o降落植物中饮水食物o（三）对免疫功能的损害o儿童唾液溶菌酶的活性降低o（四）致癌作用1.大气污染与肺癌的流行病学调查o（城市大小）2.工业发展与肺癌o日本美国（二次大战后）3.大气污染物中含有致癌物质苯并芘砷镍铬第三节有害气体的毒性作用及其机理o一.二氧化硫o SO2：o 硫氧化物来源硫氧化物来源：化石燃料燃烧、以及含硫化物矿石的焙烧、：化石燃
14、料燃烧、以及含硫化物矿石的焙烧、 冶炼等过程。冶炼等过程。o 湿度大的情况下，含硫化合物最终被氧化形成硫酸，是湿度大的情况下，含硫化合物最终被氧化形成硫酸，是形形成酸雨的主要来源。成酸雨的主要来源。o 二氧化硫二氧化硫是一种无色的刺激性气体是一种无色的刺激性气体, 腐蚀性很大，会严重腐蚀性很大，会严重刺刺激人的呼吸系统激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、胸闷和感到呼吸受，使人出现咳嗽、嗓子疼、胸闷和感到呼吸受阻，刺激腐蚀人的肺部，可以造成肺气肿和支气管炎。并加重阻，刺激腐蚀人的肺部，可以造成肺气肿和支气管炎。并加重哮喘病情。哮喘病情。o 二氧化硫二氧化硫破坏植物的叶绿素破坏植物的叶绿素，使植
15、物脱水坏死。，使植物脱水坏死。o 在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的水蒸汽结在适当条件下和飘尘结合在一起，或与水汽中的水蒸汽结合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和合形成硫酸雾，硫酸雾微粒侵入人体肺部，可以引起肺水肿和肺硬化等疾病导致死亡。肺硬化等疾病导致死亡。一.二氧化硫o（一）理化性质o无色具辛辣及窒息性气味的气体，属中等毒性物质；易溶于水成亚硫酸。o在290400NM光照下或在亚铁和锰的催化下，形成三氧化硫，成酸。o三氧化硫活泼吸湿极易成酸一.二氧化硫o（二）吸收、分布、排泄o吸收：SO2被粘膜的湿润表面吸收，成酸和盐。因此，SO2上呼吸道和鼻。o但SO2颗粒物呼
16、吸道深部。oo分布：进入呼吸道随血液分布全身o亚硫酸根离子亚硫酸氢根离子（3：1），在肺、呼吸道、食道肺、呼吸道、食道较高。o排泄：在体内亚硫酸氧化酶（钼酶）的作用下，硫酸盐的形式排出体外。肝脏一.二氧化硫（三）生物化学转化SO2衍生物，易于血浆蛋白结合，低浓度下为不以游离态存在，因而难以被红细胞吸收。浓度高时，与蛋白质多肽和含硫氨基酸的巯基结合。还可DNA中的胞嘧啶反应。一.二氧化硫o（四）毒性作用o1.对动物呼吸道的毒性作用o短期接触：刺激痉挛炎症o长期接触：24小时以上，肺炎气管炎等。o2.对人体呼吸道的毒性作用o上呼吸道眼结膜炎症（呼吸道阻力的增加）一.二氧化硫o3.SO2致突变和致癌
17、变oSO2和SO3溶于水生成硫酸、亚硫酸、重亚硫酸和盐类。o硫酸和盐类肺毛细血管血流随尿排泄o（高浓度下）亚硫酸、重亚硫酸和盐类肺毛细血管血流自氧化超氧阴离子自由基导致遗传物质和细胞的死亡。oSO2促癌作用一.二氧化硫o4.酶的活性及脏器的损伤o全身性毒物o5.对机体其他作用o对大脑皮质机能的影响o对体内维生素代谢的影响o对细胞生长的抑制作用o6.与颗粒物的联合作用o肺气肿o全身毒性一.二氧化硫o7.对植物的毒性作用o（五）酸雨的形成及危害o 酸雨：酸雨：由于人类活动的影响，使降水中溶入其它酸性物质，从而使其pH值降到值降到5.6以下的降水以下的降水。o酸雨的形成：酸雨的形成：是复杂的大气化学
18、和大气物理现象，是由自然排放和人为活动等释放到大气中的人为活动等释放到大气中的SO2或或NOx通过氧化反应通过氧化反应（气相或液相反应），生成硫酸或硝酸和亚硝酸，附在凝结核（气相或液相反应），生成硫酸或硝酸和亚硝酸，附在凝结核上降落到地面上的。上降落到地面上的。o 影响与危害：影响与危害：o（1）损害水生、陆生生物：如鱼类和森林）损害水生、陆生生物：如鱼类和森林o（2）对人体健康影响：使有毒重金属溶入饮用水中，危害饮用）对人体健康影响：使有毒重金属溶入饮用水中，危害饮用者者o（3）腐蚀建筑材料、金属构件、油漆以及名胜古迹等）腐蚀建筑材料、金属构件、油漆以及名胜古迹等o oo酸雨能加速建筑物和文
19、物古迹的腐蚀和风化过程，使文物面目皆非，碑林文字模糊。o酸雨使湖泊、河流酸化并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中，毒害鱼类，造成鱼类死亡。o 酸雨能加速酸雨能加速金属腐蚀，出现金属腐蚀，出现空洞和裂缝，强空洞和裂缝，强度降低，桥梁损度降低，桥梁损坏。如重庆的嘉坏。如重庆的嘉陵江大桥，锈蚀陵江大桥，锈蚀速度每年为速度每年为0.160.16毫米，远超过瑞毫米，远超过瑞典斯德哥尔摩每典斯德哥尔摩每年年0.030.03毫米的速毫米的速度。度。 酸雨可以直接酸雨可以直接使大片森林死使大片森林死亡，农作物枯亡，农作物枯萎。萎。19821982年年6 6月月1818日晚重庆下日晚重庆下了一场酸雨，了一场酸
20、雨，市郊市郊2 2万亩水稻万亩水稻叶片突然枯黄，叶片突然枯黄，好像火烤过一好像火烤过一样样, ,几天后局部几天后局部枯萎。枯萎。酸雨的危害水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。我国酸雨的化学特征中国酸雨的分布变化控制酸雨的根本措施o控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的排放。 o具体措施如下：o调整能源结构，尽量减少煤的燃烧，开发无污染的新能源（水力、太阳能等）；o合理规划工业发展和城市建设布局：工业区应该建设在城市主导风的下风口，居民采取集中供热；o运用各种
21、防治污染的技术（煤的脱硫、汽车尾气的处理等）。二.氮氧化物o（一）吸收分布排泄oNO和NO2均难溶于水，进入肺的深部。o在肺泡，形成硝酸盐亚硝酸盐通过肺进入血液，分布全身，引起肾、肝、心的损伤最后随尿排除。o（二）毒性作用o一氧化氮：呼吸道阻力增加.麻痹.惊厥（中枢神经系统）.与血红蛋白结合。二.氮氧化物o二氧化氮：o（1）对呼吸系统的毒性作用：增加呼吸道的阻力，水肿，支气管炎，肺炎等。o（2）生物化学影响：o肝功能受损.各种酶活性增加等。o（3）血液学改变：o低铁血红蛋白高铁血红蛋白（缺氧）二.氮氧化物o（4）对免疫功能的影响o抑制抗体形成o（5）促癌作用：o苯并芘o（6）与其他污染物的联合
22、作用o（7）对植物的影响三.一氧化碳o（1）理化性质o（2）吸收分布和排泄o（3）毒性作用o一氧化碳的中毒o对神经系统的影响o对心血管系统的影响o胎儿的影响四臭氧和光化学烟雾o一毒性o.对眼睛和呼吸道的刺激作用o.臭氧的毒性o刺激、氧化损伤、对肺功能的损伤、对免疫系统的毒害、加速动物衰老o.氧化剂的毒性（过氧酰基硝酸酯类和醛）o.气溶胶o.光化学烟雾o植物的危害、降低能见度、对材质的损害作用第四节大气颗粒物的作用及机理o总悬浮颗粒o可吸入颗粒o细颗粒o一一般毒性o（）对呼吸道黏膜的刺激和腐蚀作用o（）对肺细胞的腐蚀和损伤o（）诱发心血管病o（）免疫毒性o（）间接毒性作用o（）影响颗粒物毒性的主要因素o颗粒大小浓度化学组成第四节大气颗粒物的作用及机理o二颗粒物的致突变和致癌变作用o（一）致突变作用o（二）致癌变作用
