第二章大气卫生

大气卫生第一节大气的特征及其卫生学意义一、大气的结构按气温的垂直变化特点，可将大气层自下而上分为对流层、平流层、中间层（上界为85km左右）、热成层（上界为800km左右）和逸散层（没有明显的上界）。（一）对流层对流层：大气圈中最靠近地面的一层，厚度约12km。占大气总质量75%的空气和几乎全部水蒸汽量，是天气变化最复杂的层次。特点：①气温随着高度的增加而降低。垂直温度递减率：高度每增加１００米气温下降的度数。通常为０．６５℃②空气具有强烈的对流运动。对流层的状况对人类生活的影响最大，与人类关系最密切。（二）平流层平流层位于对流层之上，其上界伸展至约55km处。特点：⑴又称同温层，在30～35km以下，温度随高度的增加而变化不大，气温趋于稳定。⑵空气气流以水平运动为主。⑶可形成臭氧层：在高约15～35km处有厚约20km的臭氧层，其分布有季节性变动。臭氧层功能：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。（三）中间层平流层顶至85km处的范围称为中间层。气温随高度增加而降低。（四）热成层位于85～800km的高度之间。气体处于电离状态。气温随高度的增加而增加。能反射无线电波，对于无线电通讯有重要意义。（五）逸散层800km以上的区域统称为逸散层，也称外层大气。该层大气稀薄，气温高，分子运动速度快。二、大气的组成三、大气的物理性状大气的物理性状主要有太阳辐射、气象条件和空气离子等。（一）太阳辐射⑴紫外线作用：①具有色素沉着、红斑、抗佝偻病、杀菌和免疫增强作用。②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。③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。(2)红外线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，具有消炎和静作用；过强则可引起日射病和红外线白内障等(3)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。（二）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。（三）空气离子大气中带电荷的物质统称为空气离子。分为轻离子和重离子，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。空气离子作用：空气阴离子：对机体具有镇静、催眠、镇痛、镇咳、降压等作用。阳离子：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。第二节大气污染及大气污染物的转归一、大气污染的来源大气污染包括天然污染和人为污染天然污染主要由于自然原因形成，例如火山爆发、森林火灾等。人为污染由于人们的生产和生活活动造成的，可来自固定污染源（如烟囱、工业排气管等）和流动污染源（汽车、火车等各种机动交通工具）。主要叙述人为活动引起的大气污染。(一)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。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。1.燃料的燃烧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，石油的主要杂质是硫化物和氮化物，燃料所含杂质与其产地有关。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,还与燃烧状态有关。燃料燃烧分为:完全燃烧和不完全燃烧完全燃烧条件:足够的温度;足够的时间;保证每个部位都有机会燃烧.完全燃烧主要污染物是:CO2、SO2、NO2、水汽和灰分。燃烧不完全时主要产物是:CO、硫氧化物、氮氧化物、醛类、碳粒、多环芳烃等。2.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。不同类型工业企业排放的主要污染物见相关表格。（二）生活炉灶和采暖锅炉采暖锅炉是采暖季节大气污染的重要原因。生活炉灶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。（三）交通运输交通运输工具主要燃料是汽油、柴油。随着机动车数量的增加，汽车尾气排放已成为我国许多大城市中大气污染的主要来源之一。（四）其他地面尘土飞扬；水体和土壤中的挥发性化合物也易进入大气；意外事件，例如工厂爆炸、火灾、核泄漏均能严重污染大气；火葬场、垃圾焚烧炉产生的废气也可以影响大气环境。二、大气污染物的种类按其属性分：①物理性②化学性③生物性以化学性污染物种类最多、污染范围最广按存在状态分：气态污染物和颗粒污染物按形成过程分：一次污染物和二次污染物（一）气态污染物气态污染物包括气体和蒸汽。气态污染物分为5类：1.含硫化合物2.含氮化合物。3.碳氧化合物。4.碳氢化合物。5.卤素化合物。（二）颗粒污染物大气颗粒物有固体和液体两种形态。固体颗粒中较小的有碳黑、碘化银、燃烧颗粒核等，较大的有水泥粉尘、土尘、铸造尘和煤尘等。液体颗粒物主要有雨滴、雾和硫酸雾等。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。颗粒物按粒径可分为：1.总悬浮颗粒物（TSP）指粒径≤100µm的颗粒2.可吸入颗粒物（PM10）指粒径≤10µm的颗粒物，也称为飘尘3.细粒子(PM2.5)指粒径≤2.5µm的细颗粒。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，PM2.5更易于吸附有毒的有机物和重金属，对健康的危害极大。4.超细颗粒物指粒径≤0.1µm（一）一次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污染物。如SO2、CO等（二）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。常见的有光化学烟雾等，二次污染物对环境和人体的危害要比一次污染物大。三、影响大气中污染物浓度的因素（一）污染源的排放情况1．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的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。2．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。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。3．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.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。在其它条件相同时，排出高度越高，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。（二）气象因素1．风和湍流。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）。反映某地区一定时期内的主导风向。全年污染以全年主导风向的下风向地区污染最严重。湍流：风速时大时小，上下、左右出现无规则的摆动称之。湍流运动使气体充分混合，有利于污染物的稀释和扩散。2．温度层结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（1）气温的垂直分布：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（γ）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℃。实际上气温的垂直分布可出现三种情况：①气温随高度递减，一般出现在晴朗的白天，风速小。此时γ＞0，空气的垂直对流良好；②气温随高度递增，此现象称为逆温，此时γ＜0③气温不随高度变化,此时γ=0。（2）逆温的类型：根据逆温发生的原因可分为辐射逆温、下沉逆温、地形逆温等。（3）大气稳定度：大气稳定度表示气体垂直运动的程度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（γd）来表示。干燥空气的γd为0.986℃/100m，即每上升100m，温度下降0.986℃。大气的稳定程度与大气垂直温度递减率（γ）的绝对值及其与γd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影响，γ经常发生变化。当γ＞γd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γ＜γd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γ=γd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。3．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，大气呈中性或不稳定状态，有利于污染物的扩散和稀释。高压时，不利于污染物扩散4．气湿即大气中含水的程度，通常用相对湿度（%）表示。气湿大时局部污染加重。（三）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。人口密集的城市热量散发大于郊区，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，称为热岛现象。在这种情况下，可把郊区排放的污染物引入城市，加重市区的大气污染。四、大气污染物的转归（一）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，方式：1．扩散和沉降是大气污染物净化的主要方式。2．发生氧化和中和反应例如，CO可以被氧化为CO2等。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。（二）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气体可以垂直上升至平流层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。（三）形成二次污染和二次污染物有些大气污染物转移到其他环境介质后，在一定条件下仍可回到大气环境，造成二次污染。大气中的一次污染物也可以转化成二次污染物。第三节大气污染对人体健康的影响一、大气污染物进入人体的途径大气污染物主要通过呼吸道进入人体，小部分污染物也可以通过食物、饮水、皮肤进入体内。二、大气污染对健康的直接危害（一）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。1.烟雾事件根据烟雾形成的原因，分为煤烟型烟雾事件和光化学烟雾事件。（1）煤烟型烟雾事件：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。世界各地曾经发生过许多起大的烟雾事件。其中以1952年12月在伦敦发生的最为严重。1952年12月5至9日，英国许多地区被浓雾覆盖，大气呈逆温状态。伦敦最严重，气温在-3℃至4℃之间，空气静止，浓雾不散，4～5天内持续不变。空气中的污染物浓度不断增高，烟尘浓度为平时的10倍。SO2的最高浓度为平时的6倍。伦敦烟雾事件症状：胸闷、咳嗽、咽痛、呕吐。第一周，死亡人数突然猛增，死亡总数为4703人，第二周，死亡人数为3138人，仍较平时成倍增加。此后两个月内，陆续有8000人死亡。这次事件造成的超额死亡人数达12000人。主要大气污染物是：烟尘、SO2以及硫酸雾。烟尘含有的三氧化二铁等金属氧化物，可催化SO2氧化成硫酸雾，刺激作用增强10倍。（2）光化学型烟雾事件：汽车尾气中的氮氧化物（NOX）和碳氢化合物（HCs）和挥发性有机物在紫外线的照射下，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。主要成分是：臭氧、醛类以及各种过氧酰基硝酸酯，称为光化学氧化剂。臭氧约占90％以上，PANs约占10％。光化学型烟雾最早出现在美国的洛杉矶。2.事故性排放引发的急