10．1．3　主要环境污染物及其环境毒理学效应

1．主要环境污染物及来源

人类的活动所产生的环境污染物，一般可分为物理性、化学性和生物性三大类。化学性污染物主要有无机物（汞、镉、砷、铬、铅、氰化物、氟化物等）、有机物（有机磷、有机氯、多氯联苯、酚、多环芳烃等）；物理性污染物主要有噪声、振动、放射性、非电离电磁波、热污染等；生物性污染物主要有细菌、病毒、原虫等病原微生物。其中化学性污染物是主要的、大量的。表10-1给出了环境中主要污染物及其来源。

表10-1　环境中主要污染物及其来源

续表

2．主要环境污染物的毒理学效应

1）大气主要污染物

（1）二氧化硫。

二氧化硫（SO₂）主要由煤及燃料油等含硫物质燃烧产生，其次是来自自然界，如火山爆发、森林起火等产生。SO₂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支气管炎、肺炎，甚至肺水肿、呼吸麻痹。短期接触含SO₂浓度为0．5mg/m³空气的老年或慢性病人死亡率增高，浓度高于0．25mg/m³时，可使呼吸道疾病患者病情恶化，长期接触含SO₂浓度为0．1mg/m³空气的人群呼吸系统病症增加。另外，SO₂易使金属材料、房屋建筑、棉纺化纤织品、皮革纸张等制品腐蚀、剥落、褪色而损坏，还可使植物叶片变黄甚至枯死。国家环境空气质量标准规定，居住区SO₂日平均浓度应不高于0．15mg/m³，年平均浓度应不高于0．06mg/m³。

（2）氮氧化物。

大气中含氮的氧化物有氧化亚氮（N₂O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO₂）、三氧化二氮（N₂O₃）等，其中占主要成分的是NO和NO₂，习惯上以NO_x表示。NO_x污染主要来源于生产、生活中所用的煤、石油等燃料的燃烧，其次是来自生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。

N₂O比NO的毒性高4倍，可引起肺损伤，甚至造成肺水肿。慢性氮中毒可致气管、肺病变。吸入NO，可引起变性血红蛋白的形成并对中枢神经系统产生影响。NO_x对动物的影响浓度大致为1．0mg/m³，对病患者的影响浓度大致为0．2mg/m³。国家环境空气质量标准规定，大气NO₂日均浓度一级标准为不高于0．08mg/m³，年平均浓度一级标准为不高于0．04 mg/m³。

（3）粒子状污染物。

大气中的粒子状污染物数量大、成分复杂，它本身可以是有毒物质或是其他污染物的运载体，其主要来源于煤及其他燃料的不完全燃烧而排出的煤烟、工业生产过程中产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风的扬尘等，以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物。

在空气污染监测中，粒子状污染物的监测项目主要为总悬浮颗粒物、自然降尘和飘尘。①总悬浮颗粒物（TSP），是指能悬浮在空气中、空气动力学当量直径不大于100μm的颗粒物，其对人体的危害程度主要取决于自身的粒度大小及化学组成。TSP中粒径大于10μm的物质，几乎都被鼻腔和咽喉所捕集，不进入肺泡。②自然降尘，是指粒径大于10μm的在空气中经重力作用就能沉降到地面上的灰尘，其来源以风沙扬尘为主。人吸入灰尘会增加呼吸道的阻力，使呼吸道出现狭窄现象。③可吸入颗粒物（PM10），是指悬浮在空气中、空气动力学当量直径不大于10μm的颗粒物，也称为飘尘，可经过呼吸道沉积于肺泡。慢性呼吸道炎症、肺气肿、肺癌的发病与空气颗粒物的污染程度明显相关，当长年接触颗粒物浓度高于0．2mg/m³的空气时，其呼吸系统病症增加。国家环境空气质量标准规定可吸入颗粒物日均浓度一级标准不高于0．05mg/m³，年均浓度一级标准不高于0．04mg/m³。

（4）酸雨。

降水的pH值低于5．6时，降水即为酸雨。煤炭燃烧排放的SO₂和机动车排放的NO_x是形成酸雨的主要因素，其次，气象条件和地形条件也是影响酸雨形成的重要因素。降水酸度pH＜4．9时，将会对森林、农作物和材料产生明显损害。

（5）一氧化碳。

一氧化碳（CO）是无色、无臭的气体，主要来源于含碳燃料、卷烟的不完全燃烧，其次是炼焦、炼钢、炼铁等工业生产过程所产生的。人体吸入CO易与血红蛋白相结合生成碳氧血红蛋白，从而降低血流载氧能力，导致意识力减弱、中枢神经功能减弱、心脏和肺呼吸功能减弱，受害人感到头昏、头痛、恶心、乏力，甚至昏迷死亡。国家环境空气质量标准规定，居住区CO日均浓度一级标准为不高于4．00mg/m³。

（6）氟化物。

氟化物是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以及磷肥厂、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作用，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。国家环境空气质量标准规定，城市地区氟化物日均浓度限值为不高于7μg/m³。

（7）铅及其化合物。

这里是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。其临床症状为贫血、末梢神经炎，出现运动和感觉异常的现象。我国尿铅小于80μg/L为正常值，血铅正常值小于50μg/L。

2）地面水主要污染物

（1）石油类污染物。

石油污染是水体污染的重要类型之一，对水质和水生生物有相当大的危害。它主要来源于石油的开采、炼制、储运、使用和加工过程，特别是在河口、近海水域更为突出。排入海洋的石油估计每年高达数百万吨至上千万吨，约占世界石油总产量的5‰。石油污染物主要来自工业排放，清洗石油运输船只的船舱、机件及发生意外事故、海上采油的泄漏等均可造成石油污染。而油船事故属于爆炸性的集中污染源，危害是毁灭性的。石油是烷烃、烯烃和芳香烃的混合物，进入水体后的危害是多方面的。如漂浮在水面上的油类可迅速扩散，在水上形成油膜，阻碍水体复氧作用，使水中溶解氧减少；油类黏附在鱼鳃上，可使鱼窒息；黏附在藻类、浮游生物上，可使它们死亡。石油类会抑制水鸟产卵和孵化，严重时使鸟类大量死亡。石油类含有多环芳烃致癌物质，可经水生生物富集后危害人体健康。

（2）耗氧污染物。

在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物将进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气体，使水质进一步恶化。水体中有机物成分非常复杂，耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程中所消耗的氧量表示，即以生化需氧量（BOD）表示。一般用20℃时，五日生化需氧量（BOD₅）表示。

（3）植物营养物。

植物营养物主要是指氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化、使BOD₅升高的物质。水体中营养物质过量所造成的富营养化对于湖泊及流动缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严重问题。常用氮、磷含量，生产率（O₂）及叶绿素a作为水体富营养化程度的指标。防治水体富营养化，必须控制进入水体的氮、磷含量。

（4）有毒污染物。

有毒污染物指的是进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或持久的病理状态，甚至危及生命的物质，如重金属和难分解的有机污染物等。污染物的毒性与摄入机体内的数量有密切关系。同一污染物的毒性也与它的存在形态有密切关系，价态或形态不同，其毒性可以有很大的差异。如Cr（Ⅵ）的毒性比Cr（Ⅲ）的大，As（Ⅲ）的毒性比As（Ⅴ）的大，甲基汞的毒性比无机汞的毒性大得多。另外污染物的毒性还与若干综合效应有密切关系。

有毒污染物主要有以下几类。

①重金属。如汞、镉、铬、铅、钒、钴、钡等，其中汞、镉、铅危害较大。重金属在自然界中一般不易消失，它们能通过食物链而被富集。由于它们容易发生价态变化，在水中常发生各种化学反应。它们进入人体后，抑制酶的合成，破坏人体酶的正常活动。这类物质除直接作用于人体引起疾病外，某些金属还可能促进慢性病的发展。水体中汞对人体的危害主要表现为头痛、头晕、肢体麻木和疼痛等。总汞中的甲基汞在人体内极易被肝和肾吸收，其中只有15%被脑吸收，但首先受损的是脑组织，并且难以治疗，往往促使死亡或遗患终生。

②无机阴离子。主要是NO-₂、F-、CN-。NO-₂是致癌物质，CN-是剧毒物质，水体中氰化物主要来源于冶金、化工、电镀、焦化、石油炼制、石油化工、染料、药品生产以及化纤等工业废水。氰化氢对人的致死量平均为50μg，氰化钠约100μg，氰化钾约120μg。氰化物经口、呼吸道或皮肤进入人体，极易被人体吸收，急性中毒症状表现为呼吸困难、痉挛、呼吸衰竭并导致死亡。

③有机农药、多氯联苯。目前世界上有机农药大约有6000种，常用的大约有200多种。农药喷在农田中，经淋溶等作用进入水体，产生污染作用。有机磷农药的毒性虽大，但一般容易降解，积累性不强，因而对生态系统的影响不明显。而绝大多数的有机氯农药，毒性大，几乎不降解，积累性甚高，对生态系统有显著影响。多氯联苯是联苯分子中一部分氢或全部氢被氯取代后所形成的各种异构体混合物的总称，一般以四氯或五氯化合物为最多。由于多氯联苯化学性质十分稳定，难以和酸、碱、氧化剂等作用，有高度耐热性，在1000～1400℃高温下才能完全分解，因而多氯联苯被广泛用作电器绝缘材料和塑料增塑剂等。多氯联苯剧毒，一般极难溶于水，脂溶性大，易被生物吸收，在水体和生物中很难降解，故一旦侵入肌体就不易排出，而易聚集于脂肪组织、肝和脑中，引起皮肤和肝脏损坏。

④致癌物质。致癌物质大体分为三类：稠环芳香烃（PAHs），如3，4-苯并芘等；杂环化合物，如黄曲霉素等；芳香胺类，如甲、乙苯胺，联苯胺等。

PAHs多达数百种，属芳香烃的多环同系物，具有相似的物理化学性质。多环芳烃是含碳化合物在温度高于400℃时，经热解环化和聚合作用而形成的产物，多由石油、煤等燃料以及木材和可燃性气体等在不完全燃烧或高温处理条件下所产生，排入大气后经沉降和雨洗等途径到达地表，引起地表水和地下水的污染。生物毒性实验表明，许多PAHs具有致癌作用，是公认的有毒有机污染物。美国环保局公布的129种优先控制污染物中有16种多环芳烃。

⑤一般有机物质。如酚类化合物就有2000多种。水体中的酚类化合物主要来源于含酚废水，如焦化厂、煤气厂、煤气发生站、石油炼厂、木材干馏、合成树脂、合成纤维、染料、医药、香料、农药、玻璃纤维、油漆、消毒剂、化学试剂等的工业废水。酚类属于有较高毒性的化合物，主要破坏细胞原浆，低浓度酚能使蛋白质变质，高浓度酚能使蛋白质沉淀，对各种细胞有直接损害，对皮肤和黏膜有强烈的腐蚀作用。酚类化合物对鱼类有毒害作用，鱼肉中带有煤油味就是受酚污染的结果。人长期饮用含酚污染的水，可引起头昏、出疹、瘙痒、贫血和各种神经系统症状，甚至中毒死亡。腈类化合物也有毒性，其中丙烯腈的环境影响最为引人注目。

⑥病原污染物。生活污水、畜禽饲养场、屠宰场，以及制革、洗毛和医院等排出的废水中常含有各种病原体，如病菌、病毒、寄生虫等。水体受到病原体污染会传播疾病，历史上流行的瘟疫，有的就是水媒型传染病。如1848年和1854年英国两次霍乱流行，死亡万余人，1892年德国汉堡霍乱流行，死亡750余人，均是水污染引起的。病毒可引起小儿麻痹、传染性肝炎，细菌或寄生虫可引起血吸虫病、姜片虫病、痢疾、伤寒、副伤寒、霍乱、病毒性肝炎、阿米巴痢疾等。

病原体污染的特点是：数量大、分布广、存活时间较长、繁殖速度快、易产生抗药性，很难绝灭；传统的二级生化污水处理及加氯消毒后，某些病原微生物、病毒仍能大量存活。受病原体污染后的水体，微生物激增，其中许多是致病菌、病虫卵和病毒，它们往往与其他细菌和大肠杆菌共存，所以通常规定用细菌总数和大肠杆菌指数及菌值数为病原体污染的直接指标。常见的混凝、沉淀、过滤、消毒处理能够去除水中99%以上的病毒，如出水浊度大于0．5度时，仍会伴随病毒的穿透。

⑦放射性污染物。放射性污染是放射性物质进入水体后造成的。放射性污染物主要来源于核动力工厂排出的冷却水，向海洋投弃的放射性废物，核爆炸降落到水体的散落物，核动力船舶事故泄漏的核燃料。开采、提炼和使用放射性物质时，如果处理不当，也会造成放射性污染。水体中的放射性污染物可以附着在生物体表面，也可以进入生物体蓄积起来，还可通过食物链对人产生内照射。水中主要的天然放射性元素有⁴⁰ K、²³⁸ U、²⁸⁶ Ra、²¹⁰Po、¹⁴ C、³ H等。目前，在世界任何海区几乎都能测出⁹⁰Sr、¹³⁷Cs。

⑧酸、碱、盐无机污染物。各种酸、碱、盐等无机物进入水体后，使淡水资源的矿化度提高，影响各种用水水质。盐污染主要来自生活污水和工矿废水以及某些工业废渣。另外，由于酸雨规模日益扩大，造成土壤酸化、地下水矿化度增高。水体中无机盐增加能提高水的渗透压，对淡水生物、植物生长产生不良影响。在盐碱化地区，地面水、地下水中的盐将对土壤质量产生更大影响。

⑨热污染。热污染是一种能量污染，是工矿企业向水体排放高温废水造成的。一些热电厂及各种工业过程中的冷却水，若不采取措施，直接排放到水体中，均可使水温升高，水中化学反应、生化反应的速度随之加快，进而使某些有毒物质（如氰化物、重金属离子等）的毒性提高，溶解氧减少，影响鱼类的生存和繁殖，加速某些细菌的繁殖，助长水草丛生，厌气发酵，产生恶臭味。

水体增温显著地改变了水生生物的习性、活动规律和代谢强度，从而影响到水生生物的分布和生长繁殖。增温幅度过大和升温过快，对水生生物有致命的危险。水体增温加速了水生态系统的演替或破坏。例如：硅藻在20℃的水中为优势种；水温32℃时，绿藻为优势种；水温37℃时，只有蓝藻能生长。鱼类种群也有类似变化：对狭温性鱼类来说，在10～15℃时，冷水性鱼类为优势种群；超过20℃时，温水性鱼类为优势种群；当水温为25～30℃时，热水性鱼类为优势种群。水生生物种群之间的演替，以食物链（网）相联结，升温促使某些生物提前或推迟发育，导致以此为食的其他种生物因得不到充足食料而死亡。

水体升温加速了水及底泥中有机物的生物降解和营养元素的循环，有机物降解又加速了水中溶解氧消耗。某些有毒物质的毒性随水温上升而加强，例如，水温升高10℃，氰化物毒性就增强一倍。而生物对毒物的抗性，则随水温的上升而下降。

水体热污染区域可分为强增温带、适度增温带和弱增温带。热污染的有害效应一般局限在强增温带，对其他两带的不利影响较小，有时还产生有利效应。热污染对水体影响程度取决于热排放工业类型、排放量、受纳水体特点、季节和气象条件等。

各国对水热污染及其影响进行了多方面的研究，并制定了冷却水温度的排放标准。美国、苏联等国按不同季节和水域制定了冷却水温度的排放标准；德国以不同河流的最高允许增温幅度为依据，制定了冷却水温度排放标准；瑞士则以排热口与混合后的增温界限为最高允许值，确定排放标准。我国的地表水环境质量标准中明确规定了Ⅱ类～Ⅴ类水体中，人为造成的环境水温变化应限制在周平均最大温升不高于1℃，周平均最大温降不高于2℃。

除了上述九类污染物以外，洗涤剂等表面活性剂也会对水环境造成污染，使水体产生泡沫，阻止了空气与水接触而降低溶解氧，同时由于有机物的生化降解耗用水中溶解氧而导致水体缺氧。另外，高浓度表面活性剂对微生物有明显毒性。

3）噪声

从物理定义而言，振幅和频率上完全无规律的振荡称为噪声。从环境保护角度而论，凡是人们所不需要的声音统称为噪声。噪声的显著特点是：无污染物存在、不产生能量积累、时间有限、传播不远、振动源停止振动则噪声消失、不能集中治理。噪声来源于交通工具、工厂机器设备、建筑施工和社会、家庭活动。

噪声对人类的危害是多方面的，其主要表现为听力损伤、睡眠干扰、人体的生理和心理影响。当人在100dB左右噪声环境中工作时会感到刺耳、难受，甚至引起暂时性耳聋。超过140dB的噪声会引起眼球的振动，视觉模糊，呼吸、脉搏、血压都会发生波动，甚至会使全身血管收缩、供血减少，说话能力受到影响。