鎳污染對(duì)人類健康的危害及其防治

羅詩(shī)睫(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 528000)

0 引言

自然環(huán)境中有許多重金屬元素，它們具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用和非工業(yè)運(yùn)用。而隨著重金屬的應(yīng)用日益增多，它們不可避免地成為環(huán)境污染物。人類對(duì)鎳的過(guò)度接觸和積累會(huì)對(duì)健康造成發(fā)育毒性、遺傳毒性、免疫毒性、血液毒性、生殖毒性和神經(jīng)毒性。目前國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)將鎳化合物歸為Ⅰ類，即人類致癌物，金屬鎳被歸為2B類，即可能對(duì)人類致癌物。因此，鎳污染對(duì)人類健康的危害及防治成為一個(gè)緊迫的公共衛(wèi)生問(wèn)題，并引起全球的關(guān)注。

1 生活中的鎳污染及其來(lái)源

1.1 什么是鎳污染

鎳污染是指鎳及其化合物引起的環(huán)境成分或狀態(tài)的變化和環(huán)境質(zhì)量的下降，擾亂和破壞生態(tài)系統(tǒng)以及人們的正常生活和生產(chǎn)條件，稱為鎳污染。鎳污染分大氣鎳污染、水鎳污染和土壤鎳污染。鎳污染可以進(jìn)入人體對(duì)健康產(chǎn)生危害，如：通過(guò)成為大氣污染物進(jìn)入人的呼吸道等途徑；也可以進(jìn)入土壤和水體，如被植物和水生生物吸收，在作物和水生生物的可食用部分產(chǎn)生積累，最后經(jīng)過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康；還可以惡化大氣、水和土壤的環(huán)境質(zhì)量[1]。

1.2 生活中的鎳污染來(lái)源

工業(yè)產(chǎn)生廢氣。化石燃料(石油和煤炭等)在燃燒、高溫冶金和鎳初級(jí)生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢氣是造成鎳污染的原因之一，特別是鎳礦石和含鎳金屬礦冶煉產(chǎn)生的廢氣和采礦產(chǎn)生的粉塵等。全球2/3的鎳產(chǎn)量歸因于金屬冶煉，而礦石冶煉產(chǎn)生的粉煤灰中會(huì)含有大量的含鎳蛇紋石(起源于爐料)和含鎳玻璃微粉末。據(jù)報(bào)告，全球目前約有60%的鎳來(lái)自鎳硫化物，冶煉廠冶煉硫化鎳礦的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含鎳尖晶石(特雷弗石)。城市固體廢物(MSW)也是造成鎳污染的主要原因之一。城市固體廢物又叫城市生活垃圾，是城市居民的日常生活或?yàn)槿粘Ｉ钐峁┓?wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物。MSW不僅會(huì)影響環(huán)境，還會(huì)危害市民健康，但也能作為建筑材料和市政綠化用肥的來(lái)源[2]。城市生態(tài)環(huán)境部2020年12月發(fā)布的《2020年全國(guó)大中城市固體廢物污染環(huán)境防治年度報(bào)告》公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年全國(guó)196個(gè)大、中城市分別產(chǎn)生一般工業(yè)固體廢物、工業(yè)危險(xiǎn)廢物、醫(yī)療廢物和城市生活垃圾13.8億噸、4 498.9萬(wàn)噸、84.3萬(wàn)噸和2.356億噸，并在2021年繼續(xù)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中聚氨基甲酸酯(PU)作為MSW的主要組成之一，將較高水平的鎳貢獻(xiàn)到MSW中，在其收集、轉(zhuǎn)移、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中造成了鎳污染。生活廢氣、污水排放。汽車尾氣、煙草煙霧、家庭取暖和烹飪?nèi)剂系氖覂?nèi)煙霧中能檢測(cè)到鎳，煤、石油燃燒時(shí)排放的煙塵中也能檢測(cè)到微量的鎳[3]，生活污水、污泥等也可能攜帶鎳，并以灌溉水或肥料的形式用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2 鎳污染對(duì)人體健康的危害

鎳可以通過(guò)呼吸道、消化道、皮膚接觸等途徑進(jìn)入人體，分布并蓄積在全身多個(gè)器官組織，通過(guò)過(guò)度誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制增殖來(lái)抑制免疫器官的發(fā)育，或與人的DNA結(jié)合、抑制某些酶的發(fā)生和誘導(dǎo)合成活性氧等行為，引起相應(yīng)的功能障礙，對(duì)人體健康造成不良影響。

2.1 氧化應(yīng)激損害

氧化應(yīng)激是一個(gè)氧化—抗氧化體系失衡并趨向于氧化的過(guò)程，隨之會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧和氧化產(chǎn)物。發(fā)現(xiàn)鎳可以與硫醇結(jié)合形成Ni-硫醇配合物進(jìn)而與分子氧反應(yīng)導(dǎo)致ROS產(chǎn)生造成氧化應(yīng)激。另外發(fā)現(xiàn)鎳還可以在接近DNA處產(chǎn)生氫氧根與DNA堿基或脫氧核糖骨架反應(yīng)，造成DNA的氧化損傷，進(jìn)而誘導(dǎo)突變和癌癥的發(fā)生。

2.2 炎癥反應(yīng)

鎳是多器官、多系統(tǒng)損傷毒物，可以通過(guò)呼吸道、消化道、皮膚接觸等途徑進(jìn)入人體，分布并蓄積在全身多個(gè)器官組織，引起炎癥反應(yīng)激活。鎳化合物可以引起肺部的慢性炎癥；鎳離子可以通過(guò)毛孔和皮脂腺滲透到皮膚內(nèi)，引起皮膚過(guò)敏發(fā)炎[4]。有學(xué)者提取鎳精煉煙氣中的顆粒作用于人肺上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)NLRP3、caspase-1等指標(biāo)在肺上皮細(xì)胞中的表達(dá)水平顯著提高，說(shuō)明鎳能通過(guò)降低細(xì)胞活性和提高炎癥相關(guān)蛋白的表達(dá)損傷線粒體，誘發(fā)呼吸道炎癥。亦有研究表明，鎳能通過(guò)NF-κB、ICAM-1、VCAM-1、EMAM-1、Egr-1和WT-1等調(diào)控因子促進(jìn)炎癥的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的生長(zhǎng)。

2.3 癌癥反應(yīng)

鎳是生物醫(yī)學(xué)合金的一種成分，會(huì)通過(guò)腐蝕和摩擦釋放引起組織細(xì)胞毒性、突變、分化甚至致癌。1950年，鎳及其化合物的致癌作用被確認(rèn)并得到報(bào)告。研究顯示MCF-7和A549細(xì)胞暴露于鎳會(huì)引起功能性p53和HIF-1α蛋白積累，參與鎳誘導(dǎo)的癌變；采用球形成法和據(jù)流式細(xì)胞術(shù)分析鎳對(duì)細(xì)胞凋亡周期的影響，發(fā)現(xiàn)慢性鎳暴露會(huì)抑制異檸檬酸脫氫酶，誘導(dǎo)癌細(xì)胞的硬化。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)鎳可以通過(guò)TLR4/MyD88信號(hào)促進(jìn)人類肺癌細(xì)胞的侵襲性潛力。在研究了大量胰腺癌病例和無(wú)關(guān)癌癥的死亡病例后，確認(rèn)鎳也可以引起胰腺癌。以平行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)口腔癌患者的血鎳含量高于正常值，說(shuō)明鎳在口腔癌的發(fā)生中起著重要的作用。若吸入鎳化合物的濃度夠高，可顯著增加呼吸道癌的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 神經(jīng)衰弱反應(yīng)

鎳的攝入會(huì)影響星形膠質(zhì)細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)保護(hù)級(jí)聯(lián)，包括谷氨酸/γ-氨基丁酸-谷氨酰胺穿梭、抗氧化機(jī)制和能量代謝，這些星形膠質(zhì)細(xì)胞通路的缺陷會(huì)促進(jìn)甚至誘發(fā)神經(jīng)退行性變。研究證明，鎳可以通過(guò)改變魚(yú)類的抗氧化狀態(tài)和乙酰膽堿酯酶活性誘導(dǎo)小腦組織病理學(xué)改變，進(jìn)而引起神經(jīng)衰弱。鎳還可以通過(guò)干擾有氧代謝來(lái)誘導(dǎo)小鼠神經(jīng)行為的變化。鎳的暴露改變了大鼠的認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)和抗氧化狀態(tài)，增加了海馬體和紋狀體退化的神經(jīng)元百分比，誘導(dǎo)大鼠大腦生成ROS，最后引起神經(jīng)衰弱。Omamuyovwi通過(guò)研究大鼠后海馬、紋狀體和皮層神經(jīng)元的超微結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)鎳可以損壞神經(jīng)元內(nèi)線粒體結(jié)構(gòu)的完整性，造成神經(jīng)衰弱。

3 我國(guó)鎳污染的防治建議

中國(guó)是一個(gè)人口眾多的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)田的安全與人民的長(zhǎng)期生計(jì)息息相關(guān)。當(dāng)前，我國(guó)人均耕地面積僅約0.1 hm2,在農(nóng)田資源緊缺的基礎(chǔ)上，更要保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性，確保國(guó)家糧食安全。但是，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的灌溉水及廢料等都對(duì)土壤環(huán)境造成了嚴(yán)峻的鎳污染。同時(shí)，城市化和工業(yè)化的迅速發(fā)展也加劇了土壤鎳污染，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣都帶來(lái)了一系列的鎳污染問(wèn)題。

3.1 加強(qiáng)新能源的開(kāi)發(fā)和利用

鎳是一種可溶于水且能在生物體內(nèi)逐級(jí)累積的重金屬，一旦其流入水體或進(jìn)入土壤中，都會(huì)參與到食物鏈的傳遞中，危害人體健康。我國(guó)可以通過(guò)加強(qiáng)新能源的開(kāi)發(fā)和利用，推廣使用清潔高效的能源和禁止濫用化肥等措施，做到從源頭防治鎳污染的發(fā)生。

3.2 加強(qiáng)監(jiān)管，減少鎳排放

對(duì)于正在產(chǎn)生含鎳廢氣和廢水的源頭，如冶煉工廠的廢氣排放，可以通過(guò)除塵消煙、冷凝和液體吸收等技術(shù)消除廢氣中的部分含鎳污染物[5]，減少鎳的排放。工業(yè)生產(chǎn)的廢水排放可以通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)管工作，限制排污總量，達(dá)到減少鎳排放的效果。

3.3 運(yùn)用先進(jìn)的防治技術(shù)

目前，全球鎳污染研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)是土壤鎳污染和水體鎳污染。大氣鎳污染的最終歸趨一般為以大氣沉降的方式進(jìn)入到土壤和水體中。所以對(duì)于已經(jīng)造成鎳污染的水體和土壤，我國(guó)可以學(xué)習(xí)國(guó)外的一些先進(jìn)防治技術(shù)，如植物修復(fù)技術(shù)和水生生物修復(fù)技術(shù)等，減少鎳在生物中的積累，防止鎳通過(guò)食物鏈的方式對(duì)人體健康造成危害。

植物修復(fù)技術(shù)中較為常用的一項(xiàng)是植物采礦技術(shù)，其利用超積累植物高量吸收土壤中的重金屬，從中提取、冶煉金屬品，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)污染土壤修復(fù)和金屬資源化[6]。1983年Chaney首次提出植物吸取修復(fù)的概念，并在隨后發(fā)展為較完整的植物修復(fù)理論體系和技術(shù)模式，近30年也在美國(guó)、阿爾巴尼亞、馬來(lái)西亞等國(guó)家的野外實(shí)踐中獲得良好效果。植物修復(fù)技術(shù)有著重要的生態(tài)環(huán)境和資源價(jià)值，被認(rèn)為是一種環(huán)境友善、經(jīng)濟(jì)高效的土壤修復(fù)技術(shù)，在鎳污染修復(fù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)重金屬行業(yè)的快速發(fā)展，重金屬在各個(gè)領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用，但是重金屬也可能造成環(huán)境污染和人體健康危害。因此，企業(yè)、政府、環(huán)保部門要通力合作，在大力發(fā)展鎳污染治理工程技術(shù)的同時(shí)，要做好鎳污染源企業(yè)的生產(chǎn)監(jiān)督工作，實(shí)行污染物排放主體責(zé)任制，從源頭上遏制劣質(zhì)鎳廢水、廢氣等含鎳污染物的排放。