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氟化氫可能引起燃煤型地氟病

梁漢東教授等證實長期大氣暴露煤在日常燃燒和溫和加熱條件下煤中氟優(yōu)先以氟化氫形式釋放。這一發(fā)現(xiàn)可能會改變?nèi)祟愱P(guān)于燃煤型氟中毒病因和流行機制認識。

日常生活中人攝入適量氟元素(F)有利于牙齒及骨骼健康，但長期攝入過量氟就會引起慢性氟中毒疾病——包括讓數(shù)千萬兒童羞于露齒微笑的氟斑牙病和讓數(shù)百萬成人喪失勞動和生活能力的氟骨病。世界各地氟中毒大多因人長期飲用高氟地下水引起，被稱之為“飲水型氟中毒”，其致病的化學(xué)本質(zhì)是溶解在水中的氟離子（F-），而致病的生理途徑是人的消化系統(tǒng)對氟離子的吸收。然而，另類氟中毒卻在中國南方十三省的廣泛農(nóng)村地區(qū)流行，是因人日常生活長期燃燒了含氟煤引起，被稱之為“燃煤型氟中毒”。此類氟中毒早在1946年就有報道，但關(guān)于其病因認識卻屢經(jīng)曲折。迄今科學(xué)家給出的其致病輪廓是：含氟煤經(jīng)日常燃燒而釋放氟元素(F)；后者污染了室內(nèi)儲存食物如食用的玉米和辣椒；人日常食用這樣受污染的高氟食物而漸漸患上氟中毒。但并沒有解決氟究竟以什么化學(xué)形式自煤中釋放這個基本問題。

由煤炭資源與安全開采國家重點實驗室（中國礦業(yè)大學(xué)）梁漢東教授課題組撰寫的《貴州氟中毒病區(qū)燃煤的潛在氟化氫釋放》一文初步解答了這個基本問題，該文發(fā)表在《科學(xué)通報》2011年56卷27期上。該研究組證實中國貴州氟中毒病區(qū)農(nóng)村生活用煤無論經(jīng)日常燃燒還是經(jīng)溫和加熱（200℃）均釋放出氟化氫（HF）。

在中國貴州及周邊諸省產(chǎn)煤區(qū)農(nóng)村，居民習(xí)慣用的煤主要是價格相對低廉的、小煤礦開采的露頭煤及臨近地表的淺層煤，這些煤因長期大氣暴露而遭受不同程度的風(fēng)化，因而其中普遍存在的硫（S）部分氧化成水合硫酸（H2SO4.nH2O）。該課題組研究指出，正是這種水合硫酸導(dǎo)致煤中氟鹽及含氟礦物分解而最終形成極易揮發(fā)的有毒氣體氟化氫（B.P.19.5°C）。這一創(chuàng)新研究看似只增加了一個元素符號，變過去籠統(tǒng)的“F”為如今具體的“HF”，卻在實質(zhì)上很可能掀開認識燃煤型氟中毒病因及其流行現(xiàn)象新的一頁。

在燃煤型氟中毒流行區(qū)乃至世界產(chǎn)煤區(qū)（如印度西北部）的氟中毒流行區(qū)往往出現(xiàn)重癥患者，其口腔或肢體致殘慘不忍睹，而單純飲水型氟中毒流行區(qū)卻不然。這一研究對此現(xiàn)象提供了合理解釋：與“溫和”的（飲水中的）氟離子或氟鹽及含氟礦物不同，極具表面吸附性和滲透性的“劇烈”腐蝕性氣體氟化氫不僅能夠直接或間接地被人體通過消化系統(tǒng)吸收，而且能夠通過呼吸和體表吸收直接腐蝕牙齒和膝蓋等肢體骨骼。

這一研究成果還提示，必須顧及到長期大氣暴露煤在燃燒中會形成氟化氫與水合硫酸混合酸霧，才有可能真正建立預(yù)防燃煤型氟中毒流行的長效機制。

本項目得到中國國家留學(xué)基金資助（批準號：2007106398）。

來源文獻：

梁漢東, 梁言慈, GARDELLA Joseph A. Jr,等.貴州氟中毒病區(qū)燃煤的潛在氟化氫釋放. 科學(xué)通報，2011, 56(27): 2311-2314

本文刊載于《科學(xué)通報》2011年56卷27期

適度邊界管控是我國城市蔓延治理的理性選擇

據(jù)《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》2011年10月報道，改革開放后，我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，從1978年的19.7%提高到2009年的46.6%。然而，中國135個城市建成區(qū)擴展了4倍多，明顯快于城鎮(zhèn)人口的增長速度，許多城市蔓延特征表現(xiàn)出規(guī)模擴展系數(shù)突破“合理界線”、資源存量加速逼近“生存紅線”和地方政府違法逾越“和諧底線”的失衡態(tài)勢。因此，城市蔓延已成為影響國家可持續(xù)發(fā)展的重要社會問題。該研究在總結(jié)國內(nèi)外城市蔓延治理經(jīng)驗基礎(chǔ)上，將我國城市空間擴展劃分為理想、適度和極限三個邊界，并指出城市蔓延控制在適度邊界內(nèi)成為我國當前較為理性和現(xiàn)實的選擇。

此研究成果刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》2011年第10期，題為“基于國際比較與策略選擇的中國城市蔓延治理”，第一作者為中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中國土地問題研究中心李效順博士。該研究為國家自然科學(xué)基金資助項目。

城市蔓延雖然是全球較為普遍的現(xiàn)象，但其國內(nèi)外成因和過程差別較大。國外城市蔓延理論上區(qū)分為福利性和虧損性兩種類型，前者是由于市場自發(fā)引導(dǎo)的結(jié)果，能夠帶來社會福利的增加；后者由市場失靈和政策失誤引起，該過程降低了整個社會的福利水平，因此是城市治理所應(yīng)避免類型。國內(nèi)城市蔓延劃分為犧牲性和損耗性兩種類型，前者是由于價格失靈、忽略農(nóng)地非市場價值引起，該過程農(nóng)民和集體雖然付出較大犧牲，但對城市建設(shè)和區(qū)域發(fā)展貢獻巨大；后者由于政府失靈、人為壓低農(nóng)地價格引起，該過程雖然對官員政績和經(jīng)濟增長貢獻巨大，但它往往是以損耗可持續(xù)發(fā)展的資源與環(huán)境基礎(chǔ)為代價，因此，對整個社會而言無疑付出巨大成本。就我國現(xiàn)實國情和發(fā)展階段而言，損耗性蔓延是當前我國城市治理首先要重點避免的類型。

在深化我國城市蔓延類型的基礎(chǔ)上，探索性的提出符合我國基本國情的理想、適度和極限三個邊界，為城市蔓延治理策略選擇提供空間參考和借鑒。從資源投入與配置的視角分析，城市適度蔓延是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的基礎(chǔ)條件，是保障經(jīng)濟社會發(fā)展和提高城鎮(zhèn)化水平的內(nèi)在要求。合理的城市建設(shè)用地擴展有助于提高經(jīng)濟社會發(fā)展水平，而城市建設(shè)用地的無序擴張，則是一種未充分考慮社會、經(jīng)濟和生態(tài)綜合效益的非理性擴展。城市非農(nóng)建設(shè)用地的無序擴張所造成的影響將是深遠的，大部分都是具有不可逆轉(zhuǎn)性。由于我國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程的重要階段，如何科學(xué)選擇城市蔓延的理性邊界成為化解經(jīng)濟增長、耕地保護與生態(tài)建設(shè)矛盾和調(diào)控治理失衡態(tài)勢的關(guān)鍵。理論上的分析判斷表明，我國城市擴展邊界吻合在理想邊界上最為合理和科學(xué)，在此邊界上土地資源整體配置效率最高，社會總福利最大；然而，土地制度創(chuàng)新的艱巨性和市場完善的長期性決定，這種最為合理的空間均衡狀態(tài)我國當前很難實現(xiàn)。而城市擴展范圍吻合在極限邊界上將會過度地消耗大量土地資源，明顯違背節(jié)約集約用地的基本理念，18億畝耕地紅線被突破的可能性很大，不利于長期可持續(xù)發(fā)展。因此，城市理性蔓延空間控制在適度邊界范圍之內(nèi)更為科學(xué)和現(xiàn)實。

當然，正向該成果最后指出的：研究者雖然就我國城市蔓延治理問題進行著長時間探索，并在理論上有所突破，但不同性質(zhì)城市蔓延類型的實證檢驗和三個邊界的定量表達，有待進一步深入研究探索。

本文刊載于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》2011年第10期

探索新型高效的熱力系統(tǒng)

突破塔式太陽能熱發(fā)電的技術(shù)瓶頸

化石能源枯竭和環(huán)境日益惡化已經(jīng)成為制約全球經(jīng)濟和社會發(fā)展的長期、重大瓶頸，未來將影響到人類的生存狀態(tài)。

為了解決該問題，一方面要大力開展節(jié)能與科學(xué)用能和努力發(fā)展化石燃料，另一個方面必須加速可再生能源的開發(fā)和利用。太陽能以其分布廣泛，儲量豐富受到了廣泛關(guān)注。大力開發(fā)利用太陽能，將會改變我國能源短缺和不合理的能源結(jié)構(gòu)，使能源供應(yīng)多樣化，確保了我國的能源安全戰(zhàn)略，同時可以解決環(huán)境污染問題。因此，研究開拓太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)成為當今能源動力領(lǐng)域研究的熱點與前沿課題。

隨著美國南加州SEGS系列電廠的成功投運，掀開了世界上開發(fā)利用太陽能熱發(fā)電出的浪潮，后續(xù)的美國Solar One、Solar Two和西班牙的PS10等塔式太陽能熱發(fā)電試驗示范電站的試運成功，大大激發(fā)了人類大規(guī)模開發(fā)利用太陽能的熱情。采用聚光型太陽能熱發(fā)電的方式主要有拋物槽式、碟式和塔式三種方式，隨著IEA-SolarPACES、歐盟第六、七框架計劃等對太陽能熱發(fā)電的關(guān)注和各國政府對太陽能熱發(fā)電的大力支持，一系列優(yōu)惠的政策、稅收補償，價格調(diào)節(jié)等市場手段的應(yīng)用，加快了太陽能熱發(fā)電技術(shù)的進程，尤其是美國、西班牙、以色列、瑞士、韓國和中國等對太陽能熱發(fā)電研究進行了大量的科技投入，取得了相當喜人的成果。但是，當前利用太陽能熱發(fā)電技術(shù)存在一個重大的技術(shù)瓶頸，就是太陽能熱發(fā)電的效率較低導(dǎo)致投資和發(fā)電成本較高，大大制約了太陽能熱發(fā)電的商業(yè)化進程。

因此，研究新型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，將太陽能島和常規(guī)動力島高度集成，改善能量轉(zhuǎn)化過程，提高系統(tǒng)的效率，從而間接地降低太陽能熱發(fā)電成本，因此，研究新型的熱力系統(tǒng)是開發(fā)利用太陽能過程中的一個重大課題。

基于能的綜合梯級利用思路和熱力集成理論，提出一個新型的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了三大技術(shù)特征：具有雙運行模式的吸熱器，運行中靈活切換；具有高、低溫雙級蓄熱流程結(jié)構(gòu)，分級存儲不同品位的太陽熱能；為發(fā)電單元提供多冗余的過熱蒸汽保障系統(tǒng)。模擬計算表明，1 MW塔式太陽能熱電站的峰值太陽能發(fā)電效率為10.6%，年平均發(fā)電效率為5.1%。

研究表明，合理的運行模式和系統(tǒng)的規(guī)?；翘岣咛柲軣岚l(fā)電系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在，本研究為我國發(fā)展塔式太陽能熱發(fā)電提供新思路和新方案。太陽能塔式熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)完成了實驗室探索階段，正在向商業(yè)化邁進。研究及實踐表明，太陽能塔式熱發(fā)電是實現(xiàn)大功率發(fā)電、替代常規(guī)能源最為經(jīng)濟的手段之一，有可能給緊張的能源問題帶來革命性的解決方案。

在借鑒國外先進的塔式發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立適合我國國情的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)電技術(shù)，為今后在中國大規(guī)模發(fā)展太陽能熱發(fā)電提供技術(shù)支持和保障。

發(fā)表在2010年第29期《中國電機工程學(xué)報》上，華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司袁建麗工程師、中科院工程熱物理研究所韓巍博士等人的論文《新型塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集成研究》對相關(guān)問題進行了積極的探索，為我國發(fā)展太陽能熱發(fā)電技術(shù)將起到推動作用，通過小型化試驗示范電站，探索太陽能塔式發(fā)電系統(tǒng)的特性規(guī)律，可以有效地填補我國在這方面的空白，同時有助于積累相關(guān)先進技術(shù)的經(jīng)驗，為我國發(fā)展大型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)奠定堅實基礎(chǔ)。

中國科學(xué)院工程熱物理研究所的總能系統(tǒng)和可再生能源實驗室金紅光研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組長期以來從事能源、環(huán)境、動力系統(tǒng)的開拓創(chuàng)新，對太陽能熱發(fā)電進行了深入研究，承擔(dān)了多項國家自然科學(xué)基金、國家重點基礎(chǔ)研究規(guī)劃（973）和國家高技術(shù)發(fā)展計劃（863）項目，大力倡導(dǎo)太陽能與常規(guī)能源互補發(fā)電，研究開發(fā)高效、低成本的太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)。華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司的電站鍋爐技術(shù)研究所多年來致力于常規(guī)能源火力發(fā)電機組的調(diào)試、生產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)，對整個電站的熱力系統(tǒng)和性能優(yōu)化進行了卓有成效的研究和技術(shù)開發(fā)，解決了多項技術(shù)難題，贏得了廣大電力客戶的好評；近年來對太陽能熱發(fā)電進行了跟蹤和研究，為進一步服務(wù)于太陽能熱發(fā)電技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。

總之，文章開拓研究新型的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，深入研究了該系統(tǒng)的熱力性能、設(shè)計方法和運行特性，加快了塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，為大力開發(fā)利用太陽能資源提供了有力的理論依據(jù)和技術(shù)方案，努力為我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和實現(xiàn)節(jié)能減排做出貢獻。

本文刊載于《中國電機工程學(xué)報》2010年第29期

腰圍：不可忽略的健康之尺

腰圍不僅關(guān)乎選購一條合適的褲子，更與每個人的健康息息相關(guān)。2011年11月發(fā)表于《中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志》的一份研究報告提醒國人關(guān)注腰圍，關(guān)注高血壓風(fēng)險。

在這篇題名為“腰圍和BMI動態(tài)變化對高血壓發(fā)病的影響”的研究報告中，蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部的洛文書教授歷經(jīng)5年時間，追蹤調(diào)查了2778名研究對象的腰圍、體質(zhì)指數(shù)（BMI）及血壓值的動態(tài)變化情況。

研究表明，腰圍和BMI的動態(tài)變化與血壓水平存在著非常密切的關(guān)系。

與BMI相比，腰圍能更準確地反映腹部脂肪含量，從而更好地反映個體發(fā)生高血壓疾病的風(fēng)險。

腰圍未得到控制時，即使BMI得到控制，高血壓發(fā)病風(fēng)險仍會明顯增加——對于男性，風(fēng)險增加313%，而對于女性，風(fēng)險增加50%。

該研究提示，在改善生活方式、控制肥胖、預(yù)防高血壓的過程中，不僅要關(guān)注肥胖人群，也要關(guān)注體重正常但腰圍大的人群；不僅要降低體重，更關(guān)鍵的是要縮小腰圍，這樣才能真正地降低高血壓發(fā)病風(fēng)險，維護身體健康。

本文刊載于《中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志》2011年11月