汞污染

由于特殊的物理化学性质，汞是通过大气进行长距离跨国界传输的全球性污染物；同时汞，尤其是甲基汞是对人体健康危害极大的有害物质。

随着近年来经济的快速发展，我国已成为全球人为活动向大气排汞最多的国家之一，这已引起了国际社会的广泛关注。

但是目前关于我国人为活动向大气的排汞量的估算误差很大，同时对我国自然过程向大气的排汞量还认识不清。

这对我国将来开展汞的环境外交谈判极其不利。

另一方面，目前在北美和北欧普遍出现偏远地区陆地水生生态系统鱼体汞含量升高的现象，我国如此大量向环境排汞，是否也会出现类似的水生生态系统汞污染的问题还不清楚。

西方一些政客开始指责中国的环境汞污染问题，一方面他们指责我国排放的汞对北美和北欧的环境产生影响，另一方面，他们认为我国排放的汞造成我国水产品的严重汞污染。

但近年来，我国对环境汞污染的研究严重滞后，无法对上述质疑进行准确回应。

针对以上情况，我实验室科研人员在汞的自然过程和人为活动向大气汞的排放及对我国大气环境影响和汞在环境中甲基化特征及对人体健康影响方面开展了系统工作，取得重要进展，为科学认识我国人为活动向大气的排汞量、自然过程排汞对大气汞污染的影响及我国汞排放对居民健康影响提供重要的基础数据。

研究表明，我国环境汞污染问题与北美和北欧情况完全不同。

研究成果的主要进展表现在以下几方面。

1、不同汞排放源的排汞量和我国典型区域大气汞的分布及沉降通量研究
（1）我国人为活动的向大气的年排汞量比西方学者估算的要低对燃煤、锌矿冶炼、汞矿冶炼和垃圾填埋等人为活动向大气的排汞过程进行了详细研究。

测定了不同燃煤锅炉排放烟气中不同形态汞
的含量及燃煤过程向大气排放不同形态汞的释放因子；估算了贵州省燃煤向大气的排汞通量。

利用质量平衡原理，计算了土法炼锌、工业炼锌和土法炼汞过程向大气的排汞因子，通过对排放烟气中不同形态汞含量的测定，确定了炼锌和炼汞过程向大气排汞的形态分布特征，揭示了贵州锌矿冶炼和土法炼汞是区域大气汞的重要排放源。

对贵阳市高雁、大转弯和武汉市金口和岱山等生活垃圾填埋场排气井气体中总汞、单甲基汞和二甲基汞的含量测定以及垃圾填埋场上覆土壤与大气间气态汞的交换通量的高时间分辨率的现场测定结果表明，垃圾填埋场是大气单甲基汞、二甲基汞和气态单质汞的重要来源，这些气态汞化合物向大气排放的通量受垃圾填埋方式、气象条件等因素的控制。

研究成果为解释陆地大气中发现的痕量甲基汞提供了来源证据。

更重要的是，我们的研究表明，由于我国各人为活动排汞源的生产工艺及污染设施的使用与西方发达国家不同，其向大气排汞的因子及排汞形态分布与西方发达国家的情况也显著不同，尤其是我国近年来在节能减排方面做的大量努力，实际上也显著地减少了不同排汞源向大气的排汞量。

例如，我们的研究表明，燃煤电厂安装的除尘脱硫装置能显著地减少电厂燃煤锅炉向大气的排汞量；我国锌矿冶炼过程的制硫酸工艺，也显著地降低了向大气的排汞量。

我们的数据表明，西方国家对我国人为活动向大气的排汞量估算显著偏高。

我们应该加大对工业源向大气排汞的研究及开发有效低成本的大气汞减排技术。

（2）自然作用向大气的排汞量可能被忽视
对高汞土壤和水体向大气的自然排汞过程进行了详细研究，揭示了汞矿化带土壤向大气释放汞的规律及控制因素, 即土壤与大气间汞的交换通量表现出显著的昼夜和季节变化规律,汞矿化带土壤向大气的排汞通量除受土壤汞含量的制约外，还受到光照强度的控制。

建
立了估算西南高汞土壤向大气排汞通量的数学模型，定量计算了贵阳市区土壤和滥木厂汞矿区土壤向大气的年排汞量。

结果表明汞矿化带土壤向大气的排汞通量比目前大气汞循环模型中的估算值高1-2个数量级。

目前通用的全球大气汞循环模型可能大大低估了自然来源向大气的排汞量。

对贵州百花湖和红枫湖水体与大气间气态总汞的交换机理研究表明，夏季（暖季节）水体表面向大气的释汞通量白天高于夜间，自然水体是大气汞的净源，水气间气态汞的交换通量与光照强度间存在显著的线性相关关系。

证实了水体挥发性溶解气态汞主要是由光致还原作用产生的。

（3）对贵阳市大气汞的来源进行了定量解析
对贵阳市居民区大气气态总汞含量进行了长期连续观测，揭示了控制大气汞含量变化的气象因素及人为活动和自然过程对大气汞含量变化的影响。

贵阳居民区大气气态总汞平均含量为8.4 ng m-3，比全球大气背景含量的1.5-1.7 ng m-3高出数倍。

对贵阳市大气汞的主要来源进行了定量计算，工业和民用燃煤是贵阳市大气汞的最主要人为活动排汞源，其中民用燃煤的季节性变化特点是导致贵阳市居民区大气汞含量季节性变化的主导因素；证实汞富集土壤的自然源排放的汞约占贵阳市大气汞来源的40%，人为活动向大气的排汞量约占贵州市大气汞来源的60%。

《Nature China》对我们的这一研究成果进行了详细评述，对该研究成果给予高度评价，认为这一研究成果为环境管理部门认识大气汞的来源提供了新的认识。

（4）我国不同区域背景区大气汞的分布规律及沉降通量
在青海瓦里关全球大气背景观测站、吉林长白山中国科学院森林生态系统定位研究站、四川贡嘎山中国科学院高原生态系统观测站、
中国气象局香格里拉朱张大气区域背景观测站和贵州雷公山五个背
景点开展了大气汞分布和大气汞沉降的系统研究。

研究表明瓦里关、长白山、贡嘎山、朱张和雷公山大气汞的年平均含量分别是
2.12±0.95、
3.22±1.78、3.94±1.16、2.26 0.50和2.80±1.51 ng m-3。

这些地区大气汞含量明显低于我国城市大气汞的含量，但高于北半球大气汞的背景含量的1.5-1.7 ng m-3，大气汞的沉降通量也显著高于北半球的背景值。

研究表明我国人为活动向大气排放的大量汞，已造成我国背景区域一定程度的大气汞污染。

2、水库生态系统汞的生物地球化学循环及对生态环境影响
对乌江流域红枫、百花、阿哈、普定、洪家渡、引子渡、东风、乌江渡、索风营等9个不同年龄的水库水体、沉积物和水生生物中不同形态汞的分布及转化进行了系统的研究，发现我国西南新建水库没有出现北欧和北美发现的新建水库的甲基汞污染问题，揭示了影响水库汞的甲基化的主要因素，深化了对水库生态系统汞的生物地球化学循环演化规律的认识。

同时，对北京地区、广州和贵州养殖鱼体汞的含量进行了详细的调查，发现尽管我国大气汞污染严重，但养殖鱼汞含量非常低。

我们的研究证实我国不存在北欧及北美地区出现的水生生态系统鱼体汞污染的现象。

（1）汞污染严重的百花湖生态系统中汞的生物地球化学循环演化规律研究
通过对百花湖生态系统汞的质量平衡研究，表明尽管百花湖的汞污染非常严重，但是水生生物中甲基汞的含量并没有北美和北欧背景区酸化湖泊中的高。

研究证实，碱性水体不利于汞的甲基化。

这一研究成果为治理我国其它地区汞污染水生生态系统提供了理论依据。

（2）乌江流域水库汞的生物地球化学过程研究
由于特殊的地球化学背景及人为活动影响，乌江流域具有高汞负荷和多汞来源的特征，使其成为世界少有的汞污染严重的河流。

研究表明，乌江流域水库生态系统甲基化的速率随水库年龄的增长而增长，这与北欧和北美发现的水库生态系统汞的甲基化作用强度随水库年龄的增长而减弱的认识明显不同。

这一显著差异主要是淹没土壤或沉积物中有机质的含量及来源不同造成的。

乌江流域水库淹没土壤中有机质含量很低，不利于水库汞的甲基化作用发生。

但随着水库的演化，水库自身有机质产量增加，造成沉积物有机质含量增高，沉积物甲基化作用增强。

这一研究结果为建立水库甲基汞的模型提供了重要理论依据。

研究还发现，网箱养鱼活动增加了有机物在沉积物中的积累速度，在造成水体富营养化的同时，加速水库汞的甲基化作用。

研究结果在《Environmental Pollution》刊物发表后，挪威水环境研究所的Larssen博士在该刊物以“中国水库汞的活化迁移转化规律与北美和欧洲不同”为主题发表评述文章，充分肯定了该项研究成果的重要性。

（3）我国淡水养殖的鱼及其它水产品没有汞污染问题
系统采集了北京市场、广东省主要的鱼产地和贵州省10个大型水库的不同鱼种样品，对鱼体汞含量进行了分析。

结果发表，我国这些区域的鱼体汞含量非常低，如北京市场鱼体汞的平均含量只有0.0071±0.0051mg/kg；广东省主要鱼产区人工养殖鱼体汞的平均含量为0.036±0.039 mg/kg；贵州省水库养殖鱼体汞平均含量为
0.032±0.030 mg/kg，这些都远远低于我国鱼体汞含量食用卫生标准（0.5mg/kg）。

我们的研究表明，国内市场上的鱼绝大多数是人工养殖，鱼体生长速度非常快，食物来源主要是人工投放的饲料，因此鱼体的食物链非常短，甲基汞没有机会在鱼体内生物富集和放大。

我们
的研究证实，我国水生生态系统不存在北美和北欧出现的食物链甲基汞污染问题。

3、典型矿区汞的生物地球化学特征及对人体健康的影响
对贵州万山、滥木厂和务川汞矿区、贵州赫章土法炼锌区以及潼关金矿区表生环境中汞的生物地球化学循环演化特征进行了详细研究。

结果表明，这些地区大气、地表水体和土壤受到了严重的汞污染，区内农作物汞含量严重超出国家规定的食用卫生标准。

研究发现水稻果实对稻田土壤甲基汞的富集能力要比对无机汞平均高出近103倍，且水稻对根际土壤甲基汞具有和无机汞完全不同的富集和转运机制，即土壤中的甲基汞可以不受根际“铁膜效应”的控制而很容易通过
根部进入水稻体内并最终转运到果实中富集。

这一重大发现进一步深化了对稻米甲基汞富集作用的认识。

在上述研究的基础上，选取了污染区（万山，清镇，威宁分别代表受汞矿冶炼、燃煤电厂、土法炼锌影响的区域）和背景区（雷公山）对人体甲基汞暴露途径开展了研究。

通过对当地居民的饮水、食物摄取(包括大米、蔬菜、玉米、鱼肉类等)以及呼吸作用等暴露途径的综合研究，进一步评估了贵州省普通居民的甲基汞暴露途径及健康风险指数。

研究结果证实，无论是重污染区、轻度污染区还是背景区域，食用稻米均为居民甲基汞暴露的主要途径。

这一结论丰富了我们关于食用稻米是汞矿区域居民甲基汞暴露途径的结论，打破了国际上目前普遍认为的甲基汞暴露途径主要是食用鱼类等水产品所致的观点。

英国Aberdeen大学的Krupp博士在文章中认为“然而目前人体甲基汞的暴露问题主要聚焦在海洋食物链，由此美国食品管理局对食用食肉性鱼汞的含量加以限制。

但是冯等的研究结果的确证实甲基汞的问题不光是在局限有水生食物链，冯等的研究证实食用大米是中国特定人
群甲基汞暴露的主要途径，他们的研究结果显示尽管土壤中汞主要以无机汞的形式存在，但大米却能富集甲基汞（However, the focus has always been on methylmercury (CH3Hg+) and its occurrence in the marine food chain, which caused the US-FDA to recommend limited consumption of marine predatorial fish.3 But indeed, the mercury problem is not limited to the aquatic food chain: in a recent study, Feng et al.4 proposed rice as the major source for methylmercury intake from food in parts of the Chinese population, and the results indicate that methylmercury is more prominent in the rice grains than would be expected from the occurrence of methylmercury versus inorganic mercury in the soil.）”。

我们的研究结果还表明，贵州普通居民基本不存在甲基汞暴露导致的健康问题，但汞污染比较严重的汞矿冶炼区确实存在部分敏感人群如孕妇、儿童等通过食用稻米面临甲基汞暴露的风险。

以上研究工作已在“Environmental Science and Technology”、“Journal of Geophysical Research”、“Journal of Agricultural and Food Sciences ”、“Environmental Pollution”、“Atmospheric Environment”、“Applied Geochemistry”等国际地学和环境科学类核心SCI刊物上发表高水平学术论文44篇；2005年以来被SCI他引108次；Springer出版社出版的“Mercury Fate and Transport in the Global Atmosphere: Emissions, Measurements and Models”书1章；国际会议上做特邀报告7次；3次作为国际学术会议国际顾问或学术筹划委员会委员；多次作为国际学术会议分会主席；冯新斌研究员作为大会主席于2009年6月7-12日在贵阳成功主办了第9届汞全球污染物国际学术会议（9th
International Conference on Mercury as a Global Pollutant）。

冯新斌研究员于2008年获得国家自然科学基金委员会杰出青年基金资助。

1篇博士论文入选2007年中国科学院50篇优秀博士论文。

汞污染
汞是在常温下唯一呈液态的金属元素。

在自然界里大部分汞与硫结合成硫化汞（HgS），亦称“辰砂”或“朱砂”，广泛地分布在地壳表层。

辰砂及其多晶体偏辰砂是主要的含汞矿源。

随着自然的演化，环境的各个因素中都可能含有汞，形成汞的天然本底。

汞的本底对判断环境中的汞污染程度很有意义。

地壳中汞的平均丰度为0.08ppm，土壤中为0.03～0.3ppm，大气中为0.1～1.0ppt。

汞在大气中呈蒸汽态，因而雨水中也有汞，平均浓度为0.2ppb。

水中汞的本底浓度，内陆地下水为0.1ppb，海水为0.03一2ppb，泉水可达80ppb以上，湖水、河水一般不超过0.1ppb。

人类活动造成水体汞污染，主要来自氯碱、塑料、电池、电子等工业排放的废水。

据估计，1970～1979年全世界由于人类活动直接向水体排放汞的总量约1．6万吨；排向大气的总汞量达10万吨左右；排入土壤总汞约为10万吨，而排向大气和土壤的也将随着水循环回归入水体。

在全球范围内，汞主要来自燃煤电厂和金矿开采。

而在美国佛罗里达州，医疗和城市废物被燃烧后也会造成一定的汞污染。

一些湿地里的细菌将金属汞转化为甲基汞，而湿地正是许多
[1]
汞的排放来自于自然源和人为源两个部分，自然源包括：火山活动、自然风化、土壤排放和植被释放等，人为源排放指的是因人类活动引起的汞排放，包括汞的使用、物质当中含有汞杂质以及废物处理引起的汞排放三大类。

对汞排放的污染源构成及各污染源的相对重要性有比较一致性的认识，认为：向大气中的汞排放主要源于化石燃料燃烧，尤其是煤炭的燃烧，而燃煤电厂是大气中全球汞排放的最大的源。

研究表明，1995 年欧洲人为排放源排放的总汞为341.8 吨，其中燃煤电厂排放的汞占26%，居已知污染源的首位。

其他污染源还包括电厂以外的各种燃煤工业锅炉、废物燃烧、水银法氯碱生产、水泥生产、有色金属生产、钢铁生产等。

人类使用汞的历史可追溯到公元前一千多年，如中国早在殷商时代就使用辰砂作颜料。

随着工业的发展，汞的用途越来越广，产量也越来越大。

据统计1970～1979年世界汞产量为8.76万吨。

煤和石油的燃烧、含汞金属矿物的冶炼和以汞为原料的工业生产所排放的废气，是大气中汞的主要来源；施用含汞农药和含汞污泥肥料，是土壤中汞的主要来源；氯碱工业、塑料工业、电池工业和电子工业等排放的废水，是水体中汞的主要来源。

1970～1979年全世
界由于人类活动向大气排放的总汞量达10万吨左右;排入水体的总汞量约1.6万吨；排入土壤的总汞量约为10万吨，总计超过20万吨。

大气中气态和颗粒态的汞随风飘散，一部分通过湿沉降或干沉降落到地面或水体中。

土壤中的汞可挥发进入大气，也可被降水冲洗进入地面水和地下水中。

地面水中的汞一部分由于挥发而进入大气，大部分则沉降进入底泥。

底泥中的汞，不论呈何种形态，都会直接或间接地在微生物的作用下转化为甲基汞或二甲基汞（见汞的生物甲基化）。

二甲基汞在酸性条件下可分解为甲基汞。

甲基汞可溶于水，因此又从底泥回到水中。

水生生物摄入的甲基汞，可在体内积累，并通过食物链不断富集。

受汞污染水体中的鱼，体内甲基汞浓度可比水中高上万倍。

通过挥发、溶解、甲基化、沉降、降水冲洗等作用，汞在大气、土壤、水之间不断进行
[2]
底泥中的汞，不论呈何种形态——金属汞、无机汞、有机汞——都会直接或间接在微生物的作用下转化为甲基汞或二甲基汞。

二甲基汞在酸性条件下可以分解为甲基汞。

甲基汞可溶于水，又从底泥回到水中。

汞
水生生物摄入的甲基汞，可以在体内积累，并通过食物链不断富集（生物放大）。

受汞污染水体中的鱼，体内甲基汞浓度可比水中高上万倍，通过食物链使人体暴露量增加，毒性效应增强。

上世纪60年代末80年代初，黑龙江松花江出现了汞污染，一些渔民出现了水俣病。

在有机汞中，甲基汞是最重要的污染物。

根据美国环保署的规定，人体对元素汞摄入的安全水平是0.7毫克汞/公斤体重/周，而甲基汞的安全水平只有0.1微克甲基汞/公斤体重/周。

它已被充分证明是一种神经毒剂，特别对大脑发育产生不良影响；更为严重的是，甲基汞可以通过孕期妇女的胎盘进入胎儿的大脑中，还可以通过母乳喂养传递给婴儿，而正在发育的胎儿对甲基汞的敏感性比成人高5~10倍。

水体中的元素汞和无机汞可被微生物转化为甲基汞，并随着食物链上升而富集在动物和人体中。

因此，处于食物链顶端的人类，是汞污染的最大受害者。

谈到汞在人体内的代谢，白雪涛说主要通过消化道、呼吸道和皮肤吸收。

消化道吸收的主要是有机汞，95%以上可以被吸收。

经呼吸道吸收的主要是金属汞，以蒸汽态形式经肺泡吸收，可达85%。

皮肤可在一定程度上吸收汞。

汞吸收后主要分布在大、小脑组织。

其他实质性器官也有明显分布。

汞主要经肾脏（尿液）、肝脏（胆汁）排泄，还可经肠黏膜、汗腺、唾液腺、乳腺及毛发等其他器官排泄。

长期摄入，可导致汞在人体内长期蓄积。

金属汞可通过血脑屏障进入脑组织。

大量吸入汞蒸汽会出现急性汞中毒，其症候为肝炎、肾炎、蛋白尿和尿毒症。

一般来讲，二价汞离子毒作用是可逆的。

无机汞主要对肾脏、肝脏损
害。

甲基汞可引起急慢性中枢神经系统损害及生殖发育毒性。

经典例子就是日本水俣病，表
试水“无汞医疗”
医院致力于“无汞”的努力首先是建立在保护人类健康及环境的道德动机之上的，这种想法通常能够成就医院使命声明中提出的“评估及改善社区健康”的目标。

身为含汞产品的主要使用者，医院能通过减少使用汞及排放汞来扮演保护大众健康的主要角色。

汞废物需要单独分离和处理，否则会产生环境风险。

但目前国外的情况是，汞废物往往与其他危险废物一起被弃置到同一个垃圾桶中；更有甚者，有些医院的汞废物与正常废物混放。

国内的情况尤其值得关注。

汞废弃物问题没有简单的解决方法，最好的方法就是杜绝使用汞以及含汞产品，回收使用中的汞，而不是让汞继续在市场流通。

到2007年底，美国有13个州已经通过立法，禁止使用含汞温度计，医疗系统转而购买更安全的替代品。

包括瑞典、荷兰和丹麦在内的一些欧洲国家都已经禁止使用含汞温度计、血压测量器械以及许多其他含汞设备。

2007年，欧洲议会通过立法，禁止欧盟各国使用含汞温度计。

国内一些医疗机构已经开始了汞管理和无汞化方面的努力。

北京两家医院与环境保护部和美国国家环境保护局合作开展了“无汞医疗”试点项目，是中国卫生保健部门减少汞使用量的重要开端。

这两家试点医院是北京天坛医院和北京积水潭医院。

当然，实现“无汞医疗”，是一个复杂的问题，涉及含汞废物管理、医护人员的意识以及技术、经济、法规等多重因素。

在这样的背景下，需要在关心环境健康的同时，关注医疗汞管理，加强交流，互相促进，提高中国医疗汞污染管理水平，并最终实现无汞化。

土壤汞污染的防治措施
由于汞在土壤中形态的多样性，增加了土壤汞污染的防治难度。

当然，对于任何污染而言，消除污染源是防止污染最根本最有效的方法，但在实际操作中并不可行，因此只能尽量减少。

对于已被汞污染的土壤，我们应积极采取有效措施对其进行防治。

综上所述，我们可把土壤汞污染的防治措施分为以下几方面：
减少人为活动向大气的排汞量：
大气汞是土壤的重要来源。

据Jackson TA报道，每年近有500t汞由人为活动排入大气循环，而这些汞最终可能沉降于全球范围内的陆生生态系统和水生生态系统，对土壤汞污染有重大的贡献，因此，大气汞沉降是土壤汞的污染源之一，向大气排放汞就是间接向土壤排放汞，因此，我们应注意如何降低向大气中的汞的排放量。

改进农耕技术：
对于耕地而言，首先应该科学地施用化肥农药，尤其是注意进行污灌和施用污泥的过程中，
尽量减少汞的直接输入，且要积极慎重的推广污水灌溉，对灌溉农田的污水进行严格的监测和控制。

生物修复：
据研究，蚯蚓能使地下水污泥中汞含量从0.97mg/kg降至0.29mg/kg，而且随着蚯蚓的繁殖，其净化量也逐渐增大，尽管蚯蚓或蚓粪终究还是变为土壤，但此过程大大促进了土壤汞的转化．一些植物，如纸皮桦，红树等，对土壤中汞的吸收储存能力较强，对汞污染的稻田改种苎麻，可使土壤中的汞净化率较种水稻提高8倍。

利用生物修复技术防治土壤汞污染不仅治理了环境，且其对环境的美化也起了一个重要的作用，是目前最具发展前景的重金属污染土
[3]
汞污染能让雄鸟“断背”。

在对动物繁殖能力的研究中，美国佛罗里达大学的生态学家彼得·弗雷德里克偶然发现，幼年美洲白鹮(huán)摄入甲基汞，长大后会有同性恋倾向。

这很可能是科学家第一次发现环境污染物改变性取向的科学证据，该研究结果发表在《英国皇家学会学报B卷》。

弗雷德里克在接受晨报记者邮件采访时表示，这一研究结果不能简单地推演到其他物种身上，尤其是人类，但汞会干扰内分泌，出于这一原因，应该避免吃鲨鱼、金枪鱼等汞含量高的鱼类。

[1]
造成汞环境污染的来源主要是天然释放和人为两个方面。

从局部污染来看，人为污染是非常重要的。

汞的人为来源与以下几个方面有关；汞矿和其他金属的冶炼，氯碱工业和电器工业中的使用以及矿物燃料的燃烧。

其中由于煤炭燃烧造成全世界每年从煤炭中逸出的汞占人类活动所释放汞的较大部分，据统计，全球每年向大气中排放的汞的总量约为5000吨，其中4000吨是人为的结果。

以美国为例，美国每年汞的排放量占世界总排放量的3%，大约为158吨，其中份额较大的来源于燃烧行业，约占87%，10%来源于制造行业，3%来源于其他方面，在燃烧行业中，燃煤汞排放量所占的比例最大，达到33%，生活垃圾焚烧炉年排放量约占19%，工业锅炉汞排放量比例约占18%，医疗垃圾焚烧约占10%。

2000年我国燃煤电站向大气中排放汞为60.34吨，排入灰渣或者洗煤废渣的汞为18.88吨。