城市能源結構與大氣污染類型的變化研究

鐘 玲，盧振蘭

(吉林農業大學資源與環境學院，吉林 長春 130118)

1 引言

能源是一種關乎人類生存、社會進步、經濟發展、文明建設不可缺少的重要資源，能源的發展走過了木柴、煤炭、油氣、核能、太陽能、生物質能等各個時期，工業社會的每一次技術進步都離不開新型能源的研究與發展，目前世界各國的能源供應主要以化石燃料為主，化石燃料燃燒在帶來動力的同時，也帶來了環境污染問題［1，2］。

本文通過對能源結構變化與特征大氣污染物的研究，表明我國城市大氣污染類型已從單一型污染轉變為混合型污染，意在提高公眾對大氣污染物的認識，為優化能源結構、保護大氣環境提供依據。

2 城市能源結構變化

2.1 能源的發展

能源的發展經歷了一段漫長的歷史時期，最早使用的能源是木柴，但伴隨著世界范圍內森林面積銳減，木材的過度消耗，煤作為一種可燃的燃料代替了木柴，這一轉變時期經歷了150余年。從18世紀后期至19世紀中期，英國暴發了第一次工業革命，煤作為蒸汽機的燃料，從此替代了木柴成為當時社會的主要能源燃料。但是內燃機的研發，使石油替代了煤，成為了新興的燃料。直至20世紀40年代，木柴、煤、石油已成為世界的主要能源。然而隨著當今社會經濟的快速發展，至20世紀后期，天然氣、核能、水能、生物質能等新型能源也逐步加入到能源行列中。如今，能源的種類繁多，其結構也發生了改變，公眾逐漸把關注的焦點轉化到資源、環境與經濟之間的關系，因此如何快速平穩的發展經濟，節約能源，保護環境已成為現今社會優化能源結構的關鍵性因素。

2.2 世界各國能源結構

目前，世界各國的能源主要以固體、液體、氣體能源為主，從2007年聯合國《能源統計年鑒》的能源平衡表中數據可知，中國、美國、俄羅斯是能源生產與消費的大國，三者的能源生產與消費量之和超過了世界能源生產與消費總量的40%。而俄羅斯、中國、美國的國土面積均排在世界前列，說明國土面積越大，蘊含豐富天然能源的概率也越大。并且從能源平衡表可知，多數國家的能源生產比重低于能源消費比重，進口能源仍然是世界各國能源消費的重要形式。

2.3 我國城市能源結構

我國是能源大國，但人口基數大，導致人均能源消費量相對較低，并且能源結構單一，主要依賴煤能源，能源地域發展也不均衡［3］。

通過對2010年《中國統計年鑒》中能源生產總量與消費總量構成數據的分析，可知中國近10年的能源生產與消費比重情況，從2000～2009年，煤是我國能源生產與消費總量最高的能源，生產與消費比重總體上升，年生產比重均高于消費比重;原油是我國生產與消費量占第2位的能源，它的生產與消費比重總體遞減，年生產比重均低于消費比重;天然氣在我國能源生產與消費量中最低，它的生產與消費比重總體呈上升趨勢，年生產比重均高于消費比重;水、核、風能在我國能源生產與消費量中列第3位，它的生產與消費比重總體呈上升趨勢，年生產比重均高于消費比重。

3 大氣特征污染物

3.1 二氧化硫

硫氧化物主要分為 SO2與 SO3，其中主要是指SO2。SO2是一種無色，有刺激性氣味的氣體，主要有自然和人為兩種來源，最重要的自然來源是火山噴發，還有森林火災、生物腐爛、有機生物體的代謝過程，SO2的人為來源主要來自化石燃料的燃燒過程，以及冶煉、硫化物礦石的燃燒等過程，涉及行業主要有火力發電廠、有色金屬冶煉廠、煉油廠、硫酸廠、工業爐窯等;眾所周知，SO2在大氣環境中容易被氧化形成SO3，再與水分子結合生成硫酸分子，最后成為硫酸氣溶膠，SO2被稱為嚴重的大氣污染物，原因就在于其導致硫酸煙霧與酸雨的形成［4～6］。

SO2對眼睛、呼吸系統及某些情況下對皮膚有刺激作用，會加重呼吸道問題，長期工作于高SO2環境的人會產生哮喘、慢性支氣管炎、肺氣腫等疾病，造成這一影響的主要原因是SO2與水混合會形成硫酸這種對生物有強烈刺激的物質［7］。

3.2 氮氧化物

氮氧化物的種類很多，可分為多種氧化物形式，分別為 NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等，其中主要的大氣污染物是指NO和NO2。NO是一種無色氣體，毒性不大，但在大氣環境中易被氧化成NO2，NO2是一種紅棕色、有刺激性臭味，毒性大，并且在一定條件下，NO2會與大氣中的其它氣體相互作用，形成光化學煙霧，對人體與環境造成巨大危害;氮氧化物的主要來源是化石燃料的燃燒，主要為汽車尾氣的排放，此外還有工業爐窯、家用火爐的燃燒等［4～6］。

氮氧化物會與空氣中的水分、氨以及其它化合物反應，生成含硝酸的細微顆粒物，這些物質會對肺組織產生強烈的刺激和腐蝕作用，引起肺水腫;此外，亞硝酸鹽進入血液后還可引起血管擴張、血壓下降，并與血紅蛋白作用生成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧和中樞神經麻痹;在天氣炎熱和陽光充足的條件下，氮氧化物與揮發性有機物發生反應，在近地面形成光化學煙霧［7］。

3.3 碳氧化物

碳氧化物主要指CO和CO2，CO是大氣污染物，而CO2是大氣環境的正常組成部分，但它對環境卻造成了極大的影響。CO是一種無色無味，沒有刺激性，有毒性且不溶于水的氣體，人體吸入CO后，CO會與血液中的血紅蛋白結合，血液中的血紅蛋白作用是向人體器官和組織輸送氧氣，而CO與氧氣的親合力是人體血紅蛋白的210倍，所以一旦人體吸入CO后，一氧化碳會快速與血紅蛋白結合，生成碳氧血紅蛋白，降低了血液輸送氧氣的功能，從而使人體的器官和組織供氧量不足，導致心臟疾病和各呼吸系統疾病，嚴重時還會危及生命;CO2是一種無色無味無毒的氣體，當其在大氣環境中的濃度過高時，氧氣比例下降，同樣會造成缺氧癥狀［4～7］。

CO與CO2的產生主要由于化石燃料的燃燒和汽車的尾氣排放，且CO在空氣中極易被氧化成CO2，CO2能與大氣中的其它吸熱性氣體共同作用，阻止地球表面熱量的擴散，產生“溫室效應”，造成全球變暖、海平面上升、物種變化、土地沙漠化等一系列危害。

3.4 顆粒物

根據我國最新修訂的環境空氣質量標準(GB3095－2012)中的術語和定義的解釋，總懸浮顆粒物(TSP)是指環境空氣動力學當量直徑小于等于100μm的顆粒物;可吸入顆粒物(PM10)是指環境空氣動力學當量直徑小于等于10μm的顆粒物;細顆粒物(PM2.5)是指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5 μm 的顆粒物［8］。

PM10對人體的主要影響是對呼吸系統的危害，它會導致肺部纖維化，引發各種呼吸系統疾病，人體長時間吸入PM10，會提高癌變的發生率;而PM2.5由于顆粒物粒徑小，很容易通過呼吸系統進入肺部，改變肺部結構與功能，危害人體呼吸系統與心血管系統，長時期在產生細顆粒物的環境中工作、學習與生活，同樣會增加人體器官癌變的發生［9～10］。

4 大氣特征污染物的變化趨勢

目前，影響我國各區域的大氣污染物主要以SO2、NO2、PM10為主，隨著經濟快速發展，NO2、PM10的排放量所占比重逐漸加大，而根據環境保護部的公告《2011年上半年環境保護重點城市環境空氣質量狀況》顯示，與2010年上半年相比，2011年上半年，全國113個環境保護重點城市空氣中NO2平均濃度上升5.7%。目前氮氧化物已成為新增的大氣污染物總量控制約束性指標，二氧化氮濃度不降反升意味著，隨著我國經濟快速發展，城市大氣污染已經由過去的煤煙型污染轉變成煤煙和機動車尾氣復合型污染，其中機動車尾氣污染已經成為城市空氣主要污染源之一。

5 結語

“十一五”期間我國氣體污染物總量控制指標二氧化硫的排放量已得到明顯的控制，“十二五”期間，我國的污染物總量控制指標將新增氨氮和氮氧化物兩項指標。針對大氣環境質量中二氧化硫的總量控制，“十二五”伊始，我國新修訂的《環境空氣質量標準》(GB3095－2012)進一步完善了大氣環境中二氧化硫的濃度限值和相關監測方法，以促進電力行業脫硫設施的穩定運行、非電力行業的脫硫設施建設與結構調整等相關工作的開展。對于氮氧化物的總量控制，新的《環境空氣質量標準》(GB3095－2012)將加強對氮氧化物的排放控制，確保氮氧化物污染防治工作的順利開展。

［1］左玉輝，孫 平，柏益堯.能源—環境調控［M］.北京:科學出版社，2008.

［2］凡奇J R.能源21世紀的展望［M］.上海:上海交通大學出版社，2008.

［3］徐 東，劉清志，王 臻.低碳視角下我國能源結構優化研究［J］.生態經濟，2011(9):85 ～87，129.

［4］郭 靜，阮宜綸，馬德剛.大氣污染控制工程［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［5］郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［6］劉培桐，薛紀渝，王華東.環境學概論［M］.北京:高等教育出版社，1995.

［7］任存勇.鍋爐燃煤產生的主要污染物及危害分析［J］.地方病通報，2006(6):71～72

［8］國家質量監督檢驗檢疫總局.GB3095－2012，環境空氣質量標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2012.

［9］劉澤常，王志強，李 敏，等.大氣可吸入顆粒物研究進展［J］.山東大學學報:自然科學版，2004(4):97～100.

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