作者：赵和平
出版社：浙江大学出版社
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科学技术与环境健康试读：
前言
通识教育是大学教育中的重要一环，以“通过学习基本知识培养健全的人格，使受教育者成为健全的人”为理念，激励大学生掌握基础性、综合性、多样化的基础知识与技能，强调培养知识面宽、适应性强、视野开阔的通才。但综观全国高校，普遍缺乏通识课教材，因此编写面向本科生的通识课教材非常有必要。
在浙江大学大力发展本科生通识教育的背景下，《科学技术与环境健康》获得了“浙江大学本科生特色教材计划”的资助。本书以通识课的教育理念为指导，通过全面介绍当今世界所面临的多种污染等问题和环境健康危机，以及新概念、新技术等在环境污染治理及修复中的应用，辅以世界发展史中典型的环境污染及修复案例，通过阐述科学技术与环境污染及环境健康之间的辩证关系，以达到传授环境学领域基础核心知识的目标，并鼓励学生以辩证的眼光看待事物的发展。
本书由赵和平博士主笔（第一、二、四、五、六、七章），高超超博士参与编写（第三、八、九章），赵和平博士负责统稿。浙江大学教务部和浙江大学出版社对本教材的出版给予了热心的支持，在此深表感谢。由于编者的水平及时间有限，教材中仍难免有错误及不妥之处，恳请广大读者、有关专家、老师和同学批评指正。因阐述需要，部分图片来源于网络，如牵涉版权问题，请及时与作者联系（E-mail：hopechoil@hotmail.com）。编著者2016年1月第一章绪论
随着工业、农业、经济，特别是科学技术的高速发展，人类所处的环境受到前所未有的干扰和挑战，气候变暖、臭氧层破坏、酸雨蔓延、生物多样性减少、森林锐减、土地荒漠化、资源短缺、环境污染等成为严重危害人类生存与发展的重大威胁。人们开始意识到保护环境对于人类社会可持续发展的重要性，并为此制定了相应的法律法规。
改革开放三十多年以来，我国经济迅速发展，成为世界工厂的同时，环境问题也变得十分严峻。世界卫生组织2006年的报告中显示，世界上污染最严重的20个城市中，有16个来自中国（WHO，2006）。我国中东部地区，特别是珠三角、长三角、京津冀及东北地区成为我国环境污染重灾区。能源结构不合理，环境保护执法不严、监管不力及近年来私人交通工具发展迅猛，是我国环境恶化的主要原因。
严重的环境问题带来了许多次生的健康及社会问题，如秋冬季节全国大面积严重的雾霾天气直接导致了各地的呼吸道疾病发病率日益升高；土壤污染和水污染则直接影响着食品安全。环境问题不仅关系国家发展和安全，也成为迫切的民生问题。如何在经济快速健康发展的同时，优化产业发展结构，转变经济发展方式，通过直接治理、间接防治，不断改善环境质量，创造优美舒适的生活、工作环境，成为所有公民需要面对的课题。了解当前的环境污染现状、生态环境健康与环境污染的相互关系和科学技术在治理环境中的作用，将有助于我们加快环境改善的步伐。第一节环境现状一、环境学研究对象（一）环境定义
狭义的环境是指生物物理环境，即围绕在生物体周边的有生命的和无生命的所有介质，包括影响生物体生存、发展和进化的不同影响因素。简单来说，环境就是围绕人类的客观事物，是自然因素和社会因素的综合，人类生存和发展的基础。根据立法，每个国家对环境的定义略有不同。《中华人民共和国环境保护法》中，将环境定义为“影响人类生存和发展的各种天然的经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”（环保部，1989）。
广义的环境，则包括整个社会经济文化体系，如生产力、生产关系、社会制度、社会意识和社会文化。在自然环境的基础上，人类通过长期有意识的社会劳动，加工和改造了自然物质，创造了物质生产体系，积累了物质文化，进而形成了与自然环境相对的环境体系概念（图1-1）。社会环境一方面是人类精神文明和物质文明发展的标志，另一方面又随着人类文明的演进而不断地丰富和发展，所以也有人把社会环境称为文化—社会环境。广义的环境是人类生存及活动范围内的社会物质、精神条件的总和。图1-1 广义的环境系统（IASC，2010）（二）环境的资源属性
环境作为一种资源，包含两种资源属性。一是指环境的单个要素（如土地、水、空气、动植物、矿产等）以及它们的组合方式（环境状态），是人类形成的必要条件，为人类的生存和发展提供了各种资源条件，如水、空气、土地、矿产等，具有自然资源属性；二是指与环境污染相对应的环境纳污能力，即“环境自净能力”，具有环境资源属性。环境资源作为人类赖以生存和发展的物质基础，它除了具有区域性、整体性、稀缺性、多用途性等特点外，还具有价值性、无阶级性、非排他、非竞争的公共商品性。（三）环境的组成
环境包括自然环境和社会环境两部分。
自然环境指地球上一切生命与非生命的自然条件和自然资源的总和。一是完整的生态单位，即没有受到人为大规模干扰下自我运作的自然系统，包括所有植物、动物、微生物、土壤、岩石、大气，以及在其范围内发生的自然现象；二是不受人类活动影响的普遍的自然资源和物理现象，如空气、水和气候，以及能源、辐射、电荷和磁性等。自然环境又可分为原生自然环境和次生自然环境。
原生自然环境是指未受人类活动影响的地域。如人迹罕至的高山、荒漠、原始森林、极地、大洋中心区等，又称天然环境或原始自然环境。随着人类活动范围的不断扩大，原生自然环境区域日益缩小。
次生自然环境是指自然环境中受人类活动影响较多而发生了景观和功能变化的地域，如耕地、种植园、鱼塘、人工湖、牧场、工业区、城市、集镇等，是原生环境演变成的一种人工生态环境。次生自然环境形成过程中引起的人为环境问题，叫作次生环境问题。环境科学的研究对象即次生环境问题。
社会环境是与自然环境相对的概念，是人类在自然环境的基础上，为了满足生存和发展的需要，通过长期的经济和社会活动逐步创造和建立起来的人工环境。社会环境包括：物理社会环境，如建筑物、道路、工厂等；生物社会环境，如驯化、驯养的植物和动物；心理社会环境，如人的行为、风俗习惯、法律和语言等。人们有时将这些社会环境按功能分为村落环境、城市环境、工业环境、农业环境等。（四）环境的分类
环境是一个复杂的开放系统，可以按不同分类原则进行多种分类。如按功能，可分为生活环境和生态环境；按组成要素，可分为大气环境、水环境、土壤环境等；按范围大小，可分为居室环境、院落环境、村落环境、城市环境、区域环境等；按人类影响程度，可分为自然环境和人工环境。二、环境问题
环境问题，是指因为人类活动而引起的环境质量变化，以及这种变化对人类的生产、生活和健康造成的影响。人类与环境不断地相互影响和作用，产生环境问题。环境问题多种多样，归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾害引起的原生环境问题，如地震、洪涝、干旱、台风、崩塌、滑坡、泥石流等。一类是人类活动引起的次生环境问题。次生环境问题一般又分为环境污染和环境破坏两大类。如乱砍滥伐引起的森林植被的破坏、过度放牧引起的草原退化、大面积开垦草原引起的沙漠化和土地沙化、工业生产造成大气与水环境恶化等。（一）原生环境问题
原生环境问题是由自然界本身运动引起的、无法避免的客观事实，通常指自然灾害。原生环境问题包括：地质灾害，如地震、泥石流、地面塌陷、火山爆发等；灾害性天气，如台风、飓风、龙卷风、冰雹、旱灾等；水文灾害，如洪涝灾害等；生物灾害，如病、虫、草、鼠害等。原生的环境自然灾害按表现形式，可分为骤发性自然灾害，如地震、火山爆发、飓风等，以及长期性自然灾害，如沙漠化、水土流失等。
尽管原生环境问题有其自发性，不以人的意志为转移。但是人为的作用可以加速或延缓灾害的发生，加大或减轻灾害的影响和损失。如因人类活动愈加频繁，我国北方荒漠化面积在过去四十年间增加了近50%，沙尘暴现象加剧。（二）次生环境问题
次生环境问题又称第二环境问题，包括环境破坏与环境污染两大类（图1-2）。环境破坏，即生态破坏，是人类不合理开发自然资源等造成的水土流失、土地荒漠化等生态系统失衡及功能退化。而环境污染指自然地或人为地向环境中排放某种物质或物理介质，因超过环境的自净能力而产生危害行为及结果。环境污染包括水污染、大气污染、土壤污染、噪声污染等。目前常见的环境污染来源有如下几个方面：（1）工业生产形成的“三废”，造成空气、水、土壤、食物等的污染；（2）农业生产中使用农药等造成农作物、畜产品的农药残留；（3）生活垃圾、污水、粪尿等生活废弃物造成的空气、土壤、水、食物及致病微生物污染；（4）交通运输过程中产生噪音、振动和各种废气；（5）电磁波通信设备所产生的微波和其他电磁波；（6）原子能和同位素机构所排放的放射性废弃物和飘尘等。图1-2 主要环境问题（三）环境问题的产生和发展
环境问题的产生原因在发展中国家与发达国家不尽相同。在发展中国家，人口基数大、增长快是对其资源和环境造成压力的重要原因。发达国家的过度消费则是造成环境负担的主要根源。工业革命以来，发达国家一直走的是“先污染，后治理”的道路，给区域和全球环境造成了巨大的伤害，近几十年来的大力治理，资源的无害化利用使单位资源对环境的危害减小；而很多发展中国家目前正处在工业化进程中，由于人口的压力及技术、资金等因素的制约，单位资源的利用给环境造成的危害普遍比发达国家严重。
就全球而言，环境问题的产生有以下几个主要原因。（1）人口迅速增长的压力：庞大的人口基数和较高的人口增长率，对全球特别是一些发展中国家，形成了较大的人口压力。因为人口持续增长，对物质资料的需求和消耗随之增多，人们为了生存而滥垦滥伐、滥采滥捕、破坏生态平衡，进而出现种种资源和环境问题，反过来影响社会经济发展和生活质量的提高。（2）资源的不合理利用：几乎全部发展中国家及部分发达国家对非可再生资源的需求巨大，非可再生资源正迅速耗竭。（3）追求片面的经济增长，忽视可持续发展：传统的发展模式关注的只是经济领域的活动，其目标是产值和利润的增长、物质财富的增加。在这种发展观的支配下，为了追求最大的经济利益，人们认识不到环境本身所具有的价值，采取了以损害环境为代价来换取经济增长的发展模式。
环境问题是随着人类社会和经济的发展而发展的，到如今已发展到十分尖锐的地步。环境问题的历史发展大致可以分为以下三个阶段。
生态环境的早期破坏：该阶段从人类出现开始直到产业革命结束，是一个相当漫长的时期。在该阶段，随着种植、养殖和渔业的发展，人类的种群开始迅速扩大，需要更多的资源来扩大物质生产规模，便开始出现烧荒、垦荒、兴修水利工程等改造活动，引起严重的水土流失、土壤盐渍化或沼泽化等生态退化问题。这一阶段的人类活动对环境的影响还是局部的，没有达到影响整个生物圈的程度。如中国的黄河流域，曾经森林广布，土地肥沃，是文明的发源地，而西汉和东汉时期的两次大规模开垦，虽然促进了当时的农业发展，可是由于森林骤减，水源得不到涵养，造成水旱灾害频繁，水土流失严重，沟壑纵横，土地日益贫瘠，给后代造成了不可弥补的损失。
近代城市化阶段：该阶段从工业革命开始到20世纪80年代（南极臭氧洞被发现）为止。工业革命大大提高了人类社会的生产力，能源和其他自然资源的开采和消耗达到空前的规模，欧美迅速进入工业化社会，并高度城市化。由于人口和工业密集，燃煤量和燃油量剧增，发达国家的城市饱受空气污染之苦，城市周围继而出现日益严重的水污染和固体废弃物污染。20世纪中期，发达国家开始对这些城市环境问题进行大力治理，并把重污染工业转移到发展中国家，较好地解决了国内的环境污染问题。20世纪末至21世纪初，部分发展中国家开始工业化和城市化，城市环境问题日益突出。
全球化阶段：从1984年英国科学家发现、1985年美国科学家证实南极上空出现的“臭氧洞”开始，人类环境问题发展到全球化阶段。酸雨、臭氧层破坏和全球变暖三大全球性大气环境问题成为阻碍人类生存和发展的重大环境问题。与此同时，生态破坏、水资源短缺、资源耗竭等信号表明，生物圈这一生命保障系统对人类社会的支撑已接近它的极限。第二节环境健康危机一、环境污染
自然环境本身有一定的自净功能。当污染物进入环境后，由于大气、水、土壤等的扩散、稀释、氧化还原、生物降解等作用，污染物质的浓度和毒性会自然降低，这种现象叫作环境自净。如果排放的物质超过了环境的自净能力，环境质量就会发生不良变化，危害人类健康和生存，这时就造成了环境污染。
环境污染有多种分类方法。按环境要素可分为大气污染、水污染、土壤污染；按人类活动可分为工业污染、城市点源污染、农业面源污染；按污染物性质可分为化学污染、生物污染、物理污染（噪声污染、放射性污染、电磁波污染）、固体废物污染等。（一）大气污染
大气污染是指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利，或危害了环境。大气污染按所涉及的范围可分为：（1）局部地区污染，即由某个点污染源造成的较小范围的污染；（2）地区性污染，如工矿区或整个城市的大气污染；（3）广域污染，即超过行政区域的广大地域的大气污染，如近年来覆盖中国东部地区的雾霾；（4）全球性污染，如大气中硫氧化物等造成的酸雨和全球气候变暖等。
大气污染按污染物种类可分为以下四类：（1）煤烟型，即由煤炭燃烧放出的烟尘、氧硫化物等造成的污染，以及这些污染物基础上因化学反应而生成的硫酸等构成的气溶胶污染；（2）石油型，即在石油开采、冶炼及机动车发动机燃烧过程中排放的氮氧化合物、碳氢化合物（HC）等所造成的污染，以及这些污染物经过光化学反应形成的光化学烟雾二次污染；（3）混合型，即煤烟型和石油型混合污染；（4）特殊型，即由工厂排放的某些特定的污染物造成的局部污染或地区性污染，这种类型的污染特征由工厂所排放的污染物种类决定。
当前全球性的大气污染问题包括臭氧层破坏、气候变暖及酸雨加剧。臭氧层可吸收太阳光中高强度的紫外线而保护地球上人类和生物24免遭紫外线伤害。一氧化二氮（NO）、甲烷（CH）、氟氯烷烃（CFC）等气体的大量排放导致了臭氧层面积的急剧缩小，进而严重影响了地球上人类的健康。242
二氧化碳（CO）、CH、NO、CFC等温室气体严重加剧了全球气候变暖。实际上地球的大气本来就存在着温室效应，也正是因为温室效应，地球才孕育了生命，并发展成一个适合生命存在的星球。不过随着人类活动加剧，人类向大气中排放过量的温室气体，在全球范围内引发了严重的气候变暖及随之而来的海平面上升和粮食生产危机。有研究表明，近百年来全球地表温度平均增加了0.3～0.6℃，如果不减少排放温室气体，全球平均气温到2050年将上升1℃。气候变暖同时引起了海平面的上升。在过去的一百年里，全球海平面平均上升了14.4cm，目前仍保持着每年6mm的上升速度，到2070年全球的海平面将平均升高65cm。气候变暖同时严重影响了世界粮食生产和分布，严重威胁人类的生产和生活。
而很多发展中国家在饱受全球性大气污染困扰的同时，还面临着严重的区域性大气污染问题。如我国城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放x总量迅速增加；氮氧化物（NO）污染呈加重趋势；雾霾天气愈发频繁。（二）水污染
水体是河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等贮水体93的总称。全世界的总水量约为1.4×10km，其中97.2%在海洋，淡水只占2.8%，这其中又多以两极的冰盖、冰川和深层地下水的形式存3在，可供人类利用的水资源不到1%。而当前全世界每年多于420km3的污水排入江河湖海，污染了约5500km的淡水，相当于全世界径流总量的14%以上。
水污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化。水污染加剧了全球的水资源短缺，危及环境健康，严重制约了人类社会、经济与环境的可持续发展。世界卫生组织统计表明，世界上许多国家正面临着严重的水污染和资源危机。发展中国家约10亿人常饮用不清洁水，约1.7亿人常饮用被有机物污染的水，每年约2500万人死于饮用不清洁水源。
水污染按照污染物的性质可分为：（1）物理污染，主要指排入水中的泥沙、悬浮性固体颗粒物和有色物质等，包括放射性污染和热污染；（2）化学污染，即向水中排放的酸、碱、有机和无机污染物等；（3）生物污染，即通过不同途径排入水体的病原微生物造成的水体污染。
水污染的主要来源包括制造工业、农畜业和生活废水。工业废水是指工业生产过程中产生的废水和废液，包括工艺过程用水、机器设备冷却用水、烟气洗涤水和生产废液等。工业废水成分复杂，且时间和空间差异性大，所以工业污染源具有量大、毒性较大、难处理等特点，对自然界中各类水体都易造成较大危害。农业污染源来源于农作物栽培、畜牧饲养、食品加工和生产过程中排出的污水和废液。农业过程中大量施用的农药、化肥等，通过降雨、沉降和径流冲刷而进入地表水或地下水，造成水体污染。农业污染源的特点是污水中有机质、氮磷及病原微生物含量较高，水体污染面源广大而分散，治理难度较大。生活污水是人们日常生活中产生的各种污水的混合液，包括厨房和浴室排出的污水及卫生间排出的粪便污水，除了家庭生活污水外，还包括企事业单位日常生活工作中排出的废水。生活污水中悬浮固体颗粒物、好氧有机物、合成洗涤剂、氨氮和病原微生物含量非常高，并含有一定浓度的有毒有机物。生活废水的水质呈现规律性变化。
中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，水资源总量居世界3第6位，人均占有量只有2500m，约为世界人均水量的1/4，居世界第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。多年来，中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，严重地威胁了社会的可持续发展和国计民生安全。调查显示，我国辽河、海河、淮河、黄河、松花江、长江和珠江等七大水系均受到不同程度污染，符合《地面水环境质量标准》Ⅰ、Ⅱ类标准的只占32.2%（河段统计），符合Ⅲ类标准的占28.9%，属于Ⅳ、Ⅴ类标准的占38.9%，如果将Ⅲ类标准也作为污染统计，则中国河流长度有67.8%被污染，约占监测河流长度的2/3。同时，我国地下水资源污染也不容乐观。中国北方五省区和海河流域地下水资源中，浅层水和深层水均遭到不同程度的污染，局部地区和部分城市的地下水污染比较严重，且污染呈上升趋势。（三）土壤污染
土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，是岩石经风化发育而成的历史自然体，其厚度一般在2m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素，是植物进行光合作用、交换能量的重要场所。土壤包括固相（矿物质、有机质）、液相（土壤水分或溶液）和气相（土壤空气）三相物质。按质量计，矿物质可占固相部分的90%以上，有机质占1%～10%，土壤物质大多是以矿物质为主的物质体系。
土壤污染是指人类活动产生的污染物质，如有机废弃物或含毒废弃物通过各种途径进入土壤，并累积到一定程度，影响或超过了土壤的自净能力，引起土壤质量恶化和正常功能的退化，并进而影响植物的正常生长和发育的现象。土壤污染主要包括无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属、盐类、放射性元素、含砷、硒、氟的化合物等。有机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油烃类、合成洗涤剂和由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。
不同于水污染和大气污染比较直观的特点，土壤污染有较强的隐蔽性。土壤污染往往是通过农作物污染，再通过生物富集作用，经过较长时间才反映到对生物和人体健康的影响。土壤污染同时有较强的累积性。污染物质在土壤中并不像在大气和水体中很容易扩散和稀释，而是在土壤中不断累积，且会随着时间的推移而加剧污染，最终导致土壤不可逆地失去功能性。
我国环保部和国土资源部近期发布的数据显示（环保部，2014），我国土壤污染形势严峻，全国土壤总超标率为16.1%，其中重度污染点位比例为1.1%。耕地土壤点位超标率为19.4%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕（DDT）和多环芳烃（PAHs）。镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%，其中镉重度污染点位比例为0.5%。六氯化苯（又称“六六六”）、滴滴涕、多环芳烃3类有机污染物点位超标率分别为0.5%、1.9%、1.4%。（四）其他污染
现代科学技术是把双刃剑，在推动人类文明进步的同时，也带来了一些危及人类自身生存的潜在危害。特别是近年来愈发引起人们关注的物理污染，如噪声污染、光污染、热污染、放射性污染、电磁辐射污染等。
噪音污染指人类在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活等活动中，产生的噪声干扰周围人类和动物生活环境的现象。噪声最主要来源于交通，包括汽车、飞机和火车产生的噪声。除此之外，工业噪声、建筑施工机械、娱乐扩音设施、某些办公设备，也是噪声的主要污染源。噪声按声音的频率可分为：低于400Hz的低频噪声、400～1000Hz的中频噪声及大于1000Hz的高频噪声。噪声污染具有主观性、不持久性、传播距离的有限性和无后效性等特点。
光污染即过量的光辐射对人类生活和生产环境造成不良影响的现象。包括可见光、红外线和紫外线。广义的光污染包括一些可能对人的视觉环境和身体健康产生不良影响的事物，包括生活中常见的书本纸张、墙面涂料的反光甚至是路边彩色广告。在日常生活中，人们常见的光污染多为镜面建筑的反射光。光污染问题最早于20世纪30年代由国际天文界提出，他们认为城市室外照明使天空发亮对天文观测造成负面影响。2009年，澳大利亚《宇宙》杂志报道：据美国一份最新的调查研究显示，全球70%的人生活在光污染中，夜晚的华灯造成的光污染已使世界上20%的人无法用肉眼看到银河系美景。在远离城市的郊外夜空，人们可以看到两千多颗星星，而在大城市却只能看到几十颗。
热污染是指日益现代化的工农业生产和人类生活中排放出的废热所造成的环境污染。热污染多发生在城市、工厂、火电站、原子能电站等人口稠密和能源消耗较大的地区。常见的热污染形式包括大气热污染即热岛效应和水体热污染。热岛效应是指因工业生产、机动车行驶、空调排热等形成的城市气温高于郊区和农村的一种高温效应，它是城市气候的典型特征之一，在一定程度上影响植物景观生长、城市空气湿度、云量和降水。水体热污染则是因热电厂、核电站、炼钢厂等冷却水所造成的水体温度升高，导致水体中溶解氧减少、水生生态环境遭到破坏的现象。
放射性污染是指由于人类活动造成物料、人体、场所、环境介质表面或者内部出现超过国家标准的放射性物质或者射线所造成的污染现象。在自然状态下，来自宇宙的射线和地球环境本身的放射性元素一般不会给生物带来危害。20世纪50年代以来，人的活动使得人工辐射和人工放射性物质大大增加，环境中的射线强度随之增强，危及生物的生存，从而产生了放射性污染。放射性污染的来源包括三种。（1）原子能工业排放的放射性废物。原子能工业中核燃料的提炼、精制和核燃料元件的制造，都会有放射性废弃物产生和废水、废气的排放。当原子能工厂发生意外事故时，所造成的放射性污染是相当严重的。（2）核武器试验的沉降物。在进行大气层、地面或地下核试验时，排入大气中的放射性物质与大气中的飘尘相结合，由于重力作用或雨雪的冲刷而沉降于地球表面，这些物质称为放射性沉降物或放射性粉尘。（3）医疗、科研排出的含有放射性物质的废水、废气、废渣等。如进行一次肺部X光透视，约接受（4～20）×0.0001Sv的剂量（1Sv相当于每克物质吸收0.001J的能量）；科研工作中广泛地应用放射性物质，除了原子能利用的研究单位外，金属冶炼、自动控制、生物工程、计量等研究部门几乎都有涉及放射性方面的课题和试验，在这些研究工作中都有可能造成放射性污染。
电磁辐射污染又称电磁波污染或射频辐射污染。由于电子技术的广泛应用，无线电广播、移动电话、电视及微波技术的迅速发展，射频设备的功率成倍提高，使地面上空的电磁辐射大幅度增加，直接危害人体健康，已成为人们非常关注的公害。二、环境污染与健康危机（一）环境污染与生态健康
生态平衡是指某个生物主体与其环境之间的综合协调性，是关于能量流动、物质循环和信息传递的一个动态过程。在自然条件下，生态系统总是朝种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到生态系统达到成熟的稳定状态为止。一个健康的生态系统同时也是一个稳定的平衡的生态系统。生态系统平衡反映出生物主体与环境之间良好的稳定性、协调性和自我修复能力。当人类活动干预超过生态系统的生态阈值和容量导致生态系统无法自我调节并修复时，生态系统将出现衰退或崩溃，即“生态系统失衡”，又称“环境退化”。
环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响，如沙漠化、森林破坏、湖泊海洋富营养化等，给生态系统和人类社会造成直接的危害。有些环境污染衍生出的环境效应如大气污染造成的温室效应、酸雨、臭氧层破坏等，对生态系统造成更大范围和深远意义的破坏性影响。这种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性，往往在污染发生的当时不易被察觉或预料到，然而一旦发生，就表示环境污染已经发展到相当严重的地步。
环境污染同时会造成生态系统中不同生物的生态位移，而造成生态失衡。如富营养化严重的水体中藻类等浮游生物过度繁殖生长，造成水中溶解氧下降，土著水生生物因缺氧窒息死亡，导致水生生态环境失衡。（二）环境污染与生物健康
空气、水、土地和食物等，都是人类生存和健康的必要条件。人体在生命活动的过程中，不断地新陈代谢，同周围的环境进行物质与能量的交换，增强与环境的适应性。人们长期生活在被污染的环境中，当这种生理功能达到一定界限，超过人体耐受限度时，就会引起疾病，导致终身残疾或者死亡。
一般来说，当环境污染物进入人体后，人体对毒性的反应大致经历四个阶段：（1）潜伏期，人体对毒物还有抵抗能力，没有表现出疾病的症状；（2）病状期，在环境污染持续影响下，人体耐受毒素的能力下降，成为没有“症状”的病人；（3）显露期，环境污染再持续，出现了各种症状；（4）危险期，病症没有及时被发现和治疗，表现出毒性反应、发病、死亡等症状。
环境污染可以通过各种途径进入人体内。由于污染物的毒性、浓度和人体的个体差异，以及污染时间的长短、散发的快慢等条件的不同，会对人体健康造成不同类型和程度的危害。（1）急性危害，是指人们一次性摄入大量毒性较强的污染物，在短时间内就出现了明显的症状。如家庭燃煤或使用煤气不当，容易发生一氧化碳、二氧化碳的中毒事故。（2）慢性危害，是指人体在较长时间内摄入数量不多、危害程度不明显的污染物，过了相当长时间才显露其危害性，一般以大气污染对人体呼吸道的危害居多。例如，汽车使用的汽油中含铅，污染了大气，造成对人体的危害是普遍的、长期的。（3）远期危害，是指比慢性污染作用和发病潜伏的时间更长，甚至危及下一代才显露病症的危害。例如，长期从事镍冶炼的工人，患肺癌、鼻癌的发病率要比其他发病率高出150倍。
环境污染的致病因素主要包括以下三类。
1.物理因素
物理污染直接或间接影响人类健康，可分为视觉污染、听觉污染、核污染等，污染源包括光线、噪音、电磁波、核辐射等方面。视觉污染，是指环境颜色太多、太杂乱、太艳、太眩所造成的视觉疲劳等问题，并进而影响人体健康。听觉污染也称噪音污染，会损伤听力，干扰睡眠，诱发多种疾病，影响心理健康。
核污染通过放射性物质的辐射作用或生物化学毒性造成人体损伤。辐射损伤是各种电离辐射作用于人体所引起的各种生物效应的总称，即电离辐射（如X或γ射线、β射线、α射线和中子束等）在电离、激发作用下将能量传递给机体，造成各组织器官的病理变化。放射性沉降物还可以通过食物链进入人体，在体内达到一定剂量时就会产生有害作用。人会出现头晕、头疼、食欲不振等症状，发展下去会出现白细胞和血小板减少等症状。如果超剂量的放射性物质长期作用于人体，就能使人患上肿瘤、白血病及遗传障碍。
2.化学因素
人体中含有大量的化学元素。在这些元素中，除碳、氢、氧、氮能形成各种体内的有机物质以外，其他元素都以一定的化学形态和结构形成各种生物配合体、功能蛋白质、酶等，并存在于人体组织中，或作为组成人体结构的材料，或作为血氧运输的载体，或作为酶的激活剂，或作为体液中电解质平衡的调节剂，或作为人体细胞间的信息传递的通讯员，这些元素协同作用，共同完成人体的新陈代谢功能。其中有些元素是人体必需的，有些是非必需的，任何一种化学元素超过一定的标准都会对人体产生伤害。例如，铁是人体必需的元素，具有造血、组成血红蛋白、传递电子和氧、维持器官功能的作用，但人体摄入过量的铁，就会损伤胰腺和性腺，甚至引起心衰、糖尿病和肝硬化。氟也是人体的必需元素，氟对防龋齿、促进牙的生长有积极作用，氟还参与人体内各种氧化还原反应和钙、磷代谢，但是，过量的氟会引起氟斑牙、氟骨症和骨质增生。
来源于大气、水体和土壤中的化学污染物多通过直接的刺激性作用或间接的生物富集作用影响人类健康（图1-3）。气态污染物多通过对人体感官或呼吸道等生物刺激作用影响健康，如甲醛对人体的眼睛、嗅觉、呼吸道的刺激影响较为严重，吸收过量甲醛容易造成嗅功能减退、嗅敏感降低。图1-3 化学污染对人体健康的影响（Eco Solutions）
3.生物因素
未经处理的生活污水、医院污水、工厂废水、垃圾和人畜粪便排入水体或土壤，可使环境中寄生虫、细菌、病毒和虫卵等数量增加，威胁人体健康。如1997年6月，北京因大气生物污染造成某写字楼暴发军团病，患者出现浑身疼痛，部分人还扁桃体发炎、腹泻、高烧。军团病是嗜肺军团杆菌所致的急性呼吸道传染病，军团菌可在自来水中存活约1年，在河水中存活约3个月。军团病的潜伏期2～20天不等。主要症状表现为发热，伴有寒战、肌疼、头疼、咳嗽、胸痛、呼吸困难，病死率高达15%～20%，对人体健康威胁极大。第三节科学技术与环境健康一、环境健康诊断
随着新材料、新产品、新技术和新工艺的不断涌现，化学品在工业中的应用已经变得越来越普遍。化学品的大量使用，在赋予产品更多功能性、提高加工性能和效率的同时，也不可避免地带来了一些环境和生态安全问题。这些物质最初以较低浓度被排放到环境中，由于不易在自然环境中降解，会越积越多，通过水源、大气、食物链威胁人类的健康，而如果在产品上残留，则会通过接触直接影响人体健康。这些健康威胁涉及致癌、致畸、致突变和生殖毒性等。因此，如何在污染物排放初期了解环境中化学污染物现状，包括污染物种类和水平，对于后期的环境风险评价、环境修复有着重要的意义。（一）污染物检测技术
空气中的主要污染物包括颗粒物（PM2.5和PM10）、挥发性有机2物、半挥发性有机物（SVOCs）、SO、氮氧化物、CO、氟化物、4臭氧、重金属、非甲烷总烃、CH、油烟、苯系物等，分为气态、颗粒态和两态共存三种情况。气态污染物的采样方法有直接采样、动力采样和被动采样等多种方式，采集后的样品主要通过气相色谱（GC）或气相色谱—质谱联用（GC-MS）等方式直接测定。颗粒态污染物主要通过自然沉降和滤料法采集。自然沉降法主要用于采集颗粒粒径大于30μm的颗粒物，而滤料法则多用于采集粒径更小的颗粒污染物，如PM2.5、PM10等。滤膜经过提取、净化、浓缩等处理步骤后，进入GC、GC-MS、高效液相色谱（HPLC）、HPLC-MS、原子吸收光谱（AAS）或电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）进行分析。至于两态共存污染物，则多用两相分离的方法，如玻璃纤维滤膜拦截大气颗粒物后用聚氨基甲酸乙酯泡沫采集吸附气态污染物的方法采集样品，再分别做进一步的测试分析。
水体中的常见化学污染物可分为有机污染物和无机污染物两大类。有机污染物包括多环芳烃、挥发酚、石油类、动植物油、总氰化物、悬浮物、可吸附有机卤素（AOX）等。这类污染物样品通常需要进行如萃取、吹扫捕集等样品前处理工作，以排除类似物的测定干扰，再利用GC、HPLC、GC-MS、HPLC-MS等方法进行测定。而硫化物、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、氟化物、阴离子表面活性剂等无机物通常通过分光光度法和离子色谱法（IC）等进行分析测定。重金属则多利用原子吸收法、原子荧光法或ICP-MS等进行定量分析。
土壤中的污染物主要包括各种金属离子、VOCs、SVOCs、PAHs、多氯联苯（PCBs）、有机磷和有机氯农药、总石油烃类和苯系物等。不同于水样的测试分析，土壤样品需要通过加热消解法、密闭消解法、微波消解法、熔融法等前处理，对土壤中以不同形式存在的金属或重金属污染物进行消解、熔融；或通过萃取抽提、超声萃取等进行前处理，对土壤中以不同形式存在的有机污染物进行提取或溶解，再做进一步的分析和测定。（二）污染物生物诊断
污染物的生物诊断是指系统地利用生物的反应测定一种或多种环境因素单独或联合存在时所导致的环境影响或危害。生物诊断利用包括分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统各级水平上的反应。
生物诊断包括一般的生物毒性测试法、分子和细胞水平测试法、三致效应测试法和微生物生态结构测试法。一般的生物毒性测试分为短期生物测试、中期生物测试和长期生物测试。短期生物测试用来快速估计污染物的毒性，评定几种不同毒物或废物对某种生物的相对毒性或评定不同生物对不同条件如温度、pH的相对敏感性等。长期的生物测试则包括全生命周期测试（complete life-cycle bioassay）和部分生命周期测试（partial life-cycle bioassay），主要检测在持续情况下不造成有害效应的毒物最大浓度或最大允许毒物浓度。
三致效应测试包括致突变、致癌、致畸变测试。致突变测试目的是为了检查受试物对机体遗传过程有无影响。经典的致突变实验为Ames测试，即利用一种微生物的营养缺陷型突变型菌株与受试物接触，若此化学物质具有致突变性，可使突变型微生物再发生一次突变，重新成为野生型微生物。这种突变叫作回复突变。图1-4 经典Ames检测流程（McGraw-Hill）
分子和细胞水平的测试包括分析污染物对微生物或供试动植物的细胞水平、酶水平及基因水平的干扰及病理影响。即通过细胞生物学和分子生物学的手段，如显微镜观察、酶联免疫测试分析、蛋白质组学、基因组学技术，分析不同污染物种类及水平对供试微生物及动植物细胞结构、细胞功能、功能酶活性、基因序列所造成的影响，如发光菌测试法、荧光定量PCR分析功能基因法等。
不同于物理或化学方法只能测定污染物的种类和浓度，生物不但可通过剂量学研究测定污染物浓度，而且能够测定污染物对生物机体的影响。二、环境污染修复技术
修复（remediation）是工程上的一个概念，是指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程。严格说来，修复包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。恢复（restoration）是指使部分受损的对象向原初状态发生改变；重建（reconstruction）是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平；改建（renewal）则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减少人类不希望的自然特点。环境意义上的修复是指对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化。狭义的环境修复对象包括污染大气、污染水体和污染土壤。环境修复技术指人类修复环境时所采用的手段，包括物理技术、化学技术与生物技术等三类基本技术。（一）传统物理修复
环境物理修复技术是一项借助物理手段污染物从环境中提取分离出来的技术，工艺简单，费用低，选择性低。通常情况下，物理分离技术被视为后期修复的前期工作，经过物理分离技术修复后的环境通常达不到环境修复的要求。如水污染治理中的物理稀释技术、机械除藻技术和底泥样疏浚技术，以及土壤污染中的客土回填、物理淋洗及纳米材料吸附技术。（二）化学修复
化学修复技术相对于其他修复技术来讲发展较早，也相对成熟。目前，化学修复技术主要涵盖化学淋洗、化学氧化—还原修复、化学深沉等几方面的技术类型。相比较而言，化学修复技术是一种快捷、积极、对污染物类型和浓度不是很敏感的修复方式。但化学修复通常只是改变污染物在水体或土壤中的化学形态，并不能真正将污染物从水体或土壤中完全去除。随着环境的改变，污染物的生物有效性可能会再发生变化，从而再度危害环境。（三）生物修复
环境生物修复技术是一门由现代生物技术与环境工程相结合的新兴技术，是直接或间接利用完整的生物体，或生物体的某些组成部分或某些机能，建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统。生物技术主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物，目前已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率、更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。
生物修复技术的费用少、消耗低、效率高，过程稳定、操作简便、副产物少，与化工过程相比，反应条件大大简化。利用生物方法处理污染物通常可避免污染物的多次转移，不但避免二次污染，而且为污染物的资源化提供了新的思路。如大部分有机污染物可作为生物过程底物，其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质，即有机废物资源化过程。二、科学技术是把双刃剑
现代科学技术是把双刃剑，在推动人类文明进步的同时，也带来了一些危及人类自身生存的潜在危害。科学的发展和现代科学技术的产业化，一方面创造了极大的物质财富，满足了人们的物质需求，丰富了人类的生活，提高了人类的生活质量，有力地推动了物质生产、经济结构、社会关系、生活方式等方面的变革，另一方面也因向自然界直接排泄、抛弃废物或将科技用于军事等目的，而造成生态、环境和资源危机，严重地危害人类的健康与生存。
科学技术的发展，也为人类解决当前的环境污染和健康危机提供了新的手段，在空气污染、水污染和土壤污染修复中得到了广泛应用。如纳米态复合稀土化物粉体还原性能极强，可快速还原空气中一氧化碳和氮氧化物。而在汽车发动机汽缸内应用新一代的纳米催化剂后，汽油在燃烧后将无须进行尾气净化处理；纳米氧化锌（ZnO）、二氧2化钛（TiO）颗粒因可加速重金属氧化—还原反应，迅速修复重金属污染土壤，在污染土壤的修复治理应用中效果显著。
新技术、新材料在修复环境中某种污染物的同时，有时会带来新的污染。如纳米材料在改善土壤环境中重金属污染的同时，自身又会带来难以回收、纳米材料毒性等问题。
如何在发展科学技术的同时，避免科技对环境造成新的干扰和污染，并最大限度地利用科技为环境健康所用，真正地服务人类，形成良性、健康的可持续发展，将成为摆在我们面前的一道现实难题和艰巨任务。参考文献
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[13]中国政府网.中华人民共和国环境噪声污染防治法，1996[EB/OL］.http：//www.gov.cn/ziliaoflfg2005-08/05/content_20921.htm，2014-10-21.第二章大气污染及其对环境健康的危害第一节大气污染类型及成因一、大气及大气污染（一）大气定义
大气（atmosphere）是指环绕地球的全部空气的总和（ISO）。大气层是指因地球引力而围绕在地球表面的质量巨大的气体层，厚度大约在1000km以上，但没有明显的界线。整个大气层从地表往上分别为对流层（troposphere）、平流层（stratosphere）、中间层（mesosphere）、热层（thermosphere）和散逸层（exposure）（图152-1）。大气的总质量约为5.3×10t，约占地球总质量的百万分之一，大气密度随着高度增加而迅速下降，98%的空气集中在地表以上30km的空间内（郝吉明等，2009）。图2-1 大气层的组成（Pinterest）
空气是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室内外气体，是大气的狭义概念。
大气中的二氧化碳、甲烷、臭氧以及水汽等既能吸收来自太空的长波辐射，又能拦截地表向外放出的长波辐射，从而使大气下层和地表温度升高，这种保温作用又称作大气效应。同时，大气层还能保护地表避免太阳辐射直接照射，尤其是紫外线的照射，以避免这类射线对地球生物的伤害。（二）大气的组成
自然状态下，大气是由干洁空气、水汽和杂质组成。干洁空气是除去水汽和杂质的混合气体，主要成分为氮（78.09%）、氧（20.94%）、氩（0.93%），这三种气体占气体体积总量的99.96%，其他各项气体含量总计不到0.1%，这些微量气体包括氖、氦、氪、氙等稀有气体。在近地层大气中上述气体的含量几乎可认为是不变化的，称为恒定组分。干洁空气在85km以下的大气层中，除了二氧化碳、臭氧和水汽以外，组成比例基本上保持不变，又被称为均质层。干洁空气中的各种气体的临界温度都比较低，在常温下不会液化，一般以气态存在。2
氧气（O）和氮气是大气中的恒定气体成分。其中氧是维持人类和动植物生命极为重要的气体。氧气是氧元素最常见的单质形态，是一种无色、无嗅、无味的气体，密度比空气大，在标准状况（0℃和大气压强101kPa）下密度为1.429g/L，微溶于水（1L水中约溶30mL氧气）。在压强为101kPa时，氧气在约-180℃时变为淡蓝色液体，在约-218℃时变成雪花状的淡蓝色固体。氧气对地球上绝大多数生物都至关重要，是它们维持生命、保持生物活性的最基本需求。2
氮气（N）在标准状况下是一种无色、无味、无嗅、无毒的气3体。气体密度是1.25g/dm，难溶于水。氮气在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86℃时，液态氮变2成雪状的固体。由于氮气分子中存在三键N≡N，所以N分子非常稳定。3
臭氧（O）是氧气的同素异形体，在常温下，它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。臭氧是大气的微量成分之一，总质量约为3.3×910t，不到大气质量的百万分之一，体积不到大气总体积的万分之一。臭氧的含量随时间和空间变化很大。在10km以下，含量非常低；在10～25km高度，含量随高度增高而增加；在20～25km高空处，密度达到最大值；在25km以上高空，臭氧浓度随高度增加而再次下降。臭氧在水平方向上的分布，一般由赤道向两极逐渐增加，并随季节变化，春季臭氧浓度最高，而夏季浓度最低。
虽然臭氧在大气中的含量非常低，但臭氧可吸收对人体有害的短波紫外线，防止其到达地球，保护地球表面生物不受紫外线侵害。在大气层中，氧分子因高能量的辐射而分解为氧原子，而氧原子与另一氧分子结合，即生成臭氧。臭氧又会与氧原子、氯或其他游离性物质反应而分解消失，由于这种反复不断的生成和消失，臭氧含量可维持在一定的均衡状态。
二氧化碳是一种在常温下无色、无味、无嗅、无毒的气体，密度比空气略大，微溶于水，并生成碳酸。二氧化碳不能供给动物呼吸，在空气中含量通常为0.03%（体积），若含量达到10%，就会使人呼吸逐渐停止，直至窒息死亡。固态二氧化碳俗称干冰，升华时可吸收大量热，因而常用作制冷剂或人工降雨剂，也常在舞美中用于制造烟雾。
地球上的二氧化碳气体浓度在工业革命之前一直维持较恒定的水平。近百年来，由于工业的发展，大气中二氧化碳浓度逐年增加。石油和煤的燃烧，每年约向大气中输入约50亿t二氧化碳，且大多集中在20km以下的大气层中。二氧化碳能吸收地表和低层的热辐射，从而使地球维持在一定的温度，这对地球早期的生命形成极为重要。但如果二氧化碳浓度持续升高，会使温室效应加剧，加速全球气候变暖，严重威胁到人类的生存。
除了干洁空气外，大气中还含有水汽和悬浮颗粒物。水汽在大气中的平均含量不到0.5%，且随空间、时间和气象条件而变化。在沙漠或极地区域，水汽占大气的体积比不到0.1%，而在热带多雨区，其体积比可达4%。低纬度地区的水汽含量通常高于高纬度，下层水汽含量高于上层，夏季水汽含量高于冬季。水汽是大气中唯一能在自然条件下发生相变的成分。地表和大气之间以及大气内部的水汽、热和能量通过水汽相变进行输送和交换。水汽对地面长波辐射吸收能力较强，对于保持地面温度非常重要。
悬浮颗粒物为大气中沉降速率非常小的一部分固体和液体微粒，-4是低层大气的重要组成部分。大气中的悬浮颗粒物粒径一般在10μm-1到10μm之间。悬浮颗粒物包括固体微粒、水汽凝结成的水滴和冰晶。其中固体微粒包括植物花粉、微生物、粉尘、灰分等。颗粒物的含量及成分组成也随时间、地点和气象条件而变化，通常是陆地多于水面，城市多于乡村，冬季多于夏季。颗粒物会吸收地表辐射与散射，同时对云雾及降水的形成至关重要。（三）空气质量标准
环境空气质量标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定（马建锋等，2013）。我国于1982年首次发布《环境空气质量标准》，并于1996年、2000年和2012年分别进行了三次修订（环保部，2012），最新标准中增加了PM2.5值监测。该标准将环境空气质量功能区分为三类：一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区；二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区；三类区为特定工业区。将环境空气质量按标准分为三级：一级标准即在长期接触下对自然环境和人群及动植物不产生任何危害性影响的空气质量要求；二级标准即在长期和短期的接触情况下对人和动植物不发生伤害的空气质量要求；三级标准即为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动植物正常生长的空气质量要求。不同级别标准规定了不同污染物的污染水平（表2-1，表2-2），并规定了一类区执行一级标准，二类区执行二级标准，三类区执行三级标准。
序号
污染物项目
平均时间－3
浓度限值／ μ g · m
一级
二级2
二氧化硫（SO）年平均
20
60
24小时平均
50
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