浅谈铝的污染及毒性效应，本文主要内容关键词为：毒性论文,浅谈论文,效应论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
铝是自然界最常见的元素，在地壳中分布广泛，含量高达8.8 ％（质量分数），仅次于氧和硅，多以硅铝酸盐的形式存在于矿物、岩石、粘土和土壤中。在生物体内铝的含量很少，被称为微量元素。过去很长时间内认为铝是无毒元素，铝对环境的污染，对人类健康的影响一直未被引起注意，但随着近代对铝矿的开采，炼铝工业的发展，铝及铝的合金和化合物，已遍及国防、科研、工农业生产的各个部门，并已进入千家万户。这一方面给人类社会带来现代化的舒适和方便，但也给人类生活带来了一定的危害。
长期以来铝一直被认为是无毒元素，铝制烹调器皿、含铝膨松剂、发酵粉、净水剂的使用也均未发现铝的直接毒性。大剂量的口服含铝药物也无显著的毒性反应，也就是说铝无直接的毒性效应。但近几年的研究表明，铝可扰乱生物体的代谢作用，造成长期地、缓慢地对人类健康的危害。
1 铝对土壤的污染及对植物体的毒性效应
土壤中的铝多以硅铝酸盐的形式存在。随着污水处理的污泥及改良肥料被用于农田施肥的日渐增加，致使土壤中铝含量升高。而近年来由于酸雾酸雨的频繁，加上酸性化肥的施用，使土壤过度酸化，使大量的Al[3＋]释放出来，根据理论推导土壤中Al[3＋]浓度与pH值有下列关系：
P[Al[3＋]]＝－5.7＋3pH
P[Al[3＋]]为铝离子浓度的负对数，－5.7 为通常情况下的常数，此关系说明Al[3＋]的浓度受H[＋]浓度的影响。当土壤H[＋] 浓度增大，溶出的Al[3＋]再转化形成Al（OH）[,3]和不溶性的偏铝的盐（AlO[－][,2]）胶体等，这种胶体会堵塞植物根部传输管道，影响植物的吸收作用，进而阻碍其生长，从而导致植物出现铝害。粘土不适于植物生长，主要是因为土壤的团粒结构不易形成，另一原因则是粘土中含铝较多，酸性或碱性都能使Al[3＋]溶出而影响作物生长。
出现铝中毒的植物[1]，症状非常明显，根部的根毛会消失， 根尖圆突后枯萎，最后使整个细根死亡，同时发生针尖叶黄化和脱落。对铝敏感的植物即使在250μg／L铝环境中生长，其根部的Ca[2＋]和Mg[2＋]离子分别减少50％和60％。可见铝对植物的毒害主要是阻碍植物对磷、钙、镁等的吸收和消化，使这些营养素的含量长期处于平衡水平之下。
可溶性铝对植物毒性较大，产生危害的初始浓度一般为1mg／L， 1mg／L可抑制蚕豆、豌豆、葱的生长，并使小麦、大麦、高梁的根茎、 穗受到危害；25mg／L严重影响燕麦生长，而且， 随着这些作物作为食物链亦可影响人体健康。故使用含铝废水灌溉农田及用污水污泥改良的含铝农肥是不合适的，因此，一般规定灌溉水中和改良水中的铝化合物最高允许浓度为1mg／L。
2 铝对水体的污染及对水生生物的毒性效应
水生生物因其所处环境特殊，铝毒的程度完全依赖于地表水体中活性铝的浓度。由于Al（OH）[,3]的不溶性，天然水中Al[3＋]的浓度很低，但由于Al（OH）[,3]是两性物质，酸雨的降落或酸性废水的排出，水中H[＋]的浓度增加，会使Al（OH）[,3]溶解，Al[3＋]溶出。反应方程式如下：
（1）Al（OH）[,3]＋H[＋]＝Al（OH）[＋][,2]＋H[,2]O
（2）Al（OH）[＋][,2]＋H[＋]＝Al（OH）[2＋]＋H[,2]O
（3）Al（OH）[2＋]＋H[＋]＝Al[3＋]＋H[,2]O
另外酸雨和酸性排水，还可以使碳酸钙的沉淀转为可溶性的碳酸氢根离子（HCO[－][,3]），碳酸氢根离子也可以使氢氧化铝沉淀中的Al[3＋]溶出，而进入表层水中。反应方程式如下：
Al（OH）[,3]＋3HCO[－][,3]＝Al[3＋]＋3CO[2－][,3]＋3H[,2]O
有文献报道[2]，水中铝含量高于0.2～0.5mg／L，即可使鲑鱼致死。铝对鲑鱼鱼苗的毒性可能主要来自铝的无机态化合物，用柠檬酸与铝盐反应能大大地降低铝的毒性[3]；在pH值8～9条件下， 水中的铝酸根离子浓度高于0.5mg／L时也会使鲑鱼致死[4]， 沉淀的氢氧化铝不会使鲑鱼急性中毒，却能引起慢性中毒；另有研究表明[5]，草鱼仔鱼在pH5.0的软水中铝致死阈浓度为0.1mg／L， 在硬水中当铝的有效浓度为2mg／L以上时，就会产生絮凝作用，此时，仔鱼在高铝浓度（16mg／L）中4d以上也未出现死亡。因此，铝的毒性除与浓度、价态有关外，还高度取决于水的pH值与硬度（Ca[2＋]含量）[5]。
3 铝对人体的毒性效应
3.1 铝进入人体的渠道
3.1.1 含铝净水剂的使用
自19世纪末叶美国首先将硫酸铝用于给水处理以来，一直被广泛应用，在最早时中国人也有用明矾净水的习惯。目前世界各国水厂多采用铝盐（如硫酸铝、明矾、聚硫酸铝、聚氯化铝）对饮用水进行净化，这些可溶性酸性的水（用漂白粉或氯气消毒的自来水）更易使Al[3＋] 溶出随饮用水进入人体。1983年美国国家环保局对200个水厂调查表明， 用硫酸铝作为混凝剂的50％水厂自来水中含铝量在0.12mg／L以下，未处理的水为0.96mg／L。1986年美国自来水协会调查表明，25 ％的水厂自来水均含铝0.2mg／L，处理水为0.25mg／L，而自来水中含铝量高达0.41mg／L的水厂中82％为用石灰调pH值，铝含量平均为0.026mg／L的水厂只有35％用石灰调pH。这表明水的净化处理技术对自来水中铝的残留量有很大的影响。
3.1.2 含铝膨松剂的作用
目前常用的膨松剂有明矾和磷铝酸钠（Na[,3]Al（PO）[,4]）[,2]），在制作油条、粉丝等膨化食品时加入，随食用Al[3＋]进入人体。
3.1.3 铝制炊具的不当使用
在使用铝制炊具时接触酸（醋）、碱、盐等也可以使大量Al[3＋]溶出进入食物中。又如我们习惯用铝锅烧开水，此水中铝含量大于216μg／L，最高可达4631μg／L，比自来水和铁壶煮水高出9～190倍。
3.1.4 饮茶及含铝药剂的使用
饮茶虽有利健康，但多种茶叶中含铝量也很高，如绿茶含403.31μg／L，红茶已含485.79μg／L，花茶含319.06μg／L，在茶叶的泡制过程中Al[3＋]会溶出进入人体。血液透析时透析液含铝多，也可引起铝在体内滞留；长期使用氢氧化铝胃药也会造成铝在人体内的蓄积，但这不是主要的。
3.2 铝对人体的毒性效应
正常人体含铝量50～100mg，人体摄入的铝99.7％来自食品、 饮水和饮料，每天从饮食中摄取铝平均45mg左右。进入胃肠道的铝吸收率为0.1％，大部分随粪便排出体外，少量的铝经肠道吸收入人体。近10 年来人们发现了铝的毒性，并引起了重视。普遍认为铝的毒性主要表现为对中枢神经系统的损害，临床上铝中毒的表现主要有铝性脑病、铝性胃病和铝性贫血等，老年性痴呆症的发生增多就与铝在体内的积累有关，医学研究发现该病的病人脑组织中含有高浓度的铝。将AlCl[,3]注入猫脑等动物实验也证实了这一点。原因是神经元吸收铝后，铝进入神经核内，改变了细胞的骨架，影响梁色体而产生病变，造成蛋白质的生化代谢的紊乱，导致痴呆病的发生。
铝在人体内还能干扰磷的代谢，铝在肠道内可与磷酸盐形成不溶性的AlPO[,4]，阻止肠道对磷的吸收，从而使血液中和其它组织内磷的总量减少，磷在生物体内起着举足轻重的作用，磷的缺少会引起机体的代谢紊乱，也会影响机体对钙的吸收，造成机体脱钙的现象，最终导致骨软化症。另外，Al[3＋]能取代重要酶及生物分子上的Mg[2＋]，与生物配体形成比Mg[2＋]更稳定的化合物，抑制Mg[2＋]依赖酶的活性。Mg[2＋]对神经系统有抑制作用，低镁时神经肌肉兴奋性增强，因此， 一旦Al[3＋]取代Mg[2＋]，将引起机体代谢的不平衡，造成神经系统等各方面的疾患。
总之，铝在人体中引起的毒性是缓慢的，长期的，不易觉察的，但是一旦发生代谢紊乱的毒性反应，则后果是严重的，是不可恢复的。
4 结语
（1）迄今为止，自来水工业普遍采用铝盐净化饮用水， 国内现有生产方法制得饮用水含量比原水一般高出1～2倍，这对人体可能构成一定的不良影响，因此水的净化处理技术有待于进一步改进。
（2）少施或不施酸性化肥如硫铵[（NH[,4]）[,2]SO[,4]]，氯化铵（NH[,4]Cl）等，降低土壤的酸度，使Al[3＋]尽量少释放， 以免影响作物的生长。我国在这方面也多有改进，多生产尿素、碳铵等中性肥料和腐植酸类肥料。
（3）铝对环境的污染与酸雨有关， 我国南方等地酸雨现象比较突出，酸雨可使工业含铝污泥和土壤中的铝转变为可溶性铝，从而给作物带来毒害及水体污染。我国正发展排烟脱硫的化学方法，控制SO[,2]的排放，以便减少酸雨的降落。
（4）改良不合理的饮食习惯，尽量减少Al[3＋]的入口渠道，丢掉传统油条膨松剂的使用，治疗胃病的药物尽量避开Al（OH）[,3]的制剂，改用胃动力药。