环境与食品安全第三章大气对食品

重点与难点：大气环境的好坏直接影响着食品原料生产的产量和质量。由于大气污染物在食品原料内积累，进入食物链，使人和各种动物中毒，造成巨大的经济损失。因此，有必要开展大气污染对食品原料生产的危害研究，了解大气污染的主要来源，以及控制大气污染最主要的措施。3.1大气污染概述3.1.1大气污染及污染源大气污染是指由于人类的活动或自然过程使得某些物质进入大气中，改变了大气圈中某些原有成分和产生了某些有毒有害物质，致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，并可造成对建筑和设备财产等的损坏。大气污染主要是人类活动造成的。人为造成大气污染的污染源较多，根据不同的研究目的以及污染源的特点有不同的分类方法。按照生产污染的人类社会活动不同，可将人为污染源分为以下四类：3.1大气污染概述3.1.1.1工农业污染源工业用燃料燃烧排放的废气以及工业生产过程的排气等是大气污染的主要来源。这类污染源的特点是污染物排放量大而集中，同时污染物的种类繁多而复杂。根据统计，2001年我国二氧化硫的排放总量为1947.8万吨，其中工业来源的为1566.6万吨；烟尘排放量为1059.1万吨，其中工业烟尘为841.2万吨。此外，工业粉尘排放量为990.6万吨。农业污染源包括农用燃料排放的废气，某些有机氯农药对大气的污染，施用的氮肥分解产生的氨、氮氧化物等。3.1大气污染概述（1）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，其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、镉等的化合物。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。燃料完全燃烧时的主要污染物是二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、水汽和灰分。不完全燃烧时，则会产生一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、醛类、碳粒、多环芳烃等。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%~0.4%，但是重庆地区所产煤的含硫量高达8%。我国石油的含硫量0.1%~0.8%，而中东地区的石油含硫量一般为1.5%~2.5%，有的甚至高达4%以上。3.1大气污染概述（2）工业生产过程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。不同种类工业企业排放的主要污染物见表2-2工业部门企业名称排除的主要污染物建材水泥厂水泥、烟尘砖瓦厂氟化氢、二氧化硫玻璃厂氟化氢、二氧化硅、硼沥青油毡厂油烟、苯并[a]芘、石棉、一氧化碳电力火力发电厂烟尘、二氧化硫、二氧化碳、二氧化氮、多环芳烃冶金钢铁厂烟尘、二氧化硫、一氧化碳、氧化铁粉尘、氧化钙粉尘、锰焦化厂烟尘、二氧化硫、一氧化碳、酚、苯、硫化氢、烃类有色金属冶炼厂烟尘（含有各种金属）、二氧化硫、汞蒸气铝厂氟化氢、氟尘、氧化铝3.1大气污染概述工业部门企业名称主要污染物化工石油化工厂二氧化硫、硫化氢、氰化物、烃类、氮氧化物、氯化物氮肥厂氮氧化物、一氧化碳、硫酸气溶胶、氨、烟尘磷肥厂烟尘、氟化氢、硫酸气溶胶硫酸厂二氧化硫、氮氧化物、砷、硫酸气溶胶氯碱工厂氯化氢、氯气化学纤维厂氯化氢、二氧化碳、甲醇、丙酮、氨、烟尘、二氯甲烷合成橡胶厂订间二烯、苯乙烯、乙烯、异戊二烯、二氯乙烷、二氯乙醚、乙醇硫、氯代甲烷农药厂砷、贡、氯冰晶石工厂氟化氢轻工造纸厂烟尘、硫醇、硫化氢、臭氧仪器仪表厂汞、氰化物、铬酸灯泡厂汞、烟尘机械机械加工厂烟尘3.1大气污染概述3.1.1.2生活污染源来自生活的大气污染主要来源于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。如果燃料设备效率低，燃烧不完全，烟囱高度低或者无烟囱可造成大量的污染物低空排放。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。3.1大气污染概述3.1.1.3交通运输污染源交通运输污染源是指汽车、火车、轮船、飞机等交通运输工具燃烧燃料或燃料蒸发等过程造成的排放。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、氮氧化合物、一氧化碳、多环芳烃和醛类。和工业企业相比，交通运输工具具有小型、分散、流动的特点，但是由于其数量庞大、污染物排放总量也相当可观。3.1大气污染概述3.1.1.4其他污染源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，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弃也可以影响大气环境。3.1大气污染概述3.1.2大气中污染物的迁移转化各种污染物质由污染源头输入大气，在源头附近浓度较大，随着与越来越多空气的混合，浓度逐渐稀释。这种稀释作用可被重力沉降、降水清除、地表吸收以及大气中的化学转化等过程加速。因此，大气中污染物的迁移转化主要包括以下几个方面。（1）扩散：通过分子扩散和气团扩散可以对大气污染物起到稀释及迁移作用，这种过程一方面能够降低其对大气的污染，两一方面也会扩大污染区域。影响大气污染物扩散能力的主要气象因素是风、大气湍流、温度层结和大气稳定度。3.1大气污染概述（2）沉降与水汽结合的气态大气污染物或颗粒态大气污染物由于受重力作用而迁移到其他圈层成为沉降。通常分为干沉降和湿沉降两种。通过沉降可以减轻或者消除大气污染，但是也会使污染物向其他圈层迁移带来二次污染。（3）化学转化通过扩散和沉降等物理迁移过程，污染物在大气圈和其他圈层之间发生空间位移；而通过光解、酸性中和、氧化还原以及聚合等反应可以去除污染，或成为更大毒性的二次污染物。3.1大气污染概述3.1.3危害植物的大气污染物及其毒性分级3.1.3.1大气污染物分类根据大气污染物的化学性质，大体可将常见的大气污染物分成6类：（1）氧化性污染物：臭氧、氯气、氮氧化物、PAN（2）还原性污染物：二氧化硫、硫化氢、甲醛、乙醛、丙烯醛、（3）酸性污染物：氟化氢、四氟化硅、氯化氢、硫酸和硝酸烟雾（4）碱性污染物：氨气、水泥粉尘等、（5）有毒有机物：乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、甲醇（6）固体颗粒物：烟尘、粉尘、重金属及其氧化悬浮颗粒物3.1大气污染概述2.1.3.2毒性分级各种大气污染物对植物的毒性强弱有很大差异，大致可分为3级：（1）A级（强毒性）有氟化氢、四氟化硅、臭氧、乙烯、过氧乙酰硝酸酯及其同系物等。它们在大气中浓度达到0.1~100微克/立方米时就能对植物产生直接毒性。（2）B级（中等毒性）二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物、氯气、氯化氢、硫酸烟雾和硝酸烟雾。伤害浓度范围是0.1~100毫克/立方米。（3）C级（毒性较弱）甲醛、氨气、氰化氢、硫化氢等伤。害浓度范围是高于100毫克/立方米。3.2大气对食品原料生产的影响3.2.1大气污染物对植物性食品原料影响的一般规律（论述）3.2.1.1入侵途径：植物气孔是污染物入侵植物组织的最主要途径，气孔的开闭状况对植物受害程度有严重影响。3.2.1.2危害的基本类型：可见性危害：是由于植物茎叶吸收较高浓度的污染物或者长期暴露在被污染的大气环境中而出现的可以看到的受害现象。生理危害：是指在浓度特别低时，污染物对植物的生理生化过程产生一定影响，但其影响程度未达到叶片受害症状水平，而仅对生育有一定抑制，对产量有轻微的影响。隐形危害：污染物逐渐在植物体内积累而不影响植物本身的正常生长，但积累达到一定程度后会毒害取食的动物和人类。3.2大气对食品原料生产的影响3.2.1.3产生危害的影响因素（1）污染物的浓度和接触时间（2）植物抗性（3）污染物的作用时段（4）气象条件（5）田间管理3.2大气对食品原料生产的影响3.2.2典型大气污染物的影响3.2.2.1二氧化硫毒害机理：（1）过量的二氧化硫溶于水生成亚硫酸，产生大量氢离子，降低了细胞的pH值，打破细胞生理生化过程的动态平衡，严重时导致叶绿素分解；（2）亚硫酸可以与醛类物质反应，阻碍光合作用中ATP的产生；（3）亚硫酸酸根可以与细胞膜发生作用，改变细胞膜的选择透过性，使得钾钠离子外渗；（4）亚硫酸根对细胞中的某些酶存在竞争性抑制作用；（5）亚硫酸根水平提高会抑制巯基（抗氧化）的活性；（6）亚硫酸化的连锁反应中会产生氧化自由基。3.2大气对食品原料生产的影响3.2.2.2氟化物氟化氢对作物的影响机理：（1）抑制叶绿素的合成（2）抑制植物蛋白质、核酸的合成，并加速其分解（3）影响酶活性（4）影响碳、氮代谢（5）破坏叶面表皮的微结构（6）损伤细胞膜结构3.2大气对食品原料生产的影响3.2.2.3氯气氯气进入植物组织后产生的次氯酸是较强的氧化剂，会使叶绿素分解，在急性中毒症状时，表现为部分组织坏死。3.2.2.4氮氧化物氮氧化物对植物的毒性较其他大气污染物弱，一般不会产生急性伤害，而慢性伤害能抑制植物生长。氮氧化物对植物的危害症状与二氧化硫的危害症状相似。3.2大气对食品原料生产的影响3.2.2.5大气复合污染物复合污染作用方式：相加作用、拮抗作用、协同作用、独立作用。（1）二氧化硫和臭氧对植物的复合污染（2）二氧化硫和氮氧化合物的复合污染3.2大气对食品原料生产的影响3.2.2.6光化学烟雾光化学烟雾对植物的有害成分主要是臭氧和PAN（过氧乙酰硝酸酯）等。臭氧对植物的危害主要从叶背气孔侵入，通过周边细胞、海绵细胞间隙，到达栅栏组织，使其首先受害，然后再侵害海绵细胞，形成透过叶片的密集的红棕色、紫色、褐色或黄褐色的细小坏死斑点。PAN对植物的毒性很强。症状表现为叶子背面海绵细胞或下表皮细胞原生质被破坏，使叶背面逐渐变成银灰色或者古铜色，而叶子正面却无受害症状。3.2大气对食品原料生产的影响3.2.2.7酸雨酸雨对植物叶片、花、植物种子萌发和幼苗生长、植物矿质营养代谢、营养生长、生殖生长都会产生一定的影响2.2.2.6大气颗粒物大气颗粒物是一些成分复杂、大小不一的球形体。其对植物的危害性也因其组分和数量的不同而表现各异。（1）颗粒污染物对植物的直接伤害（2）颗粒污染物通过外界环境对植物造成间接伤害（3）植物对粉尘污染的防止3.2大气对食品原料生产的影响3.3大气污染的控制措施控制大气污染的最主要措施是：（1）改变能源消费结构，采用清洁能源或进行新能源开发，以减少二氧化硫、氮氧化物、氟化物、粉尘的排放；（2）改进燃烧装置和燃烧技术以提高燃烧效率和降低二氧化硫、氮氧化物、氟化物、粉尘的排放量；（3）采用无害生产工艺或低污染的生产工艺（如工艺过程封闭和二氧化硫、氮氧化物的循环利用控制），加强企业管理以减少二氧化硫、氮氧化物、氯气、氟化物的事故性排放和逸散。3.3大气污染的控制措施3.3.1脱硫、脱氮、除尘技术（1）脱硫技术燃烧前燃料脱硫：煤炭的洗选和转化。燃烧过程脱硫：燃用固硫型煤和循环化床燃烧脱硫。燃烧后烟气脱硫：湿法（碱性吸收液）干法（固体吸收剂）半干法（喷雾干燥法：雾化的脱硫剂浆液）3.3大气污染的控制措施（2）脱氮技术低氮氧化物生燃烧技术：利用改变燃烧条件和燃烧方法来控制氮氧化物产生及减少燃料中氮向氮氧化物的转化率。（缺点：降低燃烧效率）烟气脱硝：用液态或者固态的吸收剂或者吸附剂来吸收氮氧化物以达到脱氮的目的。包括：湿法脱硝和干法脱硝。3.3大气污染的控制措施3.3.2除尘技术从气体中除去者收集固态或者液态粒子的设备为除尘装置或除尘器。根基主要除尘机理，目前常用的除尘器可以分为：机械除尘器电除尘器过滤试除尘器湿式除尘器3.3大气污染的控制措施3.3.2植物净化植物是大气污染的受害者，同时又能通过对污染物的吸收、吸附和过滤作用净化空气，减轻大气污染。植物对二氧化硫的净化作用大致包含两部分：（1）植物表面附着粉尘等固体污染物而吸附一部分二氧化硫。（2）二氧化硫通过植物体表面被吸收到