农村采矿业-问题概述
本专题将关注以重金属污染为主的农村采矿业带来的环境和健康问题,也涉及到当地的可持续发展和社会福利等问题。重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属污染主要表现在水污染中,还有一部分是在大气和固体废物中。重金属指比重(密度)大于4或5的金属,约有45种,如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管铜、锌等金属是生命活动所需要的微量元素,但是大部分重金属如汞、铅、镉等不是生命活动所必须,而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。铅、汞、镉、砷和锰作为五种比较常见且危害较大的与采矿业伴生的重金属,将在下文中详细说明。
铅:铅(Pb)是地壳中普遍存在的一种自然元素,也是目前使用最广泛的重金属之一。铅通常以铅盐的形式存在。铅本身不能蒸发,但是可以以颗粒物的形态存在于空气中。铅的释放主要来自铅及铅伴生金属矿床的开采、冶炼和加工等活动。根据Nriagu和Pancyna(1988)全球范围内微量元素排放清单估算,因采矿和冶炼活动释放进入环境中的铅为357~857106 kg•yr- 1,锌为462~1380106 kg•yr- 1。在从事铅及铅伴生金属矿床开采的矿区,人群主要的铅暴露途径是呼吸道暴露和消化道暴露(李永华,2005)。进入土壤中的铅可以被植物吸收,据估计,生长在含铅土壤上的植物中的铅含量一般约为土壤中的4%。植物吸收的铅一部分随植物腐烂重归土壤,一部分可通过食物链进入动物和人体,进一步影响人体健康。经饮水、食物进入消化道的铅,有5~10%被人体吸收。通过呼吸道吸入肺部的铅,其吸收沉积率为30~50%。四乙基铅除经呼吸道和消化道外,还可通过皮肤侵入体内。人体内血铅和尿铅的含量能反映出体内对铅的吸收情况。血铅含量大于80µg/100ml和尿铅含量大于80µg/100l时,即认为体内铅吸收过量。相对成人而言,6岁左右的儿童是铅消化道暴露的高危人群。人体摄入过量的铅会对全身各系统和器官发生毒性作用,其基本病理过程涉及神经系统、血液系统、肾脏、心血管系统、生殖系统、骨骼系统、内分泌系统、免疫系统、酶系统等多个方面。儿童、妊娠妇女和老年人是最易感的基本人群。具体来说,铅对儿童中枢神经系统有明显损伤,铅暴露儿童智商下降;肾脏是铅毒性作用的主要靶器官之一,长期接触低浓度铅的作业工人中肾病检出率较高,铅性肾病引起的慢性肾衰是铅作业工人的主要死因;铅对女性生殖功能的影响涉及到性腺发育、性行为、月经、受精、着床、胚胎发育、分娩、哺乳和婴幼儿出生后发育等一系列过程;孕妇铅暴露将危害腹内的胚胎发育,包括新生儿体重减轻、智力发育紊乱、自然流产和早产等;此外,铅还是很可能的人类致癌物。
图1铅通过食物、水或空气进入人体对器官和系统的影响
图片来源:http://www.ead.anl.gov/pub/doc/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf
汞:汞(Hg)是环境中自然存在的一种元素,通常以化合物或汞盐的形式存在。在金属矿石中常是锌、铜、金矿的伴生成分。汞在常温下为液态,加热后会变成无色无味的汞蒸气。汞作为一种元素,是无法被降解或破坏的。在开采有汞伴生的矿产时会发生汞释放,此外,与人类活动相关的环境,包括尾矿堆中历史积累的汞也会重新活化释放。汞释放后可以进入大气环境、水环境和土壤环境,并且在这些组分之间进行持续的交互作用。汞可以与其他元素结合形成无机汞化合物,也会与碳结合形成有机的甲基汞。甲基汞可以沿着食物链生物蓄积,所以水中鱼类和贝类的汞含量往往比水的高很多,各种鱼类汞含量的变化范围大致为0.05~1.4 mg kg-1(李永华,2005)。汞及其化合物都是毒性极高的环境毒物。汞的毒性取决于其化学形态,金属汞(元素态汞)、无机汞化合物、有机汞化合物(主要为烷基汞合物,如甲基汞、乙基汞、二甲基汞等)的暴露途径各不相同,暴露诱发的症状差异也较大。综合来说,汞主要通过呼吸空气与食物进入人体内。暴露于汞及其化合物会带来神经性症状,诱导心血管系统、呼吸系统和肾功能产生病变,诱发肠胃症状。此外氯化汞和甲基汞还被认定为可能的人类致癌物。
图2 汞释放后持续在环境中循环
图片来源:http://www.artisanalmining.org/index.cfm?page=page_disp&pid=4297
图3汞通过食物、水或空气进入人体对器官和系统的影响
图片来源:http://www.ead.anl.gov/pub/doc/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf
镉:镉(Cd)是锌、铜和铅冶炼生产的副产品。镉进入环境的主要途径是矿产开采、冶炼、石油和煤炭燃烧以及垃圾焚烧。伴随铅锌矿采矿冶炼业的发展,含镉废渣堆积,致使镉的化合物进入土壤和水体,造成污染。且镉在土壤中具有较强的化学活性,作物很容易吸收土壤中的镉而进入食物链,从而进一步在人体中累积,产生毒害。肠道对镉的吸收水平较低,而呼吸暴露中吸收的镉则较多。镉在人体的半衰期长达10至30年,一旦进入人体内,就会蓄积很长时间,甚至伴随人的整个生命周期,不断释放并产生持续毒性作用和累积效应,造成人体肾、骨骼损害,对生殖、免疫系统有毒副作用,并导致癌症发生,其中肾脏是镉慢性毒作用的主要靶器官。镉能够取代骨中钙,使骨骼严重软化,骨头寸断,会引起胃脏功能失调,干扰人体和生物体内锌的酶系统,导致高血压症上升。矿业工作者和免疫力低下人群更易受到镉的危害。
图4 吸入或摄入砷时对初级器官的影响
图片来源:http://www.ead.anl.gov/pub/doc/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf
锰:锰(Mn)广泛存在于自然界中,也是人体所必需的微量元素之一。锰构成体内若干种有重要生理作用的酶,正常每天从食物中摄入锰应为3-9mg。但超量的锰进入人体内会造成锰中毒。我国的锰矿资源较为丰富,多分布在南方地区,以广西和湖南为主。但是在锰矿储量中,贫锰矿储量占90%以上,且80%以上的锰矿产量来自个体中小矿山。给治理锰污染带来较大难度。锰的开采冶炼会给大气、水体和土壤带来污染。在我国湖南、重庆、贵州三省交界的“锰三角”地带和广西都存在比较严重的锰污染问题。锰可以蒸气、烟尘的形式通过呼吸道进入人体,长期吸入含锰深度较高的锰烟及锰尘会造成职业性锰中毒。慢性锰中毒主要见于长期吸人锰的烟尘的工人,临床表现以神经系统锥体外系症状为主,且有神经行为功能障碍和精神失常。锰矿开采和冶炼,锰焊条制造和焊接,以及制造和应用含锰化合物的工人,如橡胶、陶瓷、玻璃、锰合金等可发生锰中毒。
砷(As):砷俗称“砒霜”,其资源的全球分布很不均衡,其中探明储量的70%集中在我国。除了单独的砷矿产以外,我国的砷资源主要伴生在锡、铅、锌、铜、金等矿产资源中。污染的主要来源之一是采矿冶炼业的尾矿和废渣。据统计,全国平均约70%的砷采出量废弃于选矿尾砂中,成为潜在的污染源。在有色金属矿的提取过程中, 砷以氧化物或盐的状态分别进入烟气、废水和废渣中,对周边环境造成严重污染。砷会在土壤中累积并由土壤进入农作物组织中,对水生生物的毒性也很大。因此,水、大气和食物一般是砷和砷化物暴露的途径。元素砷的毒性极低,但砷化物均有毒性,三价砷化合物的毒性尤其强。砷通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入人体并被吸收后,破坏细胞的氧化还原能力,影响细胞正常代谢,引起组织损害和机体障碍,可直接引起中毒死亡。微量的砷还可能会在人体的肝、肾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位蓄积,与细胞中的酶系统结合,使酶的生物作用受到抑制失去活性。砷在人体内蓄积后会引起慢性砷中毒,潜伏期可达几年甚至几十年,慢性中毒有消化系统症状、神经系统症状和皮肤病变等。砷还有致癌作用,能引起皮肤癌。孕妇体内砷超标还会诱发畸胎。