从环境保护谈汞的用途及汞污染的防治
摘要：汞的用途很广，但对人体是极为有害的重金属元素。本文简述了汞及其化合物的应用以及对人体的毒副作用。汞污染造成的危害已不容忽视，采取有效措施防止汞污染，是当今环境保护中应高度重视的问题。
关键词：汞；甲基汞；汞中毒
汞及其化合物大规模应用于工业，如油漆、家用、杀虫剂、杀真菌剂、电池生产及其他化工行业，因而也引发了一系列的环境问题。例如：使用或制造汞及其化合物的工厂所排放的废水（含有汞废料），对大气、水源和土壤造成了严重污染，给人体健康和全球自然环境带来了严重的危害。汞是比较常见的工业污染物，是造成环境污染的有毒重金属之一，我们必须高度重视其危害性，采取相应措施进行有效的防治。
一、汞及其化合物的应用
汞（俗称水银）是唯一的在常温下呈液态的金属，有流动性。在潮湿空气中颜色缓慢变暗，在约-39℃时凝固成像锡或铅一样的柔软固体，能与大多数金属如Na、Zn、Pb、Au、Ag（铁除外）形成汞齐合金。
汞是地球上含量很大，分布极广的重金属元素。地壳中的汞大部分与硫结合形成硫化物。汞的主要矿物是红色硫化物即辰砂HgS(又称朱砂)。以朱砂矿形式存在的化合物是地球上汞的主要来源。在空气中锻烧硫化汞，然后使汞蒸气冷凝便可得到汞。
利用汞的液态性质和低扩散性、附着性，以及在整个液态范围内体积膨胀均匀性，可将汞用于制造温度计；而利用汞的大密度和低蒸气压性能，又可将其用于气压计和压力计的制造；汞的蒸气在电孤中能导电，并辐射高强度的可见光和紫外线，可将其应用于制造医疗太阳灯；利用汞的高比重、导电性和流动性，在实验工作中又可将其用作液封和大电流断路继电器；而汞能溶解Au、Ag的性质，则可用在冶金中提炼这些金属；汞对热中子的截获性高，导热性好，还可作为核反应器的防护和冷却介质。
汞是重要的工业原料，大量的汞及其化合物大规模应用于化工及油漆、电子、塑料、仪器、制药、含汞农药等工业。在这些工业中水银及其化合物常被用来作原料或催化剂，例如制造药物和农业生产中的杀菌剂、各种家用杀虫剂。含少量铜、锌和银的锡汞齐合金可用作牙医补牙的填料。许多形式的有机汞也是常用的抗腐败剂，通常用作医疗仪器的消毒溶液。汞还用于电解法生产氯气和苛性钠的化工生产中，例如塑胶厂制造氯乙烯需要大量氯气，早期就是以汞电极电解法电解食盐水制造氯气。
汞在化合物中为+1或+2氧化态，汞（Ⅱ）的化合物占绝大多数。在空气中加热汞时，汞虽能与氧化合形成氧化汞，但反应速率慢，在400℃或更高温度下，氧化汞分解成Hg和O2。
汞的常见化合物氧化汞（Ⅱ）HgO，与石墨混合后可用作锌—氧化汞电池以及汞蓄电池的电极，同时氧化汞可用于制备各种有机汞化合物，以及某些无机汞盐的原料。
氯化亚汞（Ⅰ）Hg2Cl2，因其有甜味，通常称为甘汞，是最重要的+1价汞化合物，可用作防腐剂。
氯化汞（Ⅱ）HgCl2，也是最常见的+2价汞化合物，虽然二氯化汞极毒，但用这一无臭、无色的物质制造的杀菌剂在农业上却应用广泛， 在医药上0.05%的水溶液有时可用作局部消毒剂；在化学工业上可用作氯乙烯生产的催化剂，以及作为生产其他汞化合物的起始物质。
硫化汞(Ⅱ)HgS是一黑色或红色的晶态固体，主要用作油漆、橡胶和塑料的颜料。
二、汞污染的来源
汞的排放主要是来自自然源和人为源两部分，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。向大气中排放的汞主要源于化石燃料的燃烧，尤其是煤炭的燃烧，而燃煤电厂是大气中汞排放的最大源头。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。
在日常生活中,急性汞中毒并不常见,但潜在的汞污染却长期、广泛地存在着。下面就为大家介绍一下日常生活中常见的潜在的汞污染。 照明用灯 目前普遍使用的室内荧光灯、室外高压汞灯、五彩缤纷的霓虹灯等,都需要汞作放电气体。这些灯报废后,一旦破碎,所含的汞将全部进入环境。我国现在每年生产荧光灯约10亿支,按每支灯管含汞量30mg为计,每年用于荧光灯的汞约30吨[1]。一支在常温下打碎的40W荧光灯,可在瞬间使周围空气中的汞蒸气浓度高达10-20mg/m3,超过国家大气质量标准中对汞最大允许浓度0.01
mg/m3的1000-2000倍。
玻璃体温计 一支普通的棒式或内标式玻璃体温计含汞约1g。据计算,一支体温计打碎后,外泄的汞全部蒸发后,可使一间15㎡大、3m高的房间室内空气汞的浓度达到22.2 mg/m3。我国规定的汞在室内空气中的最大允许浓度为0.01 mg/m3 。一般认为,人在汞浓度为1.2-1.8 mg/m3的环境中很快会引起中毒。汞对生物的毒害也非常严重。有人指出,“一个体温计的汞足以使20英亩大（约合80937㎡）的池塘中的鱼死亡”。科学资料表明,汞对淡水鱼的96HLC50值为33-400μg/L(96HLC5值是指使50%的试验鱼类死亡时的浓度值)。这意味着,当体温计破碎后,如果所含的1g汞完全通过下水道进入水体,需要约34m3甚至更多的水来稀释,才能使水中汞的浓度低于33-400μg/L。
齿科材料 齿科材料目前充填龋齿的主要材料是银汞合金。苏格兰的研究人员对名牙医进行调查研究后发现,在这些牙医的尿液和指甲中,汞的含量是正常人的4倍。与一般人群相比,牙医出现肾脏疾病和记忆力损伤的可能性更大。补牙时,银汞充填物产生的汞蒸气,对患者同样有害。
燃煤 燃煤研究表明,燃煤是全球最大的汞的人为排放源。以煤为燃料的火力发电和焚烧垃圾每年向大气中排放的汞达1500吨,占人类总排放量的70%,其中亚洲每年排放860吨居全球之首,其次为非洲,欧洲和北美洲。
化妆品 化妆品汞对皮肤有一定的漂白作用。因此,具有漂白、祛斑作用的化妆品多含有汞。国家规定在化妆品中的汞含量不得超过1mg/kg。但2002年,广西壮族自治区对祛斑类化妆品的汞含量进行专项抽查的结果表明,在50种祛斑类化妆品中,有16种汞含量严重超标,其中最低超标480倍,最高超标达6.7万倍。2003年春节前,福建省工商局在商品质量监督抽查中发现,在5种汞超标的化妆品中,超标最高者达2.6万倍。
水生生物 持久性、易迁移性和高度的生物富集性,使得汞成为目前全球最
引人关注的环境污染物之一。汞在36℃就开始蒸发,温度越高,蒸发越快。汞蒸气可以随着大气环流迁移到很远的地方,甚至人迹罕见的北极。汞及其化合物很容易溶解在脂肪类物质中,沿着食物链（更多的是沿着水生生物的食物链）逐级浓缩,最终造成水生生物体内汞的含量远远高于环境水体中的汞浓度,可高达20万倍。20世纪80年代,我国对黄河宁夏段五种经济鱼类的监测结果表明,鱼体汞超标率达100%。美国食品药品管理局公布的资料显示,多种海鱼上了“水银鱼”的黑名单,如金枪鱼、妒鱼、鳄鱼、比目鱼、旗鱼、鳖鱼、黑斑鳍、鲜鱼、剑鱼、鳍鱼、马林鱼、梭子鱼、白口、狭鳍、方头鱼等。
三、汞环境污染的现状
有关文献报道表明[2],每年大约有6500吨汞释放到大气中。与其它污染物的排放量相比,这个数据似乎不算大。但是,由于汞挥发缓慢,而且不易降解,当汞从一个地方释放时,它会逐步飘散,落在远离其释放地的地方并进入远方的食物链。这种有毒金属在温暖的气候条件下会蒸发,在温度下降的时候凝结,而且挥发极其缓慢。因此,汞作为一种典型的全球污染物,很容易威胁到全球的环境安全。
汞的释放有三个重要渠道：大自然、煤的燃烧和工业的使用。此外,汞还在采矿过程中得到释放,包括含汞矿石的初级开采,以及开采某些其他金属时所产生的副产品,比如镍和锌。每年大约占全球总量的1/3左右的汞由天然渠道向大气中释放。这其中包括矿产的退化,特别是那些因为地质活动使矿石裸露在地壳表面的地方、火山、土壤和水面的蒸发以及森林火灾（植物的燃烧释放出从土壤和大气中带来的汞）等渠道。但是,要区别人为造成汞的释放还是天然释放却十分困难。比如,目前通过土壤和水面释放的汞,有的来自天然渠道,有的来自过去人为释放到大气中的汞的再次释放,另一些则来自数十年或者数个世纪以来的采矿和废物倾倒行为。
煤电生产是目前最主要的汞污染源。汞是煤在燃烧中自然产生的一种污染物,无论是在电厂还是工厂,或者规模较小的家庭燃煤,都会释放出汞。最近的一项调查表明,在人为向大气释放的2000多吨汞释放量中,其中有2/3的比例来自于煤的燃烧。中国是世界第一煤炭消费大国,能源结构中煤的比例高达75%,煤炭平均汞含量（约为0.15-0.20μg /g）高于世界平均含量(0.13μg /g),而我国燃煤技术普遍落后,由之所致的汞污染尤为严重。据估算,2000年中国燃煤汞排放量约300t为左右,大气排放量约在161-220t之间[3]。有关测定表明,重庆、北京、长春、沈阳等工业城市大气汞含量是纽约布鲁克林、曼哈顿市区的数倍甚至上百倍,在采暖期城市大气中更为严重[4]。
世界各地每年用于各种商业产品和工业流程中的汞大约为3000-4000t。其中电池的生产、氯碱工业以及作坊式的小规模淘金这三种用途占了全球总量的2/3。汞的其他重要用途包括开关和继电器、测量和控制装置以及牙医用汞合金。研究人员虽然能够对这些产品汞的使用有很好的定性理解,但是他们却缺乏对全球汞释放量的定量估计。值得一提的是,在全球汞用量中,电池用汞就占了近1/3,特别是用于军事、医药的一氧化汞电池中有一半的重量是汞。
中国是世界汞消耗大国。据2000年对化工、照明、电池、医疗器械和冶金等涉汞行业的调查推测,当年全国汞的工业工业用量约1200t左右,较之1995年的有所一下降,但削弱幅度远小于世界平均水平。据推测,我国现阶段年用汞量在1000t以上,汞的大量使用,不仅造成了局部污染,也造成了大面积的区域污染。目前,我国对城市垃圾中汞含量及排放行为尚缺乏系统研究。但依我国含汞产品消费量、居民对汞污染的认知水平和垃圾投弃习惯推测,其中汞含量当不在西方国家之下。与发达国家主要以焚烧法处理不同,我国现阶段城市生活垃圾主要以填埋方式进行处置,导致了大气污染和水体污染。研究表明,武汉市垃圾场下方的表层土壤中汞质量分数是土壤背景值的数倍,城市近郊湖泊表层汞污染严重[5]；贵阳市垃圾填埋场汞排放浓度与该市小型燃煤锅炉排放的烟气总汞量相当,是大气气态汞的释放源[6]；上海浦东生活垃圾焚烧运行后,周围土壤及农作物中汞含量明显升高[7]，这表明城市生活垃圾亦是我国现阶段主要的人为汞污染源之一。另外,中国南方地区（贵州、湖南、四川）分布着世界级汞矿群,层汞型矿床及相邻地区厚度达千米汞含量远远高于地表平均丰度,缺乏有效监管、技术落后的资源开发型乡镇企业的迅速发展更加重了环境汞的负荷[8]。
据2002年UNEP评估报告,中国是全球范围内汞污染最为严重的地区之一,大气中汞的平均值为5-22t/a,平均沉降值大于70μg /m2。目前,我国正处在工业化和城市化进程的快速发展阶段,能源消耗急剧增加,城市生活垃圾产量与日俱增,由此所致的汞污染危机将日趋严峻。
四、汞对人体的危害
由于广泛而较大量的使用汞及其化合物后，含汞物质通过各种途径进入水体或大气中产生相当严重的环境污染问题。汞有三种毒物类型：即汞蒸气、无机（离子）汞和烷基汞（有机汞）。不同种类的汞对人体的毒性是不一样的。
元素汞毒性不大,通过食物和饮水摄入的金属一般不会引起中毒。但金属汞蒸气有高度扩散性和较大脂溶性,侵入呼吸道后可被肺泡吸并经血液循环至全身。血液中的汞,可通过血脂屏障进入脑组织,然后在脑组织中被氧化成汞离子,
并在脑组织中蓄积, 损害脑组织。在其他组织中的金属汞也可被氧化成离子状态并转移到肾中蓄积起来。金属汞慢性中毒的临床表现,主要是神经性症状,如头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌肉震颤,运动失调等。大量吸入汞蒸气会出现急性中毒, 其症候为肝炎、肾炎、尿血和尿毒等。可通过尿汞化验来诊断其症状。急性中毒常见于生产环境, 一般生活环境很少见。
无机汞化合物中汞有剧毒, 甘汞毒性较小。因汞化合物在水中溶解度较小,
低浓度的汞化合物进入胃肠道, 因难于被吸收,不会对人体构成危害。汞的有机化合物毒性很大，毒性最大的是甲基汞,甲基汞对人的作用特别顽固,进入人体后遍布全身各器官组织中,主要侵害神经系统,尤其是中枢神经系统,其中最严重的是小脑和大脑两半球,并且这些损害是不可逆的。甲基汞还可通过胎盘屏障侵害胎儿,使胎儿先天性汞中毒,或畸形,或痴呆。此外，甲基汞对精细胞的形成有抑制作用,使男性生育能力下降水。水俣病就是甲基汞中毒的典型疾病,以小脑性运动失调、视野缩小、发音困难主要症状,已被日本政府宣布为公害病。
汞的另一个危害是汞和它的盐类在体内积累，这意味着人体自己没有办法迅速排除这种元素，以致毒物的效果积累起来逐渐造成慢性中毒。汞可经肾肝、肝脏随胆汁排入肠道、肠粘膜及汗腺、唾液腺、乳腺及头发排出，但以随尿及粪便