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第二节 水
水是自然界一切生命过程必需的基本物质,在人类生活和生产活动中具有极其重要的作用。成年人体内水分含量占体重的65%左右,儿童则可达80%左右。成人每日平均需水量为2~3L。水中含多种矿物质,是供给机体所需盐类的重要来源之一。由于环境污染和饮用水资源的日益破坏,饮水资源的短缺和污染已成为全球重要的卫生问题。我国人均水资源为世界人均水资源的1/4,已被联合国列为13个贫水国家之一。由于水资源的紧缺严重威胁人类的生存,保护好水资源是十分必要的。
一、水污染来源及主要污染物
水体污染(water pollution)是指人类活动排放的污染物进入水体后,超过了水体的自净能力,使水质和水体底质的理化特性和水环境中的生物特性、种群及组成等发生改变,从而影响水的使用价值,造成水质恶化,甚至危害人体健康或破坏生态环境的现象。造成水体污染的原因是多方面的,但主要来自人类的生产和生活活动。
(一)水体污染的主要来源
1.工业废水(industrial effluent)
是指工业生产过程中产生的废水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。其特点是水质和水量因生产工艺和生产方式的不同而差别很大,如电力、矿山等部门的废水主要含无机污染物,而造纸和食品等工业部门的废水,有机物含量很高。即使同一生产工序,生产过程中水质也会有很大变化,这些特点增加了废水净化的难度。
2.农业废水(agricultural effluent)
是指农业活动过程中排出的、影响人体健康和环境质量的污水或液态物质。农业废水主要含有化肥(氮、磷、钾等)、农药、粪尿等有机物及人、畜肠道病原体等。其特点是污水数量大、影响面广。随着化肥、农药的大量使用,导致残存的农药和化肥通过农田的径流进入地表水,形成了以化肥、农药及分解产物为主要污染物的水体污染。农药、病原体和其他有毒物质能污染水源,危害人体健康;农业废水还可造成大范围的土壤污染,破坏生态系统平衡。
3.生活污水(sanitary waste)
是指人类生活过程中产生的污水,是水体的主要污染源之一。主要是粪便和洗涤污水。生活污水中含有大量的有机物,如纤维素、碳水化合物、脂肪、蛋白质等;也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵等。近年来,由于大量使用合成洗涤剂及人、畜粪和尿的排放,污水中磷、氮含量显著增加,为水生植物提供充足的营养物质,导致湖泊、水库水质富营养化。来自医疗卫生单位的污水是一类特殊的污水,医院污水对健康的危害主要是引起肠道传染病。由于城镇化导致的城市人口不断增加,生活污水的排放量已超过工业废水的排放量,成为水污染的重要来源。
(二)水体中的主要污染物
进入水体的污染物种类繁多、性质各异,按其性质一般可分为生物性污染物、化学性污染物和物理性污染物。
1.生物性污染物
主要来自于生活污水、医院污水、畜牧和屠宰场废水及食品加工企业废水等。此外,生活垃圾浸出液和地表径流中带有大量病原体和其他微生物可对水体造成生物性污染。
2.化学性污染物
是当今水污染中最重要的环境污染物,包括无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要有重金属(汞、镉、砷、铬及铅等)、氮、磷、氰化物和氟化物;有机污染物主要有酚类化合物、苯类化合物、卤烃类化合物、苯并(a)芘、农药和油类等。
3.物理性污染
最常见的是热污染和放射性污染。热污染是工业企业向水体排放高温废水(主要为冷却水)所致。放射性污染物主要来自核动力工厂排放的冷却水、向海洋投弃的放射性废物、核爆炸的散落物、核动力船舶事故泄漏的核燃料等。
二、水污染对健康的危害
(一)生物性污染的危害
1.介水传染病
水中微生物绝大多数是天然的,对人体一般无致病作用。但有一些病原微生物可随垃圾、人畜粪便、屠宰场和制革厂的废水及食品加工企业的废水进入水体,如这种被污染的水体作为饮用水水源,且未经消毒或消毒不彻底,则可导致介水传染病的发生。
介水传染病(water-borne communicable disease)是指通过饮用或接触受病原体污染的水,或食用被这种水污染的食物而传播的疾病,又称水性传染病。介水传染病流行的特点:①水源一次大量污染后可出现暴发流行,绝大多数病例的发病日期集中在该病的最短和最长潜伏期之间,如水源经常被污染,则病例可终年不断;②病例的分布与供水范围一致,绝大多数患者都有饮用同一水源水的历史;③一旦对污染源采取治理措施,加强饮用水的净化和消毒,疾病的流行能迅速得到控制。
介水传染病是生物性污染最常见的危害,我国介水传染病的暴发流行比较严重。典型案例是90年代上海市和江苏、浙江、山东三省发生的甲型病毒性肝炎大流行,患者达40余万人。近年来,在我国介水传染病虽然得到一定控制,但其流行仍较普遍,有时还相当严重。
2.藻类及其毒素污染
若污水中含有大量氮、磷等物质,当其进入湖泊、河流、海湾等缓流水体后,可引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,导致水体富营养化。这不仅影响水的生态环境,还能加快和促使有毒藻类产生毒素。蓝藻是主要的产毒藻类,其中铜绿微囊藻产生的微囊藻毒素(microcystin, MC)是富营养化水体中含量最多、对人体危害最大的藻毒素。藻类毒素污染水源后,一般的水净化处理和家庭煮沸并不能使其全部消失,这一特点使藻类毒素对水体的污染成为一个全球性的环境卫生问题。
藻类毒素对健康的危害已受到人们的高度重视。直接接触含有微囊藻毒素的水会出现皮炎、眼睛过敏、急性胃肠炎等症状。微囊藻毒素具有肝毒性,大量摄入或长期饮用被其污染的水,可引起肝功能的改变,MC也是乙肝病毒致肝癌的促癌剂。微囊藻毒素与黄曲霉毒素具有协同促癌作用。我国生活饮用水水质新标准中,其限值为0.001mg/L。
(二)化学性污染的危害
水体受到工农业废水和生活污水污染,使水体含有各种有害化学物。这些化学物可通过饮水或食物使人群发生急性或慢性中毒;有些污染物虽然对人体不产生直接危害,但可以改变水的感官性状,使水质恶化,妨碍水体的正常利用。其危害程度与污染物在水中的浓度以及污染的时间等因素有关。常见水体化学污染物主要有汞、铬、氰化物、酚以及多氯联苯等。
1.汞
汞是构成地球的元素之一,主要以硫化汞的形式存在于岩石中。岩石中的汞可被氧化为金属汞或二价汞离子而进入环境中。天然水中含汞量甚微,一般不超过0.1μg/L。水体受汞污染时,水中汞含量会明显升高。常见的汞污染源主要为工业企业,如化工、仪表、冶炼、灯泡和氯碱等;此外,医院口腔科废水及含汞农药的使用也是常见的污染源。污染水体的汞,特别是在底泥中的汞,在微生物的作用下可被甲基化形成甲基汞,后者毒性较无机汞增大许多倍,更易被生物体吸收,并可通过食物链在生物体内富集,致使某些水生物体内汞含量明显升高。
甲基汞主要通过消化道进入机体,吸收率为95%~100%。进入人体后,甲基汞分布很广,除在肾脏、肝脏等脏器蓄积外,尚可通过血-脑屏障蓄积在脑组织内,也可随血流透过胎盘组织,侵入胎儿的脑组织,从而发挥胚胎神经毒性。甲基汞自体内排出的生物半衰期较长,如全身平均约为70天,脑组织则为180~245天。
长期摄入小剂量甲基汞会引起慢性甲基汞中毒。毒作用的主要靶器官是中枢神经系统。甲基汞对神经系统的损害是不可逆的,可产生严重的中枢神经系统中毒症状,如感觉障碍、共济失调、听力障碍、语言障碍、智力减退、眼球运动异常以及肌肉震颤无力等。症状往往从感觉障碍开始,然后依次出现共济失调、语言障碍、视野缩小和听力障碍等,严重可致全身瘫痪、精神错乱,甚至死亡。发生在日本熊本县水俣湾地区的水俣病(Minamata disease)就是由汞污染水源导致人群发生甲基汞中毒事件的典型代表。Hunter-Russel综合征是水俣病最典型的特异性体征,包括神经末梢感觉减退、视野向心性缩小、共济运动失调、听力和语言障碍。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定,汞的限值为0.001mg/L。
2.铬
是铜灰色耐腐蚀的硬金属,构成地球的元素之一,有多种化合物,广泛存在于自然环境中。地面水中铬含量平均为0.05~0.5μg/L。由于铬在工业生产中应用较为广泛,含铬的工业废水(如电镀废水)和废渣(如铬盐生产性废渣)是污染水体的主要来源。铬化合物中,以六价铬的毒性最大,六价铬可干扰多种重要酶的活性,影响物质氧化、还原和水解过程,并能与核酸、核蛋白结合,可诱发癌症。饮用水中铬含量较高时,可对消化道产生刺激和腐蚀作用,出现恶心、呕吐、腹痛、腹泻、血便和脱水,同时可伴有头痛、头晕、烦躁不安、呼吸急促、肌肉痉挛、口唇和指甲青紫,甚至少尿或无尿等严重中毒现象。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定,六价铬的限值为0.05mg/L。
3.氰化物
天然水不含氰化物,水源中的氰化物主要来自炼焦、电镀、选矿、染料、化工、医药和塑料等工业的废水。氰化物经口进入人体后,在胃酸的作用下形成氰氢酸。氰化物毒作用机制主要是游离的氰离子与细胞色素氧化酶中的高价铁(Fe 3+)结合,形成氰化高铁细胞色素氧化酶,使Fe 3+失去传递电子的能力,中断呼吸链,阻断细胞内氧化代谢过程,造成细胞死亡。由于中枢神经系统对缺氧特别敏感,氰化物急性中毒主要表现为中枢神经系统的缺氧症状和体征,严重者可突然昏迷死亡;慢性中毒主要表现为神经衰弱综合征、运动肌酸痛和活动障碍等,长期饮用含氰化物的水,还可出现头痛、头昏、心悸等神经退行性变的症状。摄入体内的氰化物还可与硫代硫酸盐在酶促下生成硫氰化物,后者能抑制甲状腺聚碘功能,妨碍甲状腺激素的合成,使甲状腺增生和肿大。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定,氰化物的限值为0.05mg/L。
4.酚
是芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物。天然水中不含酚,水中的酚均来自炼焦、炼油、制取煤气、化工、制药等工业企业排放的废水。此外,粪便和含氮的有机物在分解过程中也可能产生少量酚类化合物,因此,在大量的城市粪便污水中也含有酚。酚是一种原浆毒,可使蛋白质凝固。酚可由消化道及皮肤吸收入血,在肝脏氧化成苯二酚、苯三酚,并与葡萄糖醛酸等结合而解毒,随尿液排出体外。因酚有特殊臭味,故极少发生饮用水引起的急性中毒事件。所发生的酚急性中毒事件多为事故性,临床表现主要为大量出汗、肺水肿、吞咽困难、肝及造血系统损害、黑尿等,甚至死亡。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定,挥发性酚类(以苯酚计)的限值为0.002mg/L。
5.多氯联苯
是一组由氯置换联苯分子中氢原子而形成的化合物,为无色或淡黄色油状液体或树脂状。多氯联苯性质稳定,不易水解和氧化,工业上常用作增型剂、绝缘剂、橡胶软化剂等。如未经处理或处理不彻底任意排放,可造成水源污染。多氯联苯进入人体内可蓄积于脂肪组织及脏器中,是典型的内分泌干扰物,具有雌激素样作用。人类接触多氯联苯可使免疫功能受损,子代生长发育障碍,某些癌症的发生率增加。我国台湾地区和日本曾发生过多氯联苯中毒事件,但都是多氯联苯污染食物引起的。据报道,机体摄入0.2~0.5g多氯联苯即出现中毒症状,表现为皮疹、色素沉着、水肿、无力及呕吐等。我国《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定,多氯联苯的限值为2×10 -5mg/L。
(三)物理性污染的危害
物理性污染有热污染和放射性污染。水体热污染是由工业企业向水体排放高温废水所致,如发电厂的冷却水等。大量含热废水持续排入水体可使水温升高,致使水中化学反应和生化反应速度加快,水中溶解氧减少,影响水生生物的生存和繁殖。
水体中的放射性污染分为天然和人为两类。天然的放射性物质主要来自地层中放射性元素及其衰变产物,部分来自于宇宙射线。人为放射性物质主要来源于各种核试验、核战争、核潜艇、核燃料再生及各种放射性核素在应用过程中产生的三废(废水、废渣、废气)。这些放射性污染物质可通过雨水冲刷、沉降、溶解等多种途径污染水体,继而通过饮水或受污染的食物进入机体。放射性物质对人体健康的影响,除核素本身毒性外,主要是其在衰变过程中释放的α、β、γ射线或低能X线对组织器官产生辐射损伤,并可诱发恶性肿瘤。例如, 235U可对肝脏、骨髓和造血功能造成损害, 90Sr可引起骨肿瘤和白血病等。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定,总α放射性线的限值为0.5Bq/L,总β放射性的限值为1Bq/L。
三、水污染的预防与控制
(一)推行“清洁生产”,开展水污染源头预防
国家建立饮用水水源保护区制度,饮用水水源保护区分为一级保护区和二级保护区,在饮用水水源保护区内,禁止设置排污口,禁止在饮用水水源保护区内新建、改建、扩建与供水设施和保护水源无关的建设项目。
(二)全面规划,合理布局,进行区域性综合治理
在制定区域规划、城市建设规划、工业区规划时都要考虑水体污染问题,对可能出现的水体污染,要采取预防措施;对水体污染源进行全面规划和综合治理;杜绝工业废水和城市污水任意排放现象,规定标准;同行业废水应集中处理,以减少污染源的数目,便于管理;有计划治理已被污染的水体。
(三)减少和消除污染物排放的废水量
首先,可采用改革工艺,减少甚至不排废水,或者降低有毒废水的毒性;其次,重复利用废水,尽量采用重复用水及循环用水系统,使废水排放减至最少或将生产废水经适当处理后循环利用;第三,控制废水中污染物浓度,回收有用产品,尽量使流失在废水中的原料和产品与水分离,就地回收,这样既可减少生产成本,又可降低废水浓度;第四,处理好城市垃圾与工业废渣,避免因降水或径流的冲刷、溶解而污染水体。
(四)加强监测管理,制定法律和控制标准
设立国家级、地方级的环境保护管理机构,执行有关环保法律和控制标准,协调和监督各部门和工厂保护环境、保护水源;颁布有关法规、制定保护水体、控制和管理水体污染的具体条例。