煤炭利用对环境的影响

我国每年煤炭的消耗量达十几亿吨，主要的利用途径是通过燃烧产生热能，直接用于供热（民用或工业）或通过发电转化为电能。此外就是通过转化（气化或液化）制成气体或液体燃料再用于直接燃烧或发电。在上述煤炭使用的过程中会产生各种各样的污染物，直接影响着人类的健康和生态环境，而我国煤炭在一次能源消费结构中所占的比例高达60%以上，由煤炭开发与利用造成的环境问题就更为突出（姚强等，2005；刘鹏飞，2004）。

（一）二氧化硫污染与酸雨

我国90%以上的SO2的排放量来源于煤的燃烧，在1995年总量最高达到了2370万t，虽然近年来采取了一系列措施，但是全国每年的排放量仍然维持在2000万t左右，并且由于煤耗需求的不断增加，其排放量还有增长的趋势。

SO2的大量排放直接导致了我国城市空气污染十分严重，有超过60%的城市SO2年平均浓度超过国家空气质量二级标准，尤其是在大城市和特大型城市中，空气质量达标的比例远低于中小城市。SO2的排放还导致了我国酸雨污染的迅速蔓延。在20世纪80年代，我国酸雨主要集中于重庆、贵阳和柳州为代表的西南地区，而到了90年代中期，酸雨面积已发展到了长江以南、青藏高原以及四川盆地的广大地区，以长沙、南昌和怀化为代表的华中酸雨区已成为全国酸雨污染最严重的地区。酸雨对于生态系统（水生、农业、森林）及人体健康均有危害，并且会造成相当大的经济损失。

（二）氮氧化物与光化学烟雾污染

我国氮氧化物污染主要来源于矿石燃料的燃烧，NOx是一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）及其他氮和氧化合物的总称。按其产生的机理可分为3种：燃料型NOx、瞬时型NOx和热力型NOx。燃料型NOx在煤炭的燃烧中占主要部分，煤中平均含氮量1%～2%，燃烧后大部分转化为NOx，而其中NO占到90%以上，NO排放到空气中被氧化成NO2，其毒性将增大为NO的4～5倍。热力型NOx只有当燃烧温度超过1200℃时才会形成，在燃煤中占的比例不大，主要来源于石油和天然气这类燃烧温度高的燃料。瞬时型NOx是通过复杂的化学反应形成的，而且必须有不饱和碳氢键存在，因此在煤燃烧中也比较少。

NOx经紫外线照射并与空气中的碳氢化合物接触，阳光下NOx和挥发性有机化合物之间发生光化学反应，产生臭氧类的氧化剂，同时还生成极细的微粒，即造成一种浅蓝色的有毒烟雾——光化学烟雾。光化学烟雾的产生和发展极为迅速，并可以在夏季白天迅速造成局部地区的严重污染，对森林和人体造成严重的危害。在美国的洛杉矶曾经多次出现光化学烟雾污染；在我国目前虽然该类污染尚不严重，但是在北京、上海等大城市已经具备了形成光化学烟雾污染的条件，必须采取相应的控制措施。

（三）二氧化碳与全球气候变暖

随着人们发现CO2是导致全球气候变暖最主要的温室效应气体，燃煤过程中CO2排放的控制技术越来越引起人们的注意。首先需要说明的是，温室效应是地球上生命赖以生存的必要条件。如果不存在温室效应，地球表面的温度大约会在-18℃，而地表的实际年平均温度为15℃。目前人们议论的“温室效应”实际上是指温室效应增强和加剧后引起地球地表升温的环境问题。

据国际能源机构公布的数据，1995年全球CO2总排放量为220亿t，其中，我国排放量为30亿t，居世界第二位，如果不加以控制，预计到2020年我国CO2排放量将升至世界首位。同时，气象观测资料显示，在过去的100年内，因大气层温室气体深度的增长，地球表面温度平均上升0.3～0.6℃，海平面升高10～20cm。政府间气候变化研究组织（IPCC）指出，如果矿物燃料的使用继续稳定增加，那么到2050年全球年平均温度将达到16～19℃，超过以往的变暖速度而加速全球的变暖。

工业革命以来的200多年间，大气中CO2等温室气体浓度增加了25%，这主要是发达国家造成的。发达国家仅占世界人口的25%左右，但它们的能源消费量占全球总消费量的75%左右，其排放的CO2也占世界总排放量的75%。美国人口虽然只占全球人口的5%，却在消耗着全球30%以上的能源。因此，发达国家应当限制能源的消费和温室气体的排放。

CO2引起的温室效应加剧是超越国界的全球性的环境问题，因此对于CO2排放的控制和全球气候变暖的防治，必须要求国际社会联合行动。目前来看，控制温室气体剧增的基本对策是控制人口，调整现在的能源结构战略，加强保护森林植被等。(www.xing528.com)

（四）可吸入颗粒物污染

颗粒物是影响我国城市空气质量的主要污染物，有超过半数的城市颗粒物超过国家空气质量二级标准，其中北方城市颗粒物污染更为严重。大气中对人体健康危害最大的是可吸入颗粒物，它已成为大气污染的突出问题受到了世界各国的高度重视。大气中的SO2、NOx及CO等污染物的含量与人类死亡率并没有直接紧密的联系，而可吸入颗粒物则是导致癌症发病率和死亡率升高的主要原因。

可吸入颗粒物是指可以通过鼻和嘴进入人体呼吸道的颗粒物的总称（用PM 10表示，即空气动力学直径小于10μm的颗粒），而更细的PM 2.5又称为可入肺颗粒物，能够进入人体肺泡甚至血液中，直接导致心血管疾病等。总体来说，可吸入颗粒物的危害主要表现在“三致”：致癌、致畸形和致突变，主要原因在于可吸入颗粒物常常富集各种重金属元素和有机污染物，其危害极大，多为致癌和基因毒性诱变物质。

同时，可吸入颗粒物也是导致空气能见度降低、酸雨、臭氧层破坏及全球气候变暖等环境问题的重要因素。其在大气中停留的时间可达数周，且可长距离传输，从而造成更远距离、更大范围的污染。

目前各国的烟尘控制技术均已达到了很高的水平，以燃煤电站为例，虽然现有的除尘装置除尘效率可高达99%以上，但对于PM 10以下的可吸入颗粒物的捕获率却很低，特别是对于粒径小于2.5μm甚至亚微米级的超细颗粒物。若以颗粒的数量计，可达到排灰总数的90%以上，正因如此，大气中总悬浮颗粒物呈逐年下降，烟尘排放总量也有下降的趋势，但是PM 10和PM 2.5的排放量却呈明显的上升趋势。

（五）其他污染物

1.痕量重金属元素污染

由于煤中含有元素周期表中几乎所有的元素，有相当的重金属元素虽然数量很少，如汞、砷、硒、铅、镉、铬等，但其毒性非常大。这些元素在燃烧过程中大多数都随粉尘排入大气，对生态环境的破坏和人类健康的危害产生巨大的影响。

2.有机污染物

煤中的碳氢化合物燃烧过程中分解不彻底会形成相当浓度的有机污染物：多环芳烃类（PAHs）、二英类（PCDD／Fs）、苯系物、脂环烃及直链烃等。虽然其排放量较SO2和NOx少很多，但是由于其毒性大（强烈的致癌和致畸形特性），且在环境中降解缓慢，已经越来越受到广泛的重视。

对于痕量重金属和有机物污染的产生机理与控制方法研究是目前国际上的一个研究热点和重要发展方向。