文推荐2016年第4期

氟化氢可能引起燃煤型地氟病

梁汉东教授等证实长期大气暴露煤在日常燃烧和温和加热条件下煤中氟优先以氟化氢形式释放.这一发现可能会改变人类关于燃煤型氟中毒病因和流行机制认识.

日常生活中人摄入适量氟元素(F)有利于牙齿及骨骼健康,但长期摄入过量氟就会引起慢性氟中毒疾病――包括让数千万儿童羞于露齿微笑的氟斑牙病和让数百万成人丧失劳动和生活能力的氟骨病.世界各地氟中毒大多因人长期饮用高氟地下水引起,被称之为“饮水型氟中毒”,其致病的化学本质是溶解在水中的氟离子（F-）,而致病的生理途径是人的消化系统对氟离子的吸收.然而,另类氟中毒却在中国南方十三省的广泛农村地区流行,是因人日常生活长期燃烧了含氟煤引起,被称之为“燃煤型氟中毒”.此类氟中毒早在1946年就有报道,但关于其病因认识却屡经曲折.迄今科学家给出的其致病轮廓是：含氟煤经日常燃烧而释放氟元素(F)；后者污染了室内储存食物如食用的玉米和辣椒；人日常食用这样受污染的高氟食物而渐渐患上氟中毒.但并没有解决氟究竟以什么化学形式自煤中释放这个基本问题.

由煤炭资源与安全开采国家重点实验室（中国矿业大学）梁汉东教授课题组撰写的《贵州氟中毒病区燃煤的潜在氟化氢释放》一文初步解答了这个基本问题,该文发表在《科学通报》2011年56卷27期上.该研究组证实中国贵州氟中毒病区农村生活用煤无论经日常燃烧还是经温和加热（200℃）均释放出氟化氢（HF）.

在中国贵州及周边诸省产煤区农村,居民习惯用的煤主要是相对低廉的、小煤矿开采的露头煤及临近地表的浅层煤,这些煤因长期大气暴露而遭受不同程度的风化,因而其中普遍存在的硫（S）部分氧化成水合硫酸（H2SO4.nH2O）.该课题组研究指出,正是这种水合硫酸导致煤中氟盐及含氟矿物分解而最终形成极易挥发的有毒气体氟化氢（B.P.19.5°C）.这一创新研究看似只增加了一个元素符号,变过去笼统的“F”为如今具体的“HF”,却在实质上很可能掀开认识燃煤型氟中毒病因及其流行现象新的一页.

在燃煤型氟中毒流行区乃至世界产煤区（如印度西北部）的氟中毒流行区往往出现重症患者,其口腔或肢体致残惨不忍睹,而单纯饮水型氟中毒流行区却不然.这一研究对此现象提供了合理解释：与“温和”的（饮水中的）氟离子或氟盐及含氟矿物不同,极具表面吸附性和渗透性的“剧烈”腐蚀性气体氟化氢不仅能够直接或间接地被人体通过消化系统吸收,而且能够通过呼吸和体表吸收直接腐蚀牙齿和膝盖等肢体骨骼.

这一研究成果还提示,必须顾及到长期大气暴露煤在燃烧中会形成氟化氢与水合硫酸混合酸雾,才有可能真正建立预防燃煤型氟中毒流行的长效机制.

本项目得到中国国家留学基金资助（批准号：2007106398）.

来源文献：

梁汉东,梁言慈,GARDELLAJosephA.Jr,等.贵州氟中毒病区燃煤的潜在氟化氢释放.科学通报,2011,56(27):2311-2314

本文刊载于《科学通报》2011年56卷27期

适度边界管控是我国城市蔓延治理的理性选择

据《农业工程学报》2011年10月报道,改革开放后,我国城镇化水平不断提高,从1978年的19.7%提高到2009年的46.6%.然而,中国135个城市建成区扩展了4倍多,明显快于城镇人口的增长速度,许多城市蔓延特征表现出规模扩展系数突破“合理界线”、资源存量加速逼近“生存红线”和地方政府违法逾越“和谐底线”的失衡态势.因此,城市蔓延已成为影响国家可持续发展的重要社会问题.该研究在总结国内外城市蔓延治理经验基础上,将我国城市空间扩展划分为理想、适度和极限三个边界,并指出城市蔓延控制在适度边界内成为我国当前较为理性和现实的选择.

此研究成果刊登于《农业工程学报》2011年第10期,题为“基于国际比较与策略选择的中国城市蔓延治理”,第一作者为中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室和南京农业大学中国土地问题研究中心李效顺博士.该研究为国家自然科学基金资助项目.

城市蔓延虽然是全球较为普遍的现象,但其国内外成因和过程差别较大.国外城市蔓延理论上区分为福利性和亏损性两种类型,前者是由于市场自发引导的结果,能够带来社会福利的增加；后者由市场失灵和政策失误引起,该过程降低了整个社会的福利水平,因此是城市治理所应避免类型.国内城市蔓延划分为牺牲性和损耗性两种类型,前者是由于失灵、忽略农地非市场价值引起,该过程农民和集体虽然付出较大牺牲,但对城市建设和区域发展贡献巨大；后者由于政府失灵、人为压低农地引起,该过程虽然对官员政绩和经济增长贡献巨大,但它往往是以损耗可持续发展的资源与环境基础为代价,因此,对整个社会而言无疑付出巨大成本.就我国现实国情和发展阶段而言,损耗性蔓延是当前我国城市治理首先要重点避免的类型.

在深化我国城市蔓延类型的基础上,探索性的提出符合我国基本国情的理想、适度和极限三个边界,为城市蔓延治理策略选择提供空间参考和借鉴.从资源投入与配置的视角分析,城市适度蔓延是工业化、城镇化的基础条件,是保障经济社会发展和提高城镇化水平的内在要求.合理的城市建设用地扩展有助于提高经济社会发展水平,而城市建设用地的无序扩张,则是一种未充分考虑社会、经济和生态综合效益的非理性扩展.城市非农建设用地的无序扩张所造成的影响将是深远的,大部分都是具有不可逆转性.由于我国正处于工业化、城镇化进程的重要阶段,如何科学选择城市蔓延的理性边界成为化解经济增长、耕地保护与生态建设矛盾和调控治理失衡态势的关键.理论上的分析判断表明,我国城市扩展边界吻合在理想边界上最为合理和科学,在此边界上土地资源整体配置效率最高,社会总福利最大；然而,土地制度创新的艰巨性和市场完善的长期性决定,这种最为合理的空间均衡状态我国当前很难实现.而城市扩展范围吻合在极限边界上将会过度地消耗大量土地资源,明显违背节约集约用地的基本理念,18亿亩耕地红线被突破的可能性很大,不利于长期可持续发展.因此,城市理性蔓延空间控制在适度边界范围之内更为科学和现实.

当然,正向该成果最后指出的：研究者虽然就我国城市蔓延治理问题进行着长时间探索,并在理论上有所突破,但不同性质城市蔓延类型的实证检验和三个边界的定量表达,有待进一步深入研究探索.

本文刊载于《农业工程学报》2011年第10期

探索新型高效的热力系统

突破塔式太阳能热发电的技术瓶颈

化石能源枯竭和环境日益恶化已经成为制约全球经济和社会发展的长期、重大瓶颈,未来将影响到人类的生存状态.

为了解决该问题,一方面要大力开展节能与科学用能和努力发展化石燃料,另一个方面必须加速可再生能源的开发和利用.太阳能以其分布广泛,储量丰富受到了广泛关注.大力开发利用太阳能,将会改变我国能源短缺和不合理的能源结构,使能源供应多样化,确保了我国的能源安全战略,同时可以解决环境污染问题.因此,研究开拓太阳能热力发电系统成为当今能源动力领域研究的热点与前沿课题.

随着美国南加州SEGS系列电厂的成功投运,掀开了世界上开发利用太阳能热发电出的浪潮,后续的美国SolarOne、SolarTwo和西班牙的PS10等塔式太阳能热发电试验示范电站的试运成功,大大激发了人类大规模开发利用太阳能的热情.采用聚光型太阳能热发电的方式主要有抛物槽式、碟式和塔式三种方式,随着IEA-SolarPACES、欧盟第六、七框架计划等对太阳能热发电的关注和各国政府对太阳能热发电的大力支持,一系列优惠的政策、税收补偿,调节等市场手段的应用,加快了太阳能热发电技术的进程,尤其是美国、西班牙、以色列、瑞士、韩国和中国等对太阳能热发电研究进行了大量的科技投入,取得了相当喜人的成果.但是,当前利用太阳能热发电技术存在一个重大的技术瓶颈,就是太阳能热发电的效率较低导致投资和发电成本较高,大大制约了太阳能热发电的商业化进程.

因此,研究新型的太阳能热发电系统,将太阳能岛和常规动力岛高度集成,改善能量转化过程,提高系统的效率,从而间接地降低太阳能热发电成本,因此,研究新型的热力系统是开发利用太阳能过程中的一个重大课题.

基于能的综合梯级利用思路和热力集成理论,提出一个新型的塔式太阳能热发电系统,该系统集成了三大技术特征：具有双运行模式的吸热器,运行中灵活切换；具有高、低温双级蓄热流程结构,分级存储不同品位的太阳热能；为发电单元提供多冗余的过热蒸汽保障系统.模拟计算表明,1MW塔式太阳能热电站的峰值太阳能发电效率为10.6%,年平均发电效率为5.1%.

研究表明,合理的运行模式和系统的规模化是提高太阳能热发电系统性能的关键所在,本研究为我国发展塔式太阳能热发电提供新思路和新方案.太阳能塔式热发电技术已经完成了实验室探索阶段,正在向商业化迈进.研究及实践表明,太阳能塔式热发电是实现大功率发电、替代常规能源最为经济的手段之一,有可能给紧张的能源问题带来革命性的解决方案.

在借鉴国外先进的塔式发电技术的基础上,建立适合我国国情的塔式太阳能热发电系统,研制具有自主知识产权的发电技术,为今后在中国大规模发展太阳能热发电提供技术支持和保障.

发表在2010年第29期《中国电机工程学报》上,华北电力科学研究院有限责任公司袁建丽工程师、中科院工程热物理研究所韩巍博士等人的论文《新型塔式太阳能热发电系统集成研究》对相关问题进行了积极的探索,为我国发展太阳能热发电技术将起到推动作用,通过小型化试验示范电站,探索太阳能塔式发电系统的特性规律,可以有效地填补我国在这方面的空白,同时有助于积累相关先进技术的经验,为我国发展大型太阳能热发电系统奠定坚实基础.

中国科学院工程热物理研究所的总能系统和可再生能源实验室金红光研究员领导的课题组长期以来从事能源、环境、动力系统的开拓创新,对太阳能热发电进行了深入研究,承担了多项国家自然科学基金、国家重点基础研究规划（973）和国家高技术发展计划（863）项目,大力倡导太阳能与常规能源互补发电,研究开发高效、低成本的太阳能热力发电系统.华北电力科学研究院有限责任公司的电站锅炉技术研究所多年来致力于常规能源火力发电机组的调试、生产、技术怎么写作,对整个电站的热力系统和性能优化进行了卓有成效的研究和技术开发,解决了多项技术难题,赢得了广大电力客户的好评；近年来对太阳能热发电进行了跟踪和研究,为进一步怎么写作于太阳能热发电技术奠定了良好的基础.

总之,文章开拓研究新型的塔式太阳能热发电系统,深入研究了该系统的热力性能、设计方法和运行特性,加快了塔式太阳能热发电技术的发展,为大力开发利用太阳能资源提供了有力的理论依据和技术方案,努力为我国太阳能热发电技术的发展和实现节能减排做出贡献.

本文刊载于《中国电机工程学报》2010年第29期

腰围：不可忽略的健康之尺

腰围不仅关乎选购一条合适的裤子,更与每个人的健康息息相关.2011年11月发表于《中华预防医学杂志》的一份研究报告提醒国人关注腰围,关注高血压风险.

在这篇题名为“腰围和BMI动态变化对高血压发病的影响”的研究报告中,苏州大学医学部的洛文书教授历经5年时间,追踪调查了2778名研究对象的腰围、体质指数（BMI）及血压值的动态变化情况.

研究表明,腰围和BMI的动态变化与血压水平存在着非常密切的关系.

与BMI相比,腰围能更准确地反映腹部脂肪含量,从而更好地反映个体发生高血压疾病的风险.

腰围未得到控制时,即使BMI得到控制,高血压发病风险仍会明显增加――对于男性,风险增加313%,而对于女性,风险增加50%.

该研究提示,在改善生活方式、控制肥胖、预防高血压的过程中,不仅要关注肥胖人群,也要关注体重正常但腰围大的人群；不仅要降低体重,更关键的是要缩小腰围,这样才能真正地降低高血压发病风险,维护身体健康.

本文刊载于《中华预防医学杂志》2011年11月