令人“闻风丧胆”的“世纪之毒”， 究竟是个啥？

出品：科普中国

作者: Denovo

监制：中国科普博览

乍听“世纪之毒”这四个字，大部分人难免感到有些毛骨悚然。然而，当提到汽车尾气排放、发电供热、纸张漂白等字眼，我们又会觉得这些都是工业发展、人类社会进步的必要之举。然而，正是这些稀疏平常的工业制造和排放，恰好和“世纪之毒”——二噁英密切相关。

让人闻风丧胆的二噁英，究竟是什么呢？

二噁英（dioxins，PCDD/Fs），指的并不是一种单一的化学物质，而是指具有相似结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物。

二噁英足足有210种异构体，其中毒性最强的是2,3,7,8-四氯取代二苯并-对-二噁英（2,3,7,8-TCDD），只要不到30克，就足以杀死100万人，这是迄今为止化合物中毒性最大且含有多种毒性的物质之一。

此外，多氯联苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）和多氯萘（Polychlorinated naphthalenes，PCNs）表现出和二噁英类似的毒性效应，被定义为二噁英类似物，二者分别具有209和75种异构体。二噁英、多氯联苯和多氯萘，统称为二噁英类污染物。

PCDD/Fs、PCBs和PCNs的化学结构式

（来源文献：任美慧. 固废焚烧源二噁英及其类似物的生成分布特征及化学阻滞机理 [D].大连：中国科学院大连化学物理研究所. 2021.）

“世纪之毒”——二噁英类污染物

作为一类具有环境持久性、生物蓄积性、高毒性和远距离迁移特性的半挥发性化合物，二噁英在水、土壤、空气、粉尘、沉积物等环境介质中弥漫性存在，并通过食物链在动植物体内富集。

在环境中，二噁英易通过食物链富集。动物在食物链中所处位置越高，二噁英所聚积的程度就越高。同时，二噁英的生物半衰期较长，其本身具有化学稳定性并易于被脂肪组织吸收，一旦被人体摄入，就会长期蓄积在体内，在体内的半衰期估计为7至11年。

因此，即使一次“染毒”也会在体内长期存在；如果长期接触二噁英还可造成体内蓄积，对健康造成严重危害。

二噁英是迄今为止人类发现的毒性最强的物质，其毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍，具有不可逆的“致畸、致癌、致突变”毒性，被视为“世界上最危险的化学物质之一”，一旦渗透到环境之中，就很难自然降解消除，故也被称为“世纪之毒”。

二噁英从何而来？

**二噁英并非人类刻意制造，而是主要以工业副产物的形式随烟气、残渣或工业产品进入环境，**如垃圾焚烧、钢铁冶炼、纸张漂白和汽车尾气等均为二噁英的产生渠道。

此外，二噁英也可能来自于自然过程，如火山爆发和森林火灾等。因此，二噁英通常被称为非故意产生持久性有机污染物（unintentionally produced persistent organic pollutants，UP-POPs），被列入《关于持有性有机污染斯德哥尔摩公约》受控物质清单。

以垃圾焚烧过程为例，由于城市生活垃圾、医疗废物和危险废物等固体废物组分复杂，含有丰富的无机氯、有机氯、金属元素和易燃物质，经焚烧处理后可产生涵盖气、固、液三相的污染物。

这些污染物主要包括颗粒物和重金属、酸性污染物和不完全燃烧产物。烟气中气体小分子、金属氯盐和不完全燃烧物的大量存在，为二噁英及其类似物的产生和释放提供了物质基础。

根据反应温度和反应介质的不同，二噁英及其类似物的形成机制可分为高温均相合成（500–800℃，气相反应）和中低温非均相合成（200–450℃，气-固反应或固-固反应）两大类。其中，中低温非均相合成又可分为从头合成、前驱体生成和直接氯化生成。从本质来说，这四种机制相互交叠并构成一反应网络。

固废焚烧过程中二噁英类污染物的生成机制

（来源文献：任美慧. 固废焚烧源二噁英及其类似物的生成分布特征及化学阻滞机理 [D].大连：中国科学院大连化学物理研究所. 2021.）

既然二噁英的毒性如此可怕，有没有什么办法可以有效控制或处理它呢？

目前，固废焚烧过程中二噁英类污染物的减排控制技术可分为源头控制方法和末端处理方法两大类。

源头控制方法是指通过优化燃烧条件，尽量破坏固废中原有二噁英类污染物，并减少二噁英类污染物、以及前驱体物质的生成。大型现代化垃圾焚烧设施普遍采用“3T + E”技术，即通过控制焚烧温度（temperature）、搅拌混合程度（turbulence）、气体停留时间（residence time）及过剩空气率（excess air number），从而减少二噁英类污染物的产生和排放。

至于末端处理方法，则是通过一定技术手段来减少二噁英类污染物在后燃烧阶段的再生成，同时捕获、移除或消除已生成的二噁英类污染物。

大型现代垃圾焚烧系统通常配有脱酸塔、活性炭注射装置和袋式除尘器以去除烟气中的二噁英类污染物。此外，选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）技术被联合国环境署（united nations environment programme，UNEP）推荐为减少城市生活垃圾焚烧过程二噁英排放的最佳可行性技术/最佳环境实践（best available technologies and best environmental practices，BAT/BEP），对焚烧烟气中的二噁英脱除效率可达90%以上。

除以上方法之外，还可以通过在垃圾中直接掺混化学阻滞剂、或在垃圾焚烧烟气中喷入化学阻滞剂，调控焚烧烟气的反应氛围和反应温度，从而从源头阻滞二噁英类污染物生成。化学阻滞技术在应用时无需对现有焚烧系统进行技术改造，是一种具有良好应用前景的焚烧源二噁英类污染物减排控制技术。

“健康杀手”——二噁英

二噁英对人体的危害可分为致癌性的危害和非致癌性的危害两种。

虽然二噁英不会直接破坏DNA，不具备直接引发癌症的能力，但其对于已经产生的DNA损伤具有促进肿瘤发生的作用。二噁英会促进肺、肝、黏膜和皮肤癌的发生，具有多点位、无差别的致癌效应。另外，二噁英暴露导致所有癌症的患病率均有所增加，如非霍奇金淋巴瘤、多发性骨髓瘤、髓系白血病、淋巴造血瘤、肺癌、直肠癌、乳腺癌、肝癌、前列腺癌、黑色素瘤、呼吸道癌等。国际癌症研究中心将2,3,7,8-TCDD、2,3,4,7,8-PeCDF 和PCB-126列为第1类致癌物。

即使某些由二噁英造成的危害是非致癌性的，也会产生一些较为严重的后果。如生殖毒性所导致的精液质量下降、后代男性性别比降低、子宫内膜异位症等；发育毒性所导致的早产、宫内发育迟缓、死胎、色素沉着、牙齿发育受损等；免疫毒性所导致的糖尿病、高血压等的发生率提升。

不可否认的是，无论是致癌与否，二噁英暴露都会对人体健康产生不利的影响。

食品中也有二噁英？

第五次中国总膳食研究表明，水产类和肉类是我国居民二噁英类物质摄入量的主要来源，其中，水产类（42.0%）＞肉类（37.9%）＞乳类（12.2%）＞蛋类（7.9%）。

产类和肉类是我国居民二噁英类物质摄入量的主要来源

（来源文献：吴永宁，赵云峰，李敬光. 第五次中国总膳食研究 [M]，科学书版社，2018.）

如果我们将日常摄入的食品分为两大类：动物源食品和植物源食品，动物源食品中二噁英类物质的含量远高于植物源食品。研究表明，动物源食品中二噁英类污染物的含量存在几个规律，分别是水生动物食品高于陆生动物食品；沿海地区食品高于内陆地区食品；动物内脏中的含量远超其他部位。

动物源食品中的二噁英类污染物

（来源文献：Sun S., Cao R., Jin J., et al. Accumulation characteristics and estimated dietary intakes of polychlorinated dibenzo-p-dioxins, polychlorinated dibenzofurans and polychlorinated biphenyls in plant-origin foodstuffs from Chinese markets[J]. Science of the Total Environment, 2021, 775: 145830.）

而在植物源食品中，植物油中二噁英的含量远超其他品类；谷类、豆类含量显著高于薯类、蔬菜及食用菌；其中叶类蔬菜累积水平是其他蔬菜及食用菌混合样品含量的1.4-6.2倍。

可以说，人体内的二噁英有90%以上来源于我们吃的食物，因此，合理膳食很重要。在日常饮食中，对于海鲜和动物肝脏，少量食用可补充微量元素，过量食用则会增加健康风险。因此，为减少二噁英的过量摄入，需避免海鲜和动物肝脏的过量摄入。

植物源食品中的二噁英类污染物

（来源文献：Sun S., Cao R., Lu X., et al. Levels and patterns of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans and polychlorinated biphenyls in foodstuffs of animal origin from Chinese markets and implications of dietary exposure[J]. Environmental Pollution, 2021, 273: 116344.）

结语

想不到，除焚烧工业排放、纸张漂白行业等以外，日常生活中私家车出行和日常饮食都和“世纪之毒”有着千丝万缕的联系。

幸运的是，人类并不是对其无可奈何。通过运动提升自身免疫力、合理膳食、提倡垃圾分类收集和处理、采用二噁英类污染物源头削减和协同减排控制技术等，都能够有效降低二噁英类的排放量及其对人体的危害。

随着科研工作者对于二噁英类污染物生成机理的认知愈加明确，必将科学制定行之有效的减排控制技术和策略，使二噁英类污染物的排放控制在安全范围内，逐渐降低二噁英类污染物在膳食中的暴露水平。

参考文献：

【1】任美慧. 固废焚烧源二噁英及其类似物的生成分布特征及化学阻滞机理 [D].大连：中国科学院大连化学物理研究所. 2021.

【2】吴永宁，赵云峰，李敬光. 第五次中国总膳食研究 [M]，科学书版社，2018.

【3】Sun S., Cao R., Jin J., et al. Accumulation characteristics and estimated dietary intakes of polychlorinated dibenzo-p-dioxins, polychlorinated dibenzofurans and polychlorinated biphenyls in plant-origin foodstuffs from Chinese markets[J]. Science of the Total Environment, 2021, 775: 145830.

【4】Sun S., Cao R., Lu X., et al. Levels and patterns of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans and polychlorinated biphenyls in foodstuffs of animal origin from Chinese markets and implications of dietary exposure[J]. Environmental Pollution, 2021, 273: 116344.