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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先以氟化氫形式釋放。這一發現可能會改變人類關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——包括讓數千萬兒童羞于露齒微笑的氟斑牙病和讓數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”，其致病的化學本質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村地區流行，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，但關于其病因認識卻屢經曲折。迄今科學家給出的其致病輪廓是：含氟煤經日常燃燒而釋放氟元素(F)；后者污染了室內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（中國礦業大學）梁漢東教授課題組撰寫的《貴州氟中毒病區燃煤的潛在氟化氫釋放》一文初步解答了這個基本問題，該文發表在《科學通報》2011年56卷27期上。該研究組證實中國貴州氟中毒病區農村生活用煤無論經日常燃燒還是經溫和加熱（200℃）均釋放出氟化氫（HF）。

在中國貴州及周邊諸省產煤區農村，居民習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致煤中氟鹽及含氟礦物分解而最終形成極易揮發的有毒氣體氟化氫（B.P.19.5°C）。這一創新研究看似只增加了一個元素符號，變過去籠統的“F”為如今具體的“HF”，卻在實質上很可能掀開認識燃煤型氟中毒病因及其流行現象新的一頁。

在燃煤型氟中毒流行區乃至世界產煤區（如印度西北部）的氟中毒流行區往往出現重癥患者，其口腔或肢體致殘慘不忍睹，而單純飲水型氟中毒流行區卻不然。這一研究對此現象提供了合理解釋：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.貴州氟中毒病區燃煤的潛在氟化氫釋放. 科學通報，2011, 56(27): 2311-2314

本文刊載于《科學通報》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《農業工程學報》2011年10月報道，改革開放后，我國城鎮化水平不斷提高，從1978年的19.7%提高到2009年的46.6%。然而，中國135個城市建成區擴展了4倍多，明顯快于城鎮人口的增長速度，許多城市蔓延特征表現出規模擴展系數突破“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”的失衡態勢。因此，城市蔓延已成為影響國家可持續發展的重要社會問題。該研究在總結國內外城市蔓延治理經驗基礎上，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成為我國當前較為理性和現實的選擇。

此研究成果刊登于《農業工程學報》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大學江蘇省資源環境信息工程重點實驗室和南京農業大學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基金資助項目。

城市蔓延雖然是全球較為普遍的現象，但其國內外成因和過程差別較大。國外城市蔓延理論上區分為福利性和虧損性兩種類型，前者是由于市場自發引導的結果，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避免類型。國內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、忽略農地非市場價值引起，該過程農民和集體雖然付出較大犧牲，但對城市建設和區域發展貢獻巨大；后者由于政府失靈、人為壓低農地價格引起，該過程雖然對官員政績和經濟增長貢獻巨大，但它往往是以損耗可持續發展的資源與環境基礎為代價，因此，對整個社會而言無疑付出巨大成本。就我國現實國情和發展階段而言，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化、城鎮化的基礎條件，是保障經濟社會發展和提高城鎮化水平的內在要求。合理的城市建設用地擴展有助于提高經濟社會發展水平，而城市建設用地的無序擴張，則是一種未充分考慮社會、經濟和生態綜合效益的非理性擴展。城市非農建設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性。由于我國正處于工業化、城鎮化進程的重要階段，如何科學選擇城市蔓延的理性邊界成為化解經濟增長、耕地保護與生態建設矛盾和調控治理失衡態勢的關鍵。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，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我國當前很難實現。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，不利于長期可持續發展。因此，城市理性蔓延空間控制在適度邊界范圍之內更為科學和現實。

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《農業工程學報》2011年第10期

探索新型高效的熱力系統

突破塔式太陽能熱發電的技術瓶頸

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

為了解決該問題，一方面要大力開展節能與科學用能和努力發展化石燃料，另一個方面必須加速可再生能源的開發和利用。太陽能以其分布廣泛，儲量豐富受到了廣泛關注。大力開發利用太陽能，將會改變我國能源短缺和不合理的能源結構，使能源供應多樣化，確保了我國的能源安全戰略，同時可以解決環境污染問題。因此，研究開拓太陽能熱力發電系統成為當今能源動力領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，掀開了世界上開發利用太陽能熱發電出的浪潮，后續的美國Solar One、Solar Two和西班牙的PS10等塔式太陽能熱發電試驗示范電站的試運成功，大大激發了人類大規模開發利用太陽能的熱情。采用聚光型太陽能熱發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電的關注和各國政府對太陽能熱發電的大力支持，一系列優惠的政策、稅收補償，價格調節等市場手段的應用，加快了太陽能熱發電技術的進程，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電技術存在一個重大的技術瓶頸，就是太陽能熱發電的效率較低導致投資和發電成本較高，大大制約了太陽能熱發電的商業化進程。

因此，研究新型的太陽能熱發電系統，將太陽能島和常規動力島高度集成，改善能量轉化過程，提高系統的效率，從而間接地降低太陽能熱發電成本，因此，研究新型的熱力系統是開發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電系統，該系統集成了三大技術特征：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構，分級存儲不同品位的太陽熱能；為發電單元提供多冗余的過熱蒸汽保障系統。模擬計算表明，1 MW塔式太陽能熱電站的峰值太陽能發電效率為10.6%，年平均發電效率為5.1%。

研究表明，合理的運行模式和系統的規模化是提高太陽能熱發電系統性能的關鍵所在，本研究為我國發展塔式太陽能熱發電提供新思路和新方案。太陽能塔式熱發電技術已經完成了實驗室探索階段，正在向商業化邁進。研究及實踐表明，太陽能塔式熱發電是實現大功率發電、替代常規能源最為經濟的手段之一，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電技術的基礎上，建立適合我國國情的塔式太陽能熱發電系統，研制具有自主知識產權的發電技術，為今后在中國大規模發展太陽能熱發電提供技術支持和保障。

發表在2010年第29期《中國電機工程學報》上，華北電力科學研究院有限責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電系統集成研究》對相關問題進行了積極的探索，為我國發展太陽能熱發電技術將起到推動作用，通過小型化試驗示范電站，探索太陽能塔式發電系統的特性規律，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先進技術的經驗，為我國發展大型太陽能熱發電系統奠定堅實基礎。

中國科學院工程熱物理研究所的總能系統和可再生能源實驗室金紅光研究員領導的課題組長期以來從事能源、環境、動力系統的開拓創新，對太陽能熱發電進行了深入研究，承擔了多項國家自然科學基金、國家重點基礎研究規劃（973）和國家高技術發展計劃（863）項目，大力倡導太陽能與常規能源互補發電，研究開發高效、低成本的太陽能熱力發電系統。華北電力科學研究院有限責任公司的電站鍋爐技術研究所多年來致力于常規能源火力發電機組的調試、生產、技術服務，對整個電站的熱力系統和性能優化進行了卓有成效的研究和技術開發，解決了多項技術難題，贏得了廣大電力客戶的好評；近年來對太陽能熱發電進行了跟蹤和研究，為進一步服務于太陽能熱發電技術奠定了良好的基礎。

總之，文章開拓研究新型的塔式太陽能熱發電系統，深入研究了該系統的熱力性能、設計方法和運行特性，加快了塔式太陽能熱發電技術的發展，為大力開發利用太陽能資源提供了有力的理論依據和技術方案，努力為我國太陽能熱發電技術的發展和實現節能減排做出貢獻。

本文刊載于《中國電機工程學報》2010年第29期

腰圍：不可忽略的健康之尺

腰圍不僅關乎選購一條合適的褲子，更與每個人的健康息息相關。2011年11月發表于《中華預防醫學雜志》的一份研究報告提醒國人關注腰圍，關注高血壓風險。

在這篇題名為“腰圍和BMI動態變化對高血壓發病的影響”的研究報告中，蘇州大學醫學部的洛文書教授歷經5年時間，追蹤調查了2778名研究對象的腰圍、體質指數（BMI）及血壓值的動態變化情況。

研究表明，腰圍和BMI的動態變化與血壓水平存在著非常密切的關系。

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生高血壓疾病的風險。

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

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

本文刊載于《中華預防醫學雜志》2011年11月