环境卫生学03第三章 大气卫生

第三章大气卫生

(AtomosphericHygiene)第一节大气的特征和卫生学意义一、大气的垂直结构●外层（逸散层）●热层●中间层●平流层（同温层）●对流层地球大气-60℃0℃+60℃---------------------------------------------------------------020406080100120800高度（公里）对流层平流层中间层热层（电离层）（同温层）外层（逸散层）大气结构示意图03层1、对流层●

包含空气总量的95%，含有一定量的水蒸汽、烟尘、微生物等夹杂物●

有云、雾、雷、雨等气象现象(troposphere)●

空气垂直对流●

垂直温度递减--------0.65℃/100m热冷热冷r>0r<0

大气不稳定有利污染物扩散

大气稳定不利污染物扩散●空气稀薄●空气水平流动、温度恒定●存在臭氧层(ozonelayer)O2

O+O紫外线O2+OO32.平流层(stratosphere)二、大气正常化学组成干燥空气的组成空气成分容积百分比重量百分比氮(N2)78.0975.51氧(O2)20.9523.15氩(Ar)0.931.28二氧化碳(CO2)0.030.046氖(Ne)0.00180.00125氦(He)0.000520.000072甲烷(CH4)0.000220.00012氪(K2)0.00010.00029一氧化二氮(N2O)0.000050.00008氢(H2)0.000050.0000035氙(Xe)0.000008

0.000036臭氧（O3)0.0000040.000007三、大气的物理性状及其卫生学意义（一）

紫外线（ultraviolet)1、紫外线分段●紫外线C-----(200~275nm)O3层全吸收●紫外线B-----(275~320nm)部分达地面●紫外线A-----(320~400nm)2、紫外线的主要生物学作用●色素沉着作用●红斑作用●抗佝偻病作用●杀菌作用●提高机体免疫力

3、紫外线过强照射的危害

●紫外线性白内障●日光性皮炎●眼炎（雪盲）●皮肤癌过度紫外线照射对人体有害（二）空气离子(airions)1、空气离子化-----空气中气体分子形成带电荷的阴阳离子的过程2、空气离子化过程+–n+n–N+N–中性气体分子紫外线、宇宙线等–e+e正离子负离子轻正离子轻负离子重正离子重负离子与颗粒物、雾结合吸附中性分子（10-15个）森林海滨喷泉闪电

●空气离子数

(n+、n–)●重轻离子的比值（）N±n±N±n±<50为清洁空气N±n±>50为污染空气●空气离子单极系数（q)

N+N–3、空气离子化评价指标q=n+n–或q=

我国城市、疗养院、公园空气离子状况地点n–n+城市西安钟楼202314

上海天目路火车站216287

北京王府井299371

九江浔阳路465372

青岛中山路527652

疗养青岛疗养院（海滨）27595541地区鼓浪屿干休所16001400

庐山疗养院（高山）855665

龙海浮宫700750

公园北京百海公园8821206

上海人民公园5726154、空气离子对健康的影响

●负离子对健康有益◆刺激骨髓造血功能

◆降低血压◆改善肺功能◆促进机体新陈代谢，增强免疫力

●正离子对健康有害

◆调节中枢神经功能---镇静、催眠镇痛、注意力集中第二节大气污染以及大气污染物的转归据联合国的一份报告称，目前全球只有20%的居民所呼吸的空气达标，约有18亿城市居民呼吸含有过高SO2、烟尘的空气。联合国公布的全球十大污染城市中国有三个，北京、沈阳、西安，主要是总悬浮颗粒（TSP）及SO2超过WHO的标准，北京、沈阳TSP超标6倍。（另外7个城市是意大利米兰，伊朗德黑兰，韩国汉城，巴西里约热内卢、圣保罗，法国巴黎，西班牙马德里。）北京正筹备2008年奥运会，大气污染是急待解决的问题。一、

大气污染来源（一）工业企业(industry)

1.燃料的燃烧-------煤和油燃烧排出的主要污染物有烟尘、SO2、NOx、CO、CO2、烃类、重金属等。

2.生产性废气-------铝厂、磷肥厂排出HF，焦化厂排出CO等。（SourceofAirPollution)大气污染

工业废气钢铁厂排出的废气火力发电厂排出的废气火力发电厂我国主要燃料中灰分和硫的含量

燃料种类灰分（%）含硫量（%）

煤5~350.7~5.5重油0.1~0.510.1~3.8页岩40~661.2~5.5燃烧一吨煤排出的各种有害物质的重量（kg)有害物质电厂锅炉工业锅炉取暖锅炉SO2

60

6060CO0.231.422.7NO29.19.13.6HC0.10.55灰尘一般情况11

1111燃烧良好369（二）生活炉灶和采暖锅炉(livingstove)

●生活炉灶的排放特点1、量大2、燃烧不完全，污染物排放量高3、无組织排放4、低空排放，直接影响居民健康

家庭炉灶不同燃料燃烧烟气比较

NOxSO2COTSPB(a)P(ppm)(ppm)(ppm)(mg/m3)(ug/100m3)液化石油气6.460.0041990.480.080蜂窝煤24.80.027>71301.570.117倍数3.846.7535.833.271.46

直排式燃气热水器烟道式燃气热水器●燃气热水器室内空气污染问题普通烟道式强制排风烟道式直排式直排式燃气热水器安装在浴室内很危险！太阳能热水器

（三）交通运输(trafficandtransportation)

●汽车废气主要成份

◆碳氢化合物

◆

Pb化合物

◆

IP（可吸入尘）

◆醛类

◆

NOx------加速、等速时浓度高

◆

CO-------减速、空档时浓度高油箱和汽化器HC20%

曲轴箱漏出气体

HC20%排气管

Nox100%HC60%CO100%汽车不同部位排污量的比例汽车尾气北京的汽车北京的汽车北京的汽车汽车尾气检测（四）其他环境介质转入

●地面扬尘中带有化学性污染物如多环芳烃、石棉、重金属及病原微生物等●水、土中挥发性物质进入大气-----酚、H2S、HCN等●车辆磨擦沥青路面可扬起多环芳烃、石棉等二、大气污染物的种类及其存在形式（一）大气污染物分类●化学性污染物------各种有害气体、颗粒物质●物理性污染物------噪声、电磁波、放射性物质●生物性污染物------介空气传播的病原体（二）化学性污染物在大气中的存在形式

●气态污染物

气体------SO2、CO、NOX等蒸汽------汞蒸汽、苯蒸汽●颗粒物质（固体、液体）沉降性颗粒物------粒径>100um颗粒物总悬浮颗粒物(TSP)---粒径≤100um颗粒物可吸入尘(IP)(PM10)----粒径≤10um颗粒物TSP-------totalsuspendedparticulatesIP---------inhalableparticlePM2.5------fineparticulatematter细粒子（PM2.5)----粒径≤2.5um颗粒物三、影响大气中污染物浓度的因素（一）污染源的排放情况1.排出量------决定污染程度最基本的因素3.排出高度●

污染物的排出方式无组织排放有组织排放●

烟囱的有效排出高度------烟囱高度加烟气上升高度(烟波中轴高度)●烟囱越高,烟波断面越大，烟波中轴高度越高，污染物稀释程度越好，地面污染物浓度越低2.距污染源的距离------------------------------------------------------------------------烟囱高度烟气抬升高度烟波中心轴有效排出高度烟波着陆点烟囱排出高度示意图（二）气象因素(weatherfactors)1.风(wind)●风-------------空气的水平流动●

风向----------风吹来的方向●

风向频率----一定时间内各种风向出现的次数占总观测次数的百分比●风向频率图（风向玫瑰图）(windrose)风向频率图（风向玫瑰图）2.局部湍流-----不规则的气流运动（对污染物扩散、稀释起重要作用）3.气温●

气温递减

-------大气垂直温度随高度增加而下降●气温垂直递减率

(r)

----正常情况下，高度每上升100m,气温下降0.65℃●气温逆增

(逆温)

----一定条件下出现气温随高度增加而上升的现象(r<0)(temperatureinversion)热冷热冷r>0r<0

大气不稳定有利污染物扩散

大气稳定不利污染物扩散（密度小）（密度大）●干绝热垂直递减率（rd)------大气中作垂直运动的空气团，由于外界压力的影响，发生自身温度的绝热变化，干空气团每上升100m,气团内温度下降0.986℃20℃10℃地面1000m气压低气压高压缩膨胀●

大气稳定度取决于r与rd

的相对值和r的绝对值

20℃10℃20℃10℃上升地面地面20℃20℃5℃15℃下降rd=1rd=1r=1.5r=0.5r>

rd大气不稳定rdr<大气稳定1000m1000mr>rd------大气不稳定,有利污染物的扩散rr<=rdrd------大气稳定,不利污染物的扩散------大气处于中性状态,气团停滞不动,

扩散能力差●大气稳定度与r、rd的相互关系

(atmosphericstability)傍晚早晨不稳定弱稳定稳定r>rdr<rdr<rd(逆温)上层不稳定下层稳定上层稳定下层不稳定●大气稳定度与烟波类型

(三）地形(landform)1.山地与谷地------山谷风白天的谷风晚上的山风谷风谷地热空气2.海滨与陆地------海陆风海滨空气的流动海风陆风工厂居民区海洋海风白天受海风影响居住区易受污染3.城市热岛

(cityhotisland)造成城市热岛的原因●城市有大量热源●城市建筑物有较高热容量●城市水蒸发少，热量消耗少城市郊区郊区城市与乡村间的环流（城市风）城市热岛效应四、大气污染物的转归1、自净●

物理作用--------扩散、沉降

●化学作用---------氧化、中和●生物学作用------植物吸收2、转移●向水、土转移●向平流层转移3、形成二次污染（secondarypollution）4、形成二次污染物二次污染------暂时从气、水环境中消失的污染物，一定条件下重新进入该环境第三节大气污染对人体健康的影响一、大气污染物进入机体的途径●

呼吸道------（主要）毒物经肺泡吸收直接入血，不经肝脏解毒，危害大●消化道------（小部分）降至食物、水。

●皮肤---------脂溶性有毒物经皮肤吸收◆正常人体呼吸系统的防御功能●上呼吸道（鼻腔至咽喉）--------加热、湿润、过滤●气管、支气管纤毛粘液系统----清除颗粒物、细菌等●吞噬细胞（细支气管、终末支气管、肺泡）●免疫球蛋白（IgG

、

IgM、

IgE、

IgA、

SIgA）●大气污染烟雾事件有两种不同类型伦敦型烟雾事件（煤烟型烟雾）coalsmog洛杉矶型光化学烟雾photochemicalsmog

两型烟雾事件的比较伦敦型烟雾洛杉矶型烟雾污染源

煤的燃烧

汽车尾气

（NO2、HC)

污染物SO2、烟尘O3、PANs等多发季节冬、春夏、秋气象条件寒冷、多雾、日光弱、逆温、无风或微风

炎热、强烈日光、逆温、无风或微风地理条件河谷、盆地海岸盆地主要危害上呼吸道刺激眼及呼吸道刺激

伦敦烟雾事件光化学烟雾美国洛杉矶光化学烟雾美国曼哈顿的光化学烟雾光化学烟雾使视程缩短大气O3

采样（二）造成慢性危害及远期影响

1.眼及呼吸道慢性炎症

SO2、NO2、硫酸雾、硝酸雾、O3、飘尘长期刺激眼、呼吸道产生慢性炎症如咽炎、喉炎、眼结膜炎、气管炎及COPD等2.机体免疫功能下降3.变态反应---------花粉、灰尘、甲醛、石油产品的分解产物等4.慢性化学中毒------Pb、Hg、Cd、Cr、As5.致癌作用-----------石棉、B(a)P等三、大气污染对健康的间接危害（四）影响太阳辐射●飘尘吸收和反射太阳辐射,减弱太阳紫外线辐射强度,使佝偻病及经空气传播的传染病发病率增加●飘尘能降低大气能见度,使车祸增加●致冷效应（阳伞效应）（一）温室效应（致热效应）(greenhouseeffect)（二）臭氧层破坏(ozonehole)（三）酸雨（acidrain)颗粒物使大气能见度下降

---------粒径≤10µm的颗粒物第四节大气中主要污染物对健康的影响

一、可吸入颗粒物（可吸入尘）(inhalableparticulates，IP)●

可吸入颗粒物●

细粒子（particalmatters,PM2.5)--------粒径≤2.5µm的颗粒物（一）污染来源

●城市建筑工地●交通运输（汽油燃烧产物）●生活炉灶●工厂排出的各种烟尘2、人为来源1、自然来源●风砂尘土●火山爆发●森林火灾电镜下的煤烟颗粒石油燃烧产生的颗粒（电镜照片）拆迁-----城市TSP重要来源●无机成分（氧化硅、石棉、重金属等）●吸附有机成分（如B[a]P等）●吸附有毒气体（SO2、NO2等）●吸附病原微生物

◆

据来源不同,IP的理化特性各异（二）理化特点

◆

不同粒径的IP在呼吸道的滞留部位

123456789101112可吸入尘的粒径(um)肺泡沉积率(%)不同粒径的IP在肺泡内的沉积率>5um-------阻留上呼吸道<5um-------滞留细支气管和肺泡<1um------肺泡沉积率最高<0.4um-----可重新呼出,沉积较少

(三)健康危害●大量IP吸入可阻塞呼吸道,使通气功能下降●

IP吸附有害气体，带入肺深部，促进急、慢性呼吸道疾病的发生（污染物载体）●致癌作用

◆含有石棉、多环芳烃等使肺癌发病率增高

◆颗粒物的有机提取物有致突变性

◆颗粒物的有机提取物能诱发动物皮肤及肺癌●含有重金属颗粒可引起慢性中毒(如铅)●吸附病原微生物,传播呼吸道传染病2002年3月21日北京特大沙尘暴2004年3月10日兰州沙尘暴2、

理化性质●无色、刺激性气体●硫酸吸湿性强，易溶于水形成硫酸SO2+H2OH2SO3H2SO3+1/2O2H2SO4(sulfurdioxide，SO2)3、

SO2的健康危害●

高浓度急性毒性◆急性支气管炎◆声门水肿◆窒息死亡●

低浓度慢性毒性◆肺水肿◆诱发慢性阻塞性呼吸道疾病（COPD）chronicobstructivepulmonarydiseaseSO2上呼吸道粘膜吸收H2SO3刺激上呼吸道平滑肌内神经感受器支气管平滑肌反射性收缩呼吸道阻力增加粘膜分泌功能下降纤毛运动下降呼吸道抵抗力下降诱发COPDSO2对呼吸系统损害的作用机制2、

理化特性●是NO、NO2、N2O、NO3、N2O3等含氮化合物的总称，主要指NO、NO2●

N02

为红褐色、有刺激性气体●

NO为无色、无味、无刺激性气体3、

NO2对健康的危害

●高浓度急性毒性

肺水肿高浓度

NO2肺部溶于肺泡表面液体内形成亚硝酸和硝酸对肺组织产生强烈刺激和腐蚀肺水肿●低浓度慢性毒性

呼吸道慢性炎症低浓度

NO2呼吸道阻力增加纤毛运动下降肺泡吞噬细胞吞噬能力下降呼吸道对感染易感性增加呼吸道慢性炎症四、臭氧（ozone,O3)●

光化学烟雾（phtochemicalsmog)-----由汽车尾气排出的NOX和HC在太阳紫外线作用下发生光化学反应，形成一种刺激性很强的浅蓝色烟雾，主要成分是O3、PANs、醛类等

●

O3的健康危害眼及上呼吸道粘膜的刺激作用眼红肿、喉炎深部呼吸道损害致突变作用肺气肿、肺水肿O3气道阻力增加，肺功能下降臭氧大鼠吸入染毒装置臭氧致大鼠肺水肿五、一氧化碳(carbonmonoxide，

CO

)1、

污染来源●

含碳物质的不完全燃烧◆工业生产◆家庭炉灶◆固体废弃物焚烧◆燃气热水器●

汽车尾气●吸烟--------室内空气CO污染的重要来源●蚊香-------（CO、IP、HC、杀虫剂等）3、CO毒作用机理CO肺泡血与Hb结合形成COHbRBC携氧下降组织窒息与细胞色素氧化酶结合阻断细胞氧化呼吸链细胞窒息2、

理化特性●无色、无臭、无味、无刺激性气体●在体内与Hb结合形成COHb4、CO的健康危害空气中CO浓度（ppm)COHb%人体反应

0.4~1.0(内源性COHb)3.6(吸烟者)2.0(交警)507轻度头疼10012中度头疼、眩晕25025严重头疼、眩晕50045恶心、呕吐、虚脱100060昏迷1000090死亡空气中CO浓度、血液中碳氧血红蛋白饱和度与人体反应关系六、多环芳烃

（polycyclicaromatichydrocarbons，PAH）1、

污染来源●

煤、石油等含碳物质的不完全燃烧●

有机物高温（700℃）裂解产物（烹调油烟、煎炸食品等）●

香烟烟雾2、

理化特性●

是两个或两个以上苯环稠合联接形成的芳香烃类化合物的总称●

已发现PAH100余种，一部分有致癌性，

BaP是第一个被发现的化学致癌物（常以

BaP作为PAH的代表）●脂溶性较强，能在生物体内蓄积●

PAH可附着于IP，被吸入肺深部●

PAH可在环境中被光分解或被细菌分解3、

健康危害●致癌作用------动物试验证明能诱发皮肤癌、肺癌、胃癌●

最早发现的致癌物◆1775年英国外科医生Pott首次报道扫烟囱工人易患阴囊癌（提示煤焦油可能致癌）◆1918年日本学者Yamagiwa首次报道，将煤焦油涂于兔耳可诱发皮肤癌。证实了煤焦油的致癌性

◆1933年英国学者Cook从煤焦油中分离出BaP

,并诱发出小鼠皮肤癌●

BaP的致癌机理

无活性前致癌物（BaP）微粒体混合功能氧化酶（MFO）终致癌物

代谢转化●多环芳烃羟化酶（AHH）的测定意义

◆体内AHH活性可反映机体接触PAH的量◆是MFO中参与PAH代谢转化的最重要的酶（少数转化为终致癌物）（前致癌物）MFO----混合功能氧化酶EH-------环氧化物水化酶GST-----还原型谷胱甘肽硫转移酶1、污染来源●

垃圾焚烧------二口恶英是含氯碳氢化合物的燃烧产物。环境中95%的二口恶英来源于含氯垃圾的焚烧。Cl高温燃烧二口恶英高温燃烧●

生产过程-----农药合成的副产物、聚氯乙烯生产七、二口恶英（dioxin)聚氯乙烯木材类纸、棉、植物塑料制品发泡苯乙烯

PCDD（多氯苯并对二口恶英）

PCDF（多氯二苯并呋喃）

TCDD（四氯二苯-P-二口恶英）------毒性最强

PCB（多氯联苯）PCBTCDDPCDD2、

理化特点●二口恶英是一类有机氯化合物，有百种类似物

●易溶于脂肪组织，可产生生物放大作用

3、健康影响●

经消化道、呼吸道进入人体，在脂肪组织中蓄积，可通过胎盘和乳汁影响胎儿、婴儿●致癌作用------已知人类强致癌物●

干扰内分泌功能------抗雄性激素●

抑制免疫功能●影响生殖功能------不孕、流产、畸胎等乌克兰总统尤先科二恶英中毒（2004年）第五节大气卫生标准一、大气卫生标准的概念1.大气卫生标准----大气中有害物质的法定最高限值

2.标准(standard)与基准(criterion)●基准----通过科学研究得出某污染物的最大无作用浓度,是根据剂量-反应关系和一定的安全系数确定的，不考虑社会、经济、技术因素，不具法律效力。●

标准----国家对环境有害因素提出的限量要求，和实现这些要求所规定的相应技术法规。它以基准为主要依据，并考虑社会、经济、技术因素，由国家颁布，具法律效力。

(SanitaryStandardofAtmosphere)最大无作用浓度卫生基准卫生标准安全系数1/101/1001/1000社会、经济、技术因素国家颁布基准与标准的区别与联系●大气污染物浓度表示法◆重量浓度-------mg/m3◆体积浓度--------ppm◆两种浓度换算:mg/m3=ppm22.4×M(M---为被测物分子量)二、制订大气卫生标准的原则1、

WHO制订空气质量标准的四级要求第一级------在小于此种浓度和接触时间内,根据现有知识,不会观察到直接或间接反应。第二级------在大于此种浓度和接触时间内，对人的感

官有刺激，对某些植物有损害或对环境产生其他影响。第三级------在大于此种浓度和接触时间内，可使人的生理功能发生障碍或衰退，引起慢性疾病和缩短寿命。第四级------在大于此种浓度和接触时间内，可使对污染物敏感者发生急性中毒或死亡。2、

制订大气卫生标准的一般原则●

对人体不引起急、慢性中毒及远期危害●

对主观感觉无不良影响

●对人体健康无间接影响

●选择最敏感指标

●经济合理、技术可行三、制订大气卫生标准的研究方法1.流行病学研究方法●

大气污染物浓度测定●人群健康效应调查----肺部疾病发病率、死亡率、生理、生化早期敏感指标●暴露-反应关系研究----确定对人体影响的阈浓度2.大气中有害物质的嗅觉阈、刺激作用阈测定3.毒理学试验●吸入染毒----急性(2h),亚慢性(1~3个月，每天2~8h),

慢性(半年以上)●观察中毒症状、生理、生化、免疫、病理等改变●气管注入法染毒------TSP生理盐水混悬液大气SO2卫生基准制订依据研究指标阈浓度(mg/m3)健康效应嗅觉阈4异嗅急性刺激作用20流泪、咳嗽慢性毒作用1动物支气管肺炎植物危害0.62~0.92生长迟缓、收成减少

流行病学调查0.105(年平均)呼吸道疾病发病率增加0.3~0.5(月平均)SO2大气环境质量标准:

日平均最高容许浓度0.15mg/m3

（二级标准）1小时平均最高容许浓度0.5mg/m3

四、我国现行大气卫生标准●环境空气质量标准(GB3095-96)每个污染物标准均分为三级一级标准----适用于国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹、疗养地二级标准----适用于居民区、商业交通居民混合区、文化区、广大农村等（居民区）（风景区）三级标准----适用于大气污染较重的城镇、工业区、城市交通枢纽、交通干线（工业、交通区）●大气污染物排放标准（GB16297-1996）◆大气污染物排放标准

◆制订大气污染物排放标准的目的-----保证工业排放的污染物经扩散、稀释后，到达居民区能达到大气卫生标准的要求排放浓度------指烟囱口排放的废气中污染物质的容许第六节大气污染对健康影响的调查和监测一、调查和监测目的1、查明大气污染来源2、查明大气污染状况------污染物种类、浓度、范围、规律、评价3、查明大气污染对人体健康造成的危害二、调查和监测的内容和方法●大气污染源的调查●大气污染状况调查和监测●人群健康调查预防医学系学生在进行大气监测（一）大气污染源的调查大气污染源分为点源、面源、线源三种类型●位置、与居住区的距离

●生产性质、规模、工艺、设备等●污染物种类、排放量、排放方式及高度●净化处理设备的类型及效果1、点源调查（一工厂或一烟囱）3、线源调查（交通运输）●交通工具种类、流量2、面源调查（一城市或工业区）●地理位置、地形、气象条件●功能分区、点源分布●居民用燃料情况（种类、量、取暖及排烟方式）●交通运输（机动车种类、流量等）●尾气排放情况●使用燃料种类（二）大气污染状况调查和监测1、采样点选择●点源监测选点

四周布点------以污染源为中心，分8个方位，在不同距离的同心圆周上设点•••••••••••••••••（1）●扇形布点---在污染源常年主导风向的下风侧，在3~5个方位的不同距离处设点。•••••••主导风向

●捉烟波采样----随烟波变动方向，在烟波下方

不同距离采样风向•••（2）面源污染监测选点

●按城市功能分区布点工业区、交通区、商业区、居民区、清洁对照区，每区可设2~3个采样点。●几何状布点监测区域划成许多方形小格，采样点位于各方格对角线的交点。

●根据污染源、人口分布、地形等灵活设点

2、采样时间●常年连续采样------大气自动监测站●季节采样每一季度采样一次，每次采样3~4天，有条件可24小时连续采样，无条件至少采样4次（2、8、14、20时）●测一次最