[科普中国]-污染物特性

自然性

人类不能脱离自然界而单独存在，人类与环境之间是相互作用、相互影响的，因此不能静止地看待环境，也不能孤立地看待人。两者是对立的统一体。人类长期生活在自然环境中，对自然环境变化的适应能力很强。从一些化学元素在人体中的丰度同在地壳中的丰度很接近，以及人体内无机元素的比例同海水中无机元素的比例很接近这一点，说明了人体和自然环境的内在联系是十分密切的。氧、碳、氢、氮、硫、磷、氯、钾、钠、钙、镁、铁等12种元素，组成人体重量的99%。此外，尚含有铜、锌、钴、镍、铬、锰、钼、氟、硒、碲、碘、砷、铍、铑等多种微量元素。它们在维持生命的过程中都起着十分重要的作用。污染的环境强制人体接受过量的或不需要的元素．导致代谢失调发生疾患，如肺部长期吸人镍、铬、铍等微粒尘可致癌；镉、汞、锰等会损伤神经系统的功能，发生心血管病变和破坏肾脏组织。近几十年来，由于大量人工合成的化学物质问世，如苯类、氯苯类、有机磷农药等，而人体对这些物质的耐受力很小，必须引起重视。2

在我们认识环境污染物的自然性和非自然性后，能够科学地分析疾病产生的自然和人工属性，有助于估计危害程度和后果。在监测中对环境污染物的自然背景浓度的调查和分析是必不可少的，特别是矿藏丰富地区的河流和泉水，油母页岩矿区的空气等中的污染物往往有较高的背景值。2

毒性污染物对人体的危害及其程度是由多方面因素决定的，其中污染物的毒性是重要因素之一。所谓毒性，是指它侵入机体后与体液或组织发生物理和化学作用，在达到一定程度时产生的功能障碍或病理改变，甚至造成死亡。在卫生学中，毒性大小用生物试验致死中量(LD50)表示，分为剧毒(LD501毫影千克)、中等毒(LD50>50毫克/千克)、低毒(LD50>500毫克/千克)、微毒(LD50>5000毫克/千克)等5个级别。

环境污染物中的氰化物、砷及其他合物、汞、铍、铊、有机磷、有机汞、有机氯、有机硫、有机腈等毒性都是很强的，它们进入机体后造成的危害往往是难以恢复的，因此对这类污染物要十分注意，特别是与其有关的生产行业的排放物要慎重处理。3

扩散性根据各种污染物在环境中的状态不同、性质不同，扩散速度的影响范围也有较大的差异。扩散性强的污染物，有可能造成大范围以致全球性的污染。

现以某些大气污染物为例说明其扩散性。一般以分子或微粒(粒径小于10微米)存在的污染物，能随气流运动，扩散性强。如燃烧排放的二氧化硫和一氧化碳，工业排放的铍尘和铅尘等，它们或以分子状态，或以气溶胶状态高度分散在大气中，随波逐流，能够扩散到很远的地方，甚至在极地也可以寻到它们的痕迹。如北极冰层上空的“北极雾”主要是硫酸和硫酸铵等化合物组成的气溶胶；格陵兰积雪中的铅含量1965—1966年间比过去200年内增加了4倍。

与上述污染物相反，降尘(粒径大于10微米)因重力作用扩散能力较弱，影响范围较小。监测中发现降尘排出烟道后，自烟囱至百米距离浓度以几倍或十几倍的速度递减，很快就与背景浓度相近；汞蒸气浓度受环境温度影响很大，但随距离增加浓度衰减也很快。

了解污染物的扩散性，有助于在监测中合理地布置测点，防止盲目性，并可节省人力、物力。3

活性和持久性污染物的活性和持久性是指它们在环境中的稳定程度和持续时间。有的污染物活性很强，排出后不能在环境中久留，或被环境自净，或发生化学变化生成其他物质。如具有恶臭的硫化氢在有臭氧存在的环境中，能在几小时之内被氧化成二氧化硫而从大气中消失；有的污染物在环境中却几乎能无限期地保持其毒性，如半衰期长的放射性尘埃可随地球的转动长期存留在大气中，称为“死灰”。有的污染物虽然能最后分解成无毒物质，但在分解前能保持很长一段时间，如土壤中的有机氯农药减少到它原有量的1/4时，DDT需要10年，氯丹需5年。有的污染物排出和发生危害的时间相隔很久，如河、湖底泥中的金属汞，在损伤人类身体的同时，可能要等10～100年后才会变成对生命更有威胁的甲基汞。

化学结构特性污染物的生物可修复性主要取决于污染物特性、生物特性及环境特性。污染物，特别是有机污染物．其化学结构特性决定了污染物的溶解性、分子排列和空间结构、化学功能团、分子问的吸引和排斥等特征，并因此影响有机污染物能否为微生物所获得，即污染物的生物可利用性，以及微生物酶能否适合污染物的特异结构，最终决定污染物是否可被生物降解以及生物降解的难易和降解程度。4

一般地，结构简单的有机物较结构复杂的先降解，相对分子质量小的有机物比相对分子质量大的易降解。聚合物和高分子化合物之所以抗微生物降解，因为它们难以通过微生物细胞膜进入微生物细胞内．微生物的胞内酶不能对其发生作用，同时也因其分子较大，微生物的胞外酶也不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键。研究表明．有机污染物的化学结构、物理化学性质与生物降解性之间存在一些定性关系。4

烃类化合物，链烃比环烃易生物降解链烃，单环烃比多环芳烃易生物降解，长链比短链易降解，不饱和烃比饱和烃易分解；对于支链化合物，支链越多，越难降解。4

含氧有机物，醇类一般容易降解，醛类与相应的醇类相比，其生物可降解性低，有机酸和酯类化合物较醇、醛容易降解。酚类中的一羟基或二羟基酚、甲酚通过驯化作用可得到很高的降解性．但卤代酚非常难生物降解。与醇、醛、酸和酯相比，酮类难于生物降解，但较醚容易降解。醚类虽然不易生物降解，但只要进行长时间的驯化就能提高其可降解性。4

胺类化合物中仲胺、叔胺和二胺均难降解．但通过驯化方法有可能进行降解。二乙醇胺、乙酞苯胺在低浓度时可以被生物降解。有机腈化物经过长时间的驯化后有可能被降解，腈类被分解成氨，进而被氧化成硝酸。

农药，根据化合结构，可以大致排出其生物可降解性难易程度的顺序。各类农药降解由易到难的排列顺序是脂肪族酸、有机磷酸盐、长链苯氧基脂肪族酸、短链苯氧基脂肪族酸、单基取代苯氧基脂肪族酸、三基取代苯氧基脂肪族酸、二硝基苯、氯代烃类(DDT)。5

表面活性剂中，阳离子表面活性剂的苯基位置越接近于烷基的末端，其生物可降解性越好；同时，烷基的支链数量越少，其生物可降解性也越好。此外，苯环上的磺酸基和烷基位于对位要比邻位的生物可降解性好。非离子表面活性剂中的聚氧乙烯烷基苯乙醚的生物可降解性受氧化乙烯(EO)链的加成物质的量以及烷基的直链或立锥结构的很大影响。例如C13的生物可降解性能好。而C9以下的短链烷基的生物可降解性差。另外直链烷基的置换位置也有影响，邻位的远不及对位的生物可降解性好。阴离子表面活性剂中的LAS的生物降解速率随磺基和烷基末端间距离的增大而加快，在C6一C12范围内较长者降解速率快，支链化的影响与非离子型表面活性剂的规律相似。5

另外，有机化合物主要分子链上除碳元素外，尚有其他元素时，会增加对生物氧化的抵抗力。卤代作用能降低化合物的可生物降解性，尤其是间位取代的苯环，抗生物降解更明显。5

可利用性尽管许多物质可以被生物除去，但并不是任何污染物质在任何环境下都能被生物吸收、转化、降解。不能被生物去除的原因很多，其中一个很重要的原因就是生物有效性( bioavailablity)。基质以不容易被生物利用的形式存在，会限制对污染地点的生物修复。

污染物的生物有效性与其某些固有的物理化学特性有关，如水溶性、辛醇-水分配系数或以非水溶相液体存在等。生物有效性也与周围的环境条件有关，如与周围环境发生吸着作用、螯合作用，或被包埋于土壤、沉积物或含水层的基模( matrix)中与生物隔离而不能被生物利用。5

相互作用拮抗作用两种化学物质共同存在于同一介质中，其中的一种物质能使另一种物质的作用或影响受到抑制或趋向消失。毒物、药物、元素、化合物之间都可能有这种作用。例如环境中的硒可抑制甲基汞的毒性，就是这种作用的表现。人为利用这种作用，可在一定条件下减轻或消除某些污染物的危害。1

相加作用混合物各组分对机体的同一器官的毒害作用彼此相似，且偏向同一方向，当这种作用等于各污染物毒害作用的总和时，称为污染的相加作用。如空气中二氧化硫和硫酸气溶胶之间、氯气和氯化氢之间，当它们在低浓度时，其联合毒害作用即为相加作用，而在高浓度时则不具备相加作用。1

协同作用当混合污染物各组分对机体的毒害作用超过个别毒害作用的总和时，称为协同作用。如二氧化硫和颗粒物之间、氮氧化物和一氧化碳之间，就存在协同作用。1

单独作用当机体中某些器官只是由于混合物中某一组分发生危害，没有因污染物的共同作用而加深危害的，称为污染物的单独作用。1