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揮發性環境污染暴露與健康效應 版權信息
- ISBN:9787030753687
- 條形碼:9787030753687 ; 978-7-03-075368-7
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
揮發性環境污染暴露與健康效應 本書特色
本書可作為大氣環境污染、污染控制及其健康研究領域科研人員、教師、在校學生、研究生等的科研、教學與學習用書,也可以供從事環境保護的政府管理與決策者參考。
揮發性環境污染暴露與健康效應 內容簡介
本書結合我國大氣揮發性污染防治工作的需求,系統總結了我國大氣揮發性污染物的環境暴露與健康效應領域的創新性研究成果。全書共分7章:**章主要介紹我國揮發性有機物污染問題的演變、源解析技術的發展歷程及暴露與人體健康效應等問題;第二章介紹揮發性有機物的環境地球化學行為與來源解析;第三章介紹揮發性有機物的遷移轉化機制的理論研究;第四章介紹揮發性有機物在礦物界面的非均相轉化機理;第五章介紹揮發性有機物的暴露與代謝機制;第六章介紹揮發性有機物的健康效應;第七章介紹揮發性有機物的擴散傳輸及其區域健康風險評估。
揮發性環境污染暴露與健康效應 目錄
叢書序
前言
第1章 緒論 1
1.1 揮發性有機物的定義 1
1.2 揮發性有機物的污染狀況 1
1.3 揮發性有機物的來源 4
1.3.1 室內VOCs的來源 4
1.3.2 室外VOCs的來源 6
1.4 揮發性有機物的暴露與健康效應 11
參考文獻 12
第2章 揮發性有機物的環境地球化學行為與來源解析 17
2.1 揮發性有機物樣品采集和分析方法 18
2.2 揮發性有機物來源解析方法 19
2.3 典型工業區揮發性有機物時空分布特征及來源解析 20
2.3.1 典型工業區揮發性有機物組成特征 20
2.3.2 典型工業區揮發性有機物時空分布特征 22
2.3.3 典型工業區揮發性有機物溯源分析 25
2.4 典型揮發性有機物垂直分布特征 27
2.4.1 基于高層建筑研究揮發性有機物垂直分布特征 28
2.4.2 基于氣象塔研究揮發性有機物垂直分布特征 29
2.4.2 基于無人機搭載平臺研究揮發性有機物垂直分布特征 30
2.4.3 基于系留氣球搭載平臺研究揮發性有機物垂直分布特征 31
2.4.4 基于飛機搭載平臺研究揮發性有機物垂直分布特征 32
2.4.5 基于衛星遙感技術研究揮發性有機物柱濃度特征 33
2.5 本章小結 34
參考文獻 34
第3章 揮發性有機物的大氣化學過程與機制研究 38
3.1 VOCS的大氣氧化過程 39
3.1.1 VOCs的大氣均相氧化過程 39
3.1.2 VOCs的非均相氧化反應 60
3.2 VOCS的氣液界面化學過程機制 66
3.2.1 醛類化合物的氣液界面化學過程 67
3.2.2 有機酸的氣液界面化學過程 71
3.2.3 有機胺的氣液界面化學過程 74
3.3 VOCS的液相成核機制 78
3.3.1 碳正離子介導的液相成核機制 79
3.3.2 液相光氧化反應成核機制 82
3.3.3 有機胺的液相成核機制 85
3.4 本章小結 87
參考文獻 88
第4章 揮發性有機物在礦物界面的反應過程與降解機理 99
4.1 礦物界面吸附酯類VOCS加速其光降解速率原理 99
4.2 芳香烴類VOCS在表面結構調控的礦物界面光降解過程強化機制 103
4.2.1 芳香烴類VOCs在晶面暴露調控的礦物界面光降解過程強化機制 103
4.2.2 芳香烴類VOCs在化學鍵聯調控的礦物界面光降解過程強化機制 109
4.2.3 芳香烴類VOCs在活性晶格氧調控的礦物界面光降解過程強化機制 116
4.3 VOCS在自由基調控礦物界面的光降解路徑和微觀機制 119
4.3.1 丙烯醇在高濃度羥基自由基礦物界面優先形成雙羰基產物路徑和機理 119
4.3.2 芳香烴類VOCs在羥基自由基調控礦物界面的定向成環路徑和機理 124
4.3.3 脂肪烴類VOCs在羥基和超氧自由基調控礦物界面的定向環氧化路徑和機理 127
4.4 礦物材料凈化工業VOCS的機制與風險消減評價 129
4.4.1 礦物材料凈化工業VOCs的效率和機制 129
4.4.2 礦物材料凈化工業VOCs的風險消減評價 136
4.5 本章小結 140
參考文獻 141
第5章 揮發性有機物的暴露與機制 145
5.1 VOCS暴露途徑 145
5.1.1 VOCs呼吸暴露途徑 145
5.1.2 VOCs皮膚暴露途徑 147
5.1.3 VOCs膳食暴露途徑 148
5.2 VOCS暴露人群 149
5.2.1 職業人群暴露 150
5.2.2 易感人群暴露 153
5.2.3 普通人群暴露 154
5.3 VOCS暴露參數 157
5.3.1 成人暴露參數 159
5.3.2 兒童暴露參數 164
5.3.3 國內外暴露參數對比 166
5.4 VOCS暴露評估模型 170
5.4.1 暴露評估模型簡介 171
5.4.2 呼吸暴露途徑評估模型應用 176
5.4.3 其他暴露途徑評估模型應用 178
5.5 本章小結 178
參考文獻 178
第6章 揮發性有機物的健康效應 187
6.1 健康效應評估的研究進展 188
6.1.1 健康效應的體外評估研究 188
6.1.2 健康效應評估的活體動物研究 190
6.1.3 人體健康效應評估研究 191
6.2 揮發性有機物的呼吸暴露健康風險研究進展 191
6.2.1 揮發性有機物的呼吸暴露健康風險研究 192
6.2.2 惡臭揮發性有機物的呼吸暴露健康風險研究 196
6.3 揮發性有機物的皮膚接觸暴露和膳食暴露健康風險研究 200
6.4 揮發性有機物的生物代謝研究 203
6.4.1 揮發性有機物在呼吸道的代謝轉化研究 203
6.4.2 揮發性有機物在肝臟、腸道、胃等體內的代謝轉化 205
6.5 本章小結 206
參考文獻 207
第7章 揮發性有機物的擴散傳輸及其風險評估 215
7.1 影響揮發性有機物擴散傳輸的主要因素 216
7.2 VOCS小尺度區域大氣擴散模型的構建 218
7.2.1 計算域建模及網格劃分 219
7.2.2 VOCs擴散的數理模型 223
7.2.3 VOCs大氣擴散模型驗證與優化 225
7.3 VOCS大氣擴散模型在人群暴露風險評估中的應用 228
7.4 健康風險評估的意義 229
7.5 本章小結 230
參考文獻 230
揮發性環境污染暴露與健康效應 節選
第1章緒論 環境污染問題日益嚴峻,而大氣污染問題更是威脅著生態環境健康和公共健康。其中揮發性有機物(volatile organic compounds,VOCs)是大氣環境中*重要和常見的污染物之一。VOCs是在常溫下蒸發速率大、易揮發的一類有機化合物。VOCs作為氣體從某些固體或液體中排放,從而廣泛存在于室內和室外的大氣環境中,短期和長期暴露于VOCs均會對人體健康產生不利影響,特別是可能會導致哮喘等疾病患者的癥狀惡化,增加幼兒、老年人和對化學品高度敏感的易感人群的患病率。因此,本章將從揮發性有機物的定義、污染狀況、來源、暴露與健康效應等多個方面進行簡要介紹。 1.1揮發性有機物的定義 目前,國際上對于揮發性有機物(VOCs)并無嚴格統一、公認的定義。根據世界衛生組織(WHO)的定義,總揮發性有機物(TVOCs)為熔點低于室溫而沸點在50~260℃的各種有機化合物。美國環境保護局(USEPA)認為除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外,任何參與大氣光化學反應的含碳化合物稱之為VOCs。歐盟(EU)則認為除CH4外,能和NOx發生光化學反應的任何天然源和人為源排放的有機化合物均為VOCs。而我國則認為,VOCs是常溫下飽和蒸氣壓>70Pa、常壓下沸點<260℃的有機化合物,或在20℃且蒸氣壓≥10Pa并具有相應揮發性的全部有機化合物[1]。 1.2揮發性有機物的污染狀況 VOCs廣泛存在于室內和室外的大氣環境中。許多種類的VOCs在室內的濃度很高,甚至始終高于室外[2]。對上海市居民住宅室內環境中VOCs的污染情況研究發現,TVOCs的平均濃度和超標率分別為0.51mg/m3和24.2%,而其中甲醛的平均濃度為0.09mg/m3,超標率為25.8%。TVOCs的濃度變化與季節變化的相關性不高,而甲醛濃度的變化與季節交替有關,隨著溫度的上升甲醛的濃度會升高。TVOCs的濃度由高到低依次為:娛樂室>廚衛>衣帽間>客廳>臥室、書房,但不同功能區之間甲醛的濃度無顯著差異[3]。安太成等選取了三種經典的中式烹飪風格(蒸、炸、烤)對中式廚房VOCs污染的貢獻進行研究,發現燒烤廚房空氣中苯的濃度((129.8±163.2)μg/m3)超過中國室內空氣質量標準的指導值(0.11mg/m3),且顯著高于蒸煮廚房((52.24±55.38)μg/m3)和煎炸廚房((71.58±79.39)μg/m3)的相應值。油炸廚房空氣中甲苯的濃度((222.6±122.2)μg/m3)高于燒烤廚房((122.1±107.0)μg/m3)(無顯著性差異),但顯著高于蒸煮廚房((87.58±87.42)μg/m3)[4]。Cankaya等對土耳其的4個微環境(餐館、影印中心、干洗店和汽車油漆店)VOCs的檢測發現,汽車油漆店釋放的VOCs*多(冬天14066μg/m3,夏天3441μg/m3),致癌風險約為汽車油漆店可接受限度的310倍。而餐館、影印中心、干洗店所釋放的TVOCs較低,均在43~167μg/m3之間[5]。Cacho等綜述了全球范圍內辦公室內VOCs的污染狀況,發現亞洲國家室內VOCs濃度稍高(*高達到1600μg/m3),而歐洲和北美等的辦公室內VOCs濃度在0.1~1000μg/m3之間,且大多數情況下平均濃度<100μg/m3。但整體而言,辦公室內主要的VOCs污染物均包括芳香族化合物如苯系物(BTEX),直鏈和環烷烴(己烷、壬烷、甲基環己烷),萜烯(α-蒎烯、檸檬烯),羰基化合物(甲醛、乙醛)等[6]。 工農業行業排放、溶劑蒸發排放、生物質燃燒排放以及機動車輛等燃油交通工具的尾氣排放等均會釋放VOCs而造成大氣環境的污染。安太成等對油漆生產的整個工藝所釋放的VOCs污染特征進行分析發現,主要由乙酸乙酯、甲苯、乙苯、二甲苯、乙基甲苯和三甲苯等VOCs組成,其中乙苯和二甲苯的含量*高;在油漆生產的各個生產工藝流程中TVOCs濃度大小順序為:研磨分散((432.47±53.40)mg/m3)>預分散((321.99±59.48)mg/m3)>調漆((242.14±71.03)mg/m3)>過濾包裝((69.19±22.42)mg/m3)[7]。 電子垃圾拆解活動目前在我國某些沿海地區開展較多,在電子垃圾拆解過程中可釋放一系列的污染物,從而污染區域環境并危害拆解工人和周邊居民的身體健康。對電子垃圾拆解過程中排放的VOCs的特征分析發現,所釋放的VOCs主要包括芳香烴類、脂肪烴類、鹵代烴類和含氮含氧類VOCs。隨著電子垃圾拆解工藝溫度的升高,芳香烴類VOCs、鹵代烴類VOCs及含氮含氧類VOCs含量會顯著升高,而脂肪烴類VOCs含量只是略微上升,并且其中芳香烴類VOCs始終是*主要的一類VOCs。其中VOCs污染*嚴重的車間是旋轉灰化爐拆解工藝車間,TVOCs濃度在(3307.10±15.96)~(32507.26±1363.18)mg/m3之間。車間內的四類VOCs含量順序為:芳香烴>含氮含氧類>鹵代烴類>脂肪烴類[8]。塑料回收再生是另外一種比較典型的工業活動。不同塑料再生所排放VOCs的特征也是不同的,研究發現7種熱塑性材料在回收再生過程中會釋放出21種烷烴,17種芳香烴,11種含氯和氮VOCs,10種含氧VOCs和9種烯烴。TVOCs濃度介于1.0×103~1.1×103mg/m3之間,其中苯乙烯((6.3±2.1)×102mg/m3)和乙苯((1.5±0.5)×102mg/m3)的濃度*高[9]。在此基礎上,進一步選擇我國華南某典型電子垃圾拆解區,通過網格化采樣法設置81個采樣點,分別在2015年春、夏、秋、冬四季,2016~2018年秋季采集空氣中的VOCs,發現整個區域濃度*高的幾類物質分別為異戊烷、正戊烷、BTEX、1,2-二氯乙烷、氟氯烴(一氟三氯甲烷、二氟二氯甲烷)和1,2-二氯丙烷。同時發現在每個功能區所有分析的VOCs在冬季或秋季濃度較高。通過時空分析發現1,2-二氯乙烷、BTEX及1,2-二氯丙烷是電子垃圾拆解園區的熱點污染物,表明這些VOCs可能是電子垃圾拆解時所釋放的特征VOCs[10]。 生物質燃燒和機動車輛等燃油也會排放一定的VOCs,從而會影響局部區域的大氣環境質量。如采用在線監測(PTR-TOF-MS)分析方法,發現城市高速路旁和車輛檢測站的TVOCs分別為170ppb和220ppb,其中含氧類VOCs分別占TVOCs的76.3%和72.0%,且其中甲醇為主要的含氧類VOCs。O3形成潛勢的分析發現:VOCs對O3形成潛勢的平均貢獻分別為850μg/m3和730μg/m3,其中含氧類VOCs是O3形成潛勢的主要貢獻者[11]。同時利用PTR-TOF-MS對廣州某工業園的VOCs排放進行在線監測,發現廣州某工業園(工業源)、山東德州平原(農村源,生物質燃燒)和廣州大學城(城市背景源)的TVOCs濃度分別為352.5ppb、75.1ppb和129.2ppb,工業源的TVOCs濃度要顯著高于城市背景源和農村源。工業園含氮VOCs比例*高(43.3%),其次為含氧VOCs。而在廣州大學城和山東德州平原觀測點中含氧VOCs(60.2%和64.1%)則是所占比例*高的[12]。 除了工業生產直接能夠釋放VOCs外,生產工藝過程中產生的工業廢水也會釋放大量的VOCs。如紡織印染行業產生的廢水會釋放出50種VOCs,TVOCs濃度在1.26~2.79mg/m3之間,其中占比*大的是含氮和含氧類VOCs,達到85.1%[13]。 焦化廢水也可以釋放17種VOCs,主要的VOCs為苯、甲苯和二甲苯。TVOCs濃度從原水儲罐((857.86±131.30)μg/m3)到污水儲罐((28.56±3.96)μg/m3)逐漸降低。TVOCs的釋放速率為1773.42g/d,年排放量為0.65t/a[14]。 市政系統包括市政污水處理廠和市政垃圾處理過程中也會釋放VOCs。如在臺灣的2個污水處理廠中檢測到71種VOCs,平均TVOCs濃度為(1173.51±187.69)μg/m3,且發現冬季是夏季的3~5倍,主要的污染物是含氯、芳香類和烷烴類VOCs[15]。美國的污水管網系統中釋放VOCs的也有報道,發現包括丙酮(11~75.5μg/m3)、氯仿(15~117μg/m3)、氯甲烷(1.6~5.6μg/m3)、二氯二氟甲烷(2.5~4.5μg/m3)、1,4-二氯苯(2.5~57μg/m3)、乙醇(7.5~329μg/m3)、二氯甲烷(0.6~3.2μg/m3)、戊烷(4.7~43.9μg/m3)、丙烷(1.0~2.7μg/m3)、四氯乙烷(2410~88μg/m3),三氯乙烯(0.23~4.4μg/m3)、甲苯(5.3~43μg/m3)和總二甲苯(0.48~4μg/m3)等VOCs[16]。 另外,由于生活垃圾含有大量的淀粉、脂肪、蛋白質等,在其腐爛時會釋放大量的VOCs,特別是惡臭VOCs。如我們在實驗室開展三類食物(混合蔬菜、混合水果和混合肉類)腐爛過程中釋放VOCs的研究,發現它們腐爛時VOCs平均排放通量分別為191.1μg/(kg h)、232.8μg/(kg h)和373.5μg/(kg h),其中混合水果釋放的含氧VOCs(占TVOCs的57.6%)*高,主要包括2-丁酮和乙酸乙酯;而混合肉類和混合蔬菜釋放的惡臭含硫VOCs*多,分別占TVOCs的54.9%和58.6%,主要包括二甲基硫醚和二甲基二硫醚[17]。垃圾壓縮過程中也會產生大量的VOCs,研究發現垃圾壓縮機工作過程中釋放的乙酸乙酯和芳香烴類物質含量較多,分別達到306.03μg/m3和204.23μg/m3;而其他的物質含量較少。垃圾壓縮機不工作的過程釋放的VOCs同樣以芳香烴類和乙酸乙酯為主,但是濃度較低[18]。同樣,垃圾填埋場由于垃圾的腐爛會釋放出高濃度的VOCs。Fang等分析發現,垃圾填埋場的惡臭氣味主要是厭氧條件下所排放的芳烴(甲苯、二甲苯、苯乙烯),含氧VOCs(甲醇、丙酮、正丁醛),萜類化合物(α-派烯),NH3和含硫VOCs(甲硫醇、二甲基硫醚)[19]。為了發現垃圾填埋場惡臭污染物排放的季節性變化規律,Lu等在中國某大型垃圾填埋場開展了為期兩年的研究,并通過評估氣味濃度、氣味強度的貢獻和所有樣品中存在的每種化合物的頻率,確定了H2S、α-派烯、乙醇、檸檬烯、甲硫醇、二甲基硫醚、二乙基硫化物和二甲基二硫醚作為我國城市垃圾填埋場氣味化合物的指標[20]。垃圾發酵產生的滲濾液也會釋放大量VOCs,研究發現某垃圾填埋場的滲濾液排放的VOCs達60種,TVOCs濃度為3.54~26.42ppm,其中芳烴類含量*高,尤其是苯和甲苯,占TVOCs的77.7%;同時也會產生惡臭含硫VOCs,主要為二硫化碳(CS2)和二甲基三硫醚[21]。但由于這些含硫VOCs的嗅閾值極低,在低濃度下就有強烈的刺激性臭味,因此是我國城鎮居民投訴*多的環境問題之一。 1.3揮發性有機物的來源 1.3.1室內VOCs的來源 室內VOCs的來源,包括建筑材料(油漆、清漆、填縫料、黏合劑、木材防腐劑,地毯、乙烯基地板,復合木制品,室內裝潢和泡沫等)、家具、家用電器、家庭和個人護理產品(空氣清新劑、殺蟲劑、防蛀劑、清潔劑、消毒劑、化妝品)、人類活動(呼吸、吸煙,干洗、復印機、打印機、校正液,烹飪,柴燃燒、煤燃燒,天然氣或煤氣燃燒等)的排放等。 建筑材料所釋放的VOCs對室內空氣的污染比較大,其中木質材料和涂料通常用于室內家具和大型表面,如墻壁、地板和天花板。木材主要由纖維素、半纖維素和木質素組成,但也含有其他幾種有機和無機化合物。這些化合物的組成和含量因樹種和生長地點而異,此外樹種內部和單個樹種內部的差異可能很大[22]。雖然大部分VOCs是在木材的干燥過程中釋放的,但也有一部分是作為建筑材料后持續釋放的。由于軟木通常富含提取物,因此可以釋放大量的VOCs,主要是萜烯和醛類;而由于
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