城市能源结构与大气污染类型的变化研究

钟 玲，卢振兰

(吉林农业大学资源与环境学院，吉林 长春 130118)

1 引言

能源是一种关乎人类生存、社会进步、经济发展、文明建设不可缺少的重要资源，能源的发展走过了木柴、煤炭、油气、核能、太阳能、生物质能等各个时期，工业社会的每一次技术进步都离不开新型能源的研究与发展，目前世界各国的能源供应主要以化石燃料为主，化石燃料燃烧在带来动力的同时，也带来了环境污染问题［1，2］。

本文通过对能源结构变化与特征大气污染物的研究，表明我国城市大气污染类型已从单一型污染转变为混合型污染，意在提高公众对大气污染物的认识，为优化能源结构、保护大气环境提供依据。

2 城市能源结构变化

2.1 能源的发展

能源的发展经历了一段漫长的历史时期，最早使用的能源是木柴，但伴随着世界范围内森林面积锐减，木材的过度消耗，煤作为一种可燃的燃料代替了木柴，这一转变时期经历了150余年。从18世纪后期至19世纪中期，英国暴发了第一次工业革命，煤作为蒸汽机的燃料，从此替代了木柴成为当时社会的主要能源燃料。但是内燃机的研发，使石油替代了煤，成为了新兴的燃料。直至20世纪40年代，木柴、煤、石油已成为世界的主要能源。然而随着当今社会经济的快速发展，至20世纪后期，天然气、核能、水能、生物质能等新型能源也逐步加入到能源行列中。如今，能源的种类繁多，其结构也发生了改变，公众逐渐把关注的焦点转化到资源、环境与经济之间的关系，因此如何快速平稳的发展经济，节约能源，保护环境已成为现今社会优化能源结构的关键性因素。

2.2 世界各国能源结构

目前，世界各国的能源主要以固体、液体、气体能源为主，从2007年联合国《能源统计年鉴》的能源平衡表中数据可知，中国、美国、俄罗斯是能源生产与消费的大国，三者的能源生产与消费量之和超过了世界能源生产与消费总量的40%。而俄罗斯、中国、美国的国土面积均排在世界前列，说明国土面积越大，蕴含丰富天然能源的概率也越大。并且从能源平衡表可知，多数国家的能源生产比重低于能源消费比重，进口能源仍然是世界各国能源消费的重要形式。

2.3 我国城市能源结构

我国是能源大国，但人口基数大，导致人均能源消费量相对较低，并且能源结构单一，主要依赖煤能源，能源地域发展也不均衡［3］。

通过对2010年《中国统计年鉴》中能源生产总量与消费总量构成数据的分析，可知中国近10年的能源生产与消费比重情况，从2000～2009年，煤是我国能源生产与消费总量最高的能源，生产与消费比重总体上升，年生产比重均高于消费比重;原油是我国生产与消费量占第2位的能源，它的生产与消费比重总体递减，年生产比重均低于消费比重;天然气在我国能源生产与消费量中最低，它的生产与消费比重总体呈上升趋势，年生产比重均高于消费比重;水、核、风能在我国能源生产与消费量中列第3位，它的生产与消费比重总体呈上升趋势，年生产比重均高于消费比重。

3 大气特征污染物

3.1 二氧化硫

硫氧化物主要分为 SO2与 SO3，其中主要是指SO2。SO2是一种无色，有刺激性气味的气体，主要有自然和人为两种来源，最重要的自然来源是火山喷发，还有森林火灾、生物腐烂、有机生物体的代谢过程，SO2的人为来源主要来自化石燃料的燃烧过程，以及冶炼、硫化物矿石的燃烧等过程，涉及行业主要有火力发电厂、有色金属冶炼厂、炼油厂、硫酸厂、工业炉窑等;众所周知，SO2在大气环境中容易被氧化形成SO3，再与水分子结合生成硫酸分子，最后成为硫酸气溶胶，SO2被称为严重的大气污染物，原因就在于其导致硫酸烟雾与酸雨的形成［4～6］。

SO2对眼睛、呼吸系统及某些情况下对皮肤有刺激作用，会加重呼吸道问题，长期工作于高SO2环境的人会产生哮喘、慢性支气管炎、肺气肿等疾病，造成这一影响的主要原因是SO2与水混合会形成硫酸这种对生物有强烈刺激的物质［7］。

3.2 氮氧化物

氮氧化物的种类很多，可分为多种氧化物形式，分别为 NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等，其中主要的大气污染物是指NO和NO2。NO是一种无色气体，毒性不大，但在大气环境中易被氧化成NO2，NO2是一种红棕色、有刺激性臭味，毒性大，并且在一定条件下，NO2会与大气中的其它气体相互作用，形成光化学烟雾，对人体与环境造成巨大危害;氮氧化物的主要来源是化石燃料的燃烧，主要为汽车尾气的排放，此外还有工业炉窑、家用火炉的燃烧等［4～6］。

氮氧化物会与空气中的水分、氨以及其它化合物反应，生成含硝酸的细微颗粒物，这些物质会对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用，引起肺水肿;此外，亚硝酸盐进入血液后还可引起血管扩张、血压下降，并与血红蛋白作用生成高铁血红蛋白，引起组织缺氧和中枢神经麻痹;在天气炎热和阳光充足的条件下，氮氧化物与挥发性有机物发生反应，在近地面形成光化学烟雾［7］。

3.3 碳氧化物

碳氧化物主要指CO和CO2，CO是大气污染物，而CO2是大气环境的正常组成部分，但它对环境却造成了极大的影响。CO是一种无色无味，没有刺激性，有毒性且不溶于水的气体，人体吸入CO后，CO会与血液中的血红蛋白结合，血液中的血红蛋白作用是向人体器官和组织输送氧气，而CO与氧气的亲合力是人体血红蛋白的210倍，所以一旦人体吸入CO后，一氧化碳会快速与血红蛋白结合，生成碳氧血红蛋白，降低了血液输送氧气的功能，从而使人体的器官和组织供氧量不足，导致心脏疾病和各呼吸系统疾病，严重时还会危及生命;CO2是一种无色无味无毒的气体，当其在大气环境中的浓度过高时，氧气比例下降，同样会造成缺氧症状［4～7］。

CO与CO2的产生主要由于化石燃料的燃烧和汽车的尾气排放，且CO在空气中极易被氧化成CO2，CO2能与大气中的其它吸热性气体共同作用，阻止地球表面热量的扩散，产生“温室效应”，造成全球变暖、海平面上升、物种变化、土地沙漠化等一系列危害。

3.4 颗粒物

根据我国最新修订的环境空气质量标准(GB3095－2012)中的术语和定义的解释，总悬浮颗粒物(TSP)是指环境空气动力学当量直径小于等于100μm的颗粒物;可吸入颗粒物(PM10)是指环境空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物;细颗粒物(PM2.5)是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 μm 的颗粒物［8］。

PM10对人体的主要影响是对呼吸系统的危害，它会导致肺部纤维化，引发各种呼吸系统疾病，人体长时间吸入PM10，会提高癌变的发生率;而PM2.5由于颗粒物粒径小，很容易通过呼吸系统进入肺部，改变肺部结构与功能，危害人体呼吸系统与心血管系统，长时期在产生细颗粒物的环境中工作、学习与生活，同样会增加人体器官癌变的发生［9～10］。

4 大气特征污染物的变化趋势

目前，影响我国各区域的大气污染物主要以SO2、NO2、PM10为主，随着经济快速发展，NO2、PM10的排放量所占比重逐渐加大，而根据环境保护部的公告《2011年上半年环境保护重点城市环境空气质量状况》显示，与2010年上半年相比，2011年上半年，全国113个环境保护重点城市空气中NO2平均浓度上升5.7%。目前氮氧化物已成为新增的大气污染物总量控制约束性指标，二氧化氮浓度不降反升意味着，随着我国经济快速发展，城市大气污染已经由过去的煤烟型污染转变成煤烟和机动车尾气复合型污染，其中机动车尾气污染已经成为城市空气主要污染源之一。

5 结语

“十一五”期间我国气体污染物总量控制指标二氧化硫的排放量已得到明显的控制，“十二五”期间，我国的污染物总量控制指标将新增氨氮和氮氧化物两项指标。针对大气环境质量中二氧化硫的总量控制，“十二五”伊始，我国新修订的《环境空气质量标准》(GB3095－2012)进一步完善了大气环境中二氧化硫的浓度限值和相关监测方法，以促进电力行业脱硫设施的稳定运行、非电力行业的脱硫设施建设与结构调整等相关工作的开展。对于氮氧化物的总量控制，新的《环境空气质量标准》(GB3095－2012)将加强对氮氧化物的排放控制，确保氮氧化物污染防治工作的顺利开展。

［1］左玉辉，孙 平，柏益尧.能源—环境调控［M］.北京:科学出版社，2008.

［2］凡奇J R.能源21世纪的展望［M］.上海:上海交通大学出版社，2008.

［3］徐 东，刘清志，王 臻.低碳视角下我国能源结构优化研究［J］.生态经济，2011(9):85 ～87，129.

［4］郭 静，阮宜纶，马德刚.大气污染控制工程［M］.北京:化学工业出版社，2008.

［5］郝吉明，马广大.大气污染控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［6］刘培桐，薛纪渝，王华东.环境学概论［M］.北京:高等教育出版社，1995.

［7］任存勇.锅炉燃煤产生的主要污染物及危害分析［J］.地方病通报，2006(6):71～72

［8］国家质量监督检验检疫总局.GB3095－2012，环境空气质量标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2012.

［9］刘泽常，王志强，李 敏，等.大气可吸入颗粒物研究进展［J］.山东大学学报:自然科学版，2004(4):97～100.

［10］王 冰，张承中.大气可吸入颗粒物 PM2.5研究进展［J］.中国科技信息，2009(8):25～26.