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有毒气体的危害

有害气体所造成的危害是多方面的。当大气中有害物质浓度达到一定程度时就会对人、动物、植物造成危害,对金属、材料、建筑物产生腐蚀和损坏,有害气体造成的环境效应如酸雨、温室效应等还会对生态系统、工农业生产和气候等产生影响。本节主要介绍有害气体对人体健康和植物生长的危害,至于有害气体的环境效应及其对生态系统、气候等的影响则在下一节中予以讨论。

6.3.1 对人体健康的危害

大气中的有害物质是通过下述途径侵入人体造成危害的:①通过呼吸进入人体造成直接危害;②通过接触或刺激皮肤而进入人体;③附着在食物或溶解于水中,随饮食、饮水而进入人体;④溶入水体或降落到土壤中,通过生态系统中的食物链进入人体造成间接危害。其中又以前两种途径造成的危害最大。有害气体对人体健康的危害,首先是感官上受到影响,然后在生理上有反应,再进一步就出现急性危害的症状。主要的有害气体对人体危害的机理各有不同。

6.3.1.1 二氧化硫的危害

二氧化硫是一种无色、不燃气体,具有强烈辛辣窒息性气味,对粘膜和上呼吸道有强烈的刺激作用,尤其以有肺部慢性病和心脏病的老年人最易受危害。当二氧化硫与空气中颗粒物质共存时,其危害可增大3~4倍,所以空气质量标准中有采用二氧化硫浓度(10-6)与颗粒物质浓度(μg/m3)的乘积为标准的。表6.1列出了二氧化硫对人体健康的影响。一般当空气中的二氧化硫浓度年平均值大于0.04×10-6、日平均值大于0.11×10-6时即对人体产生危害。空气中二氧化硫多于0.3×10-6时,即可由味道尝出来,而多于3×10-6时则可由鼻子的刺激性臭味闻出来。


表6.1 二氧化硫浓度对人体健康的影响



以燃煤造成的污染源所排放出来的二氧化硫和漂尘,在冬季无风或微风、有雾和出现逆温等不利于有害气体扩散和稀释的情况下,就会连续不断地蓄积起来,形成烟雾、笼罩在城市上空,持续数日不散,从而造成急性死亡事件。如果该地区地处盆地或有群山环绕,就更容易发生这种危害。英国伦敦在1952年12月5~9日、1956年1月3~6日、1957年及1962年12月5~10日发生的四次烟雾事件,就是在这种情况下发生的,二氧化硫浓度分别为3.8、1.6、1.8和4.1mg/m3,漂尘浓度分别为4.46、3.25、2.4、2.8mg/m3,死亡人数分别为4000、1000、400、750人。造成伦敦烟雾事件的“主犯”是漂尘,“帮凶”是二氧化硫。

二氧化硫是水溶性化学物质,因而对水有浸润性,当二氧化硫进入呼吸道时,大部分为气管以上的部分腔壁所吸收,不会进入肺腔,但当漂尘共存时,二氧化硫就会吸附在漂尘上,随呼吸道进入肺腔深部,对肺泡造成损害,刺激支气管产生窄缩反应(痉挛),甚至使人窒息而死。它还能使慢性心肺疾病的患者症状恶化或死亡。

另外,二氧化硫氧化成三氧化硫或氧化成硫酸雾,其危害更大,因为三氧化硫或硫酸雾可以直接进入肺的深部。据动物实验表明,硫酸雾引起的生理反应比二氧化硫气体强4~20倍。当二氧化硫浓度为8×10-6时,人尚能忍受,而硫酸雾的浓度不到0.8×10-6时,人就不能忍受,容易引起酸血症等病症。

除了上述急性危害以外,二氧化硫还造成对人体的许多慢性危害,主要表现在对呼吸道、肺部和心脏的影响上。据世界各国对以燃煤为主的大气污染区的调查资料,这些地区慢性上呼吸道炎症的发病率都明显高于清洁区。我国的调查资料也得出同样的结论。在重污染区慢性鼻炎和慢性咽炎的发病率比清洁区高3倍以上。

6.3.1.2 一氧化碳的危害

一氧化碳是无色、无臭、无味的气体。一般城市空气中的一氧化碳水平对植物及有关的微生物均无害,但对人类有害。一氧化碳对人和动物的危害是由于它同血液中的血红蛋白(Hb)反应生成羧基血红素(HbCO):



环境地质与工程


使血液携带氧的能力降低而引起缺氧。实验证明,血红蛋白与一氧化碳的亲合能力比与氧的亲合能力大200~300倍,当有一氧化碳存在时,就会降低血液的载氧能力,致使机体细胞得到的氧变少。另一方面,血红蛋白同一氧化碳的结合还会减弱氧合血红蛋白离解成血红蛋白和氧的过程,使血液中的氧不能提供给细胞。因此,即使血液中载有几倍于身体所需的氧,也可发生缺氧。其症状有头痛、眩晕等,同时使心脏过度疲劳,致使心血管工作困难,终至死亡。

一氧化碳对人体毒害程度的大小,取决于许多因素,如空气中一氧化碳的浓度、接触一氧化碳的时间、呼吸的速度以及有无吸烟习惯等。一般来说,HbCO的浓度随一氧化碳浓度增加和接触时间的增加而增加。空气中一氧化碳浓度达到10×10-6时,有些人中枢神经系统受到影响,判断能力可能受到损害。当空气中一氧化碳浓度为15×10-6,接触8h后,便会产生有害影响。长时间接触30×10-6一氧化碳的冠心病或肺气肿患者,可以发现心脏脉管有变化。长时间接触200×10-6一氧化碳,就要引起头疼。受害者持续停留在有毒的大气中,一氧化碳浓度在250×10-6时,就会导致受害者中毒死亡。长时间与600×10-6的一氧化碳接触可能会失去知觉,浓度再高将导致死亡。

6.3.1.3 二氧化氮的危害

二氧化氮的危害在于它对人体具有生理刺激作用。二氧化氮是一种刺激性气体,它不易溶于水,但易于侵入肺部,破坏肺表面活性物质,使肺泡表面张力增大,吸引毛细血管内的水分向肺泡内移动,使肺泡浸漫于水中,从而产生肺水肿。二氧化氮不仅对肺组织有强烈的影响,削弱肺的功能,而且对心脏、肝脏、肾脏和造血组织等都有影响,并与支气管哮喘病的发病也有密切关系。一般城市空气中的二氧化氮浓度就能引起急性呼吸道病变。试验表明,在二氧化氮每天浓度为0.063~0.083×10-6的条件下,经六个月后儿童的支气管炎发病率就会增加。

6.3.1.4 光化学烟雾的危害

光化学烟雾常常发生在白天,来势迅猛,受侵害的多为户外活动的人员。受害者主要症状有流泪、眼睛刺痛、口渴、声音嘶哑、咳嗽、呼吸困难、眩晕、头痛、手足麻木和全身疲倦,重者还出现意识障碍。检诊时可见微热、面部潮红、脉搏加快、心跳亢进、咽红、声门水肿等。一般经数小时、大部分在24 h内恢复。但声门水肿、全身疲倦需要有更长时间的恢复。

造成这些危害的因素是光化学烟雾中的氧化剂。氧化剂是氮氧化物和碳氢化合物在阳光照射下经过一系列复杂反应生成的二次污染物,主要是臭氧,也包括过氧化物、氢过氧化物和过氧硝酸盐、醛、过氧乙酰硝酸脂等。当光化学烟雾产生时大气中的臭氧浓度大致在0.15×10-6左右。不同浓度的臭氧对人体健康有不同的影响,详见表6.2。除臭氧外,光化学烟雾中的醛、过氧乙酰硝酸脂等污染物都作为氧化剂而对人体具有刺激和强氧化作用。实际上,光化学烟雾对人体的危害是以上几种污染物共同作用的结果。


表6.2 臭氧对人体健康的影响



光化学烟雾对人体健康还有远期危害。由于臭氧等氧化剂损伤机体膜(包括各种器官组织和细胞膜),使膜中的脂肪酸被氧化,导致膜的结构变形或破坏,进而损伤细胞里的线粒体、核仁和溶酶体,并释放出一种老化色素,使心脏功能衰退,从而促使机体提前衰老。

6.3.2 对植物及其他物体的危害

有害气体对植物的危害通常是经叶背的气孔进入植物体,然后逐渐扩散到海绵组织,破坏叶绿素,阻碍各种代谢机能,抑制植物的生长。可分为 ①急性危害——短时间内造成的危害,使作物产量显著下降;②慢性危害;③不可见危害——只造成生理上的障碍,也影响植物的生长,但外观上看不出来。

二氧化硫对植物的危害程度主要取决于二氧化硫的浓度和接触时间,也与大气的温度和湿度有一定的关系。在其他条件都相同的情况下,温度高、湿度大,对植物的危害也会严重些。当大气中的二氧化硫浓度达到(0.2~0.3)×10-6并持续一定时间时,有些敏感植物可能受到危害。二氧化硫对植物的危害详见表6.3。


表6.3 二氧化硫对植物的影响



氮氧化物在浓度比较高时才会对植物发生影响和危害,一氧化氮和二氧化氮对植物的影响详见表6.4。


表6.4 一氧化氮和二氧化氮对植物的影响



光化学烟雾中的氧化剂如臭氧和过氧乙酰硝酸酯都能使植物受到伤害,一般以臭氧作为氧化剂的代表,它对植物的影响见表6.5。

二氧化硫的腐蚀性较大,对材料的影响很普遍。软钢板在0.12×10-6的二氧化硫中腐蚀一年失重约16%;二氧化硫能使空气中动力线硬化和拉索钢绳的使用寿命缩短,它要求电气接点不得不采用像金一类耐腐蚀的贵金属。它还能使皮革失去强度,建筑材料退色,可使油漆的干燥时间延长。二氧化硫可使石灰岩与硫酸作用变成易溶解的硫酸盐,使塑像和艺术品毁坏。位于大同市西郊的云冈石窟,受到大气中的二氧化硫和由石窟前经过的运煤车辆造成的大量降尘的严重侵害,煤尘附着在石雕表面,具有一定的吸湿性和吸附性,为二氧化硫在石雕表面的凝结提供了极为便利的条件,加速了石雕的风化。


表6.5 臭氧对植物的影响



大气中存在氮氧化物时,可使某些纺织品退色、强度降低。臭氧对纺织品和合成橡胶能引起严重损害,在臭氧浓度为0.02×10-6的情况下,压力为100%的合成橡胶轮胎,放置60min后,轮胎就可能引起破裂。

6.3.3 空气污染事件

有害气体的污染水平很高时,往往发生空气污染事件,在此期间内死亡人数远远高于该地区平时的死亡人数。例如,18世纪末英国产业革命后,因蒸汽机的发明和普遍使用而造成的环境污染,于1873、1880和1892年曾在伦敦发生3次由于燃煤造成的烟雾事件,主要是由于燃煤产生的大量烟尘及二氧化硫的危害,死亡2800余人;1905年在英国格拉斯哥又发生一次烟雾事件,死亡1063人。20世纪以来,曾发生过几次重大的空气污染事件(表6.6),它们有以下主要特征:①在逆温层和低风速情况下,空气几乎处于停滞状态;②以二氧化硫和烟尘为主要污染物;③污染水平达到高峰时死亡率增大;④已有慢性呼吸系统疾病和心脏病患者的死亡人数增加,且年岁越大,过度死亡越多;⑤持续5~7d。


表6.6 几次重大的污染事件



近年来空气污染事件仍时有发生。1997年9月下旬发生在东南亚地区的烟雾持续了4~5个月。在印度尼西亚的苏门答腊岛、加里曼丹岛等地烧荒垦地加上该地区遭遇了150a以来最严重的厄尔尼诺现象,前者除了本身产生烟雾外,还引发森林大火,后者造成干旱无雨,推波助澜,不仅使大火长期不能熄灭,而且大火波及的范围越来越大,据卫星照片,被烧毁的森林在(60~80)×104hm2之间,同时一些热带雨林地下的泥煤已开始着火燃烧。燃烧产生的烟尘和其他有害气体冲向空中,快速扩散到印度尼西亚和马来西亚全境,并波及到邻近的泰国、新加坡、文莱、菲律宾等国家。这次烟雾事件使东南亚国家能见度降低,最严重的苏门答腊岛能见度只有几十米,城市交通几乎瘫痪;烟雾中的微粒使人们受到严重的影响,口罩成为抢手货;发生多起空中、海上和陆上交通事故,其中最严重的有造成234人死亡的恶性空难事故和在马六甲海峡的货轮相撞事故;导致东南亚国家大量直接经济损失,森林加工、旅游业、制造业、种植业、交通运输等均受到不同程度的影响。


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