Вторую группу составляет окись углерода, или угарный газ, выделяемый двигателями в наибольшем количестве. Он не имеет ни цвета, ни запаха, для него характерно большое сродство с гемоглобином крови, снижает обеспеченность тканей кислородом, нарушает углеводный и фосфорный обмен. Воздействие на организм человека зависит от концентрации СО в воздухе: 0,0016% — безвредно; 0,01 – хроническое отравление при длительном вдыхании; 0,05 – слабое отравление через 1ч.; 1% — потеря сознания после нескольких вдохов.
В настоящее время для повышения октанового числа бензина и в качестве антидетонационной присадки в карбюраторных двигателях применяется тетраэтилсвинец. В 1литре этилированного бензина содержится 0,4 – 0,8 г металлического свинца, 75% которого в процессе сгорания превращаются в высокотоксичные аэрозоли окислов с величиной частиц до 5мк. Содержание свинцовой пыли в отработавших газах автомобиля колеблется от 0,07 до 400 мг/м 3 , а мировой парк автомобилей выбрасывает в год свыше 400 тыс. т свинца. Соединения свинца – наиболее токсичные компоненты отработавших газов. Они способны накапливаться в растениях, животных, в организме человека. При содержании свинца в крови 7мг/мл происходят нарушение процесса кровообращения, он повреждает мозг детей, печень и почки взрослых, нарушает функции нервной системы, приводя к параличу.
Рассмотренные выше вещества – газы. Однако в выхлопах автомобилей имеются вещества в виде паров и аэрозолей, что приводит к дополнительным трудностям при анализе загрязнения воздуха. В первую очередь к ним необходимо отнести различные углеводороды, которые относятся к четвёртой, самой многочисленной группе. Углеводороды – это соединения типа CnHm, являющиеся представителями всех гомологических рядов: алканов, алкенов, алкадиенов, цикланов, и т. д. Из общего количества органических компонентов отработавших газов предельные углеводороды составляют 32%, непредельные – 27,2%, ароматические – 4%, альдегиды и кетоны – 2,2%. Загрязнение воздуха углеводородами и окислами азота тем более опасно, что NOX под действием длинноволнового солнечного ультрафиолетового облучения являются катализаторами, приводящими к окислительному распаду углеводородов с образованием так называемого фотохимического смога. Количество и интенсивность образования фотооксидантов зависят от концентрации в воздухе исходных компонентов – CnHm и NOx. Критическими для начала фотохимических реакций являются концентрации CnHm более 5 мг/м 3 и NOx – 0,15-0,2 мг/м 3 . Контролируя эти концентрации, можно предупредить появление смога.
Третью группу составляют окислы азота NOx, состоящие из окиси NO и двуокиси NO2. По действию на организм человека NOX более опасны, чем СО. В зависимости от объёмной концентрации в атмосфере NOX воздействовать на человеческий организм следующим образом: 0,00001% — абсолютный порог воздействия; 0,0001-0,0003% — порог восприятия запаха; 0,0013% — порог раздражения слизистых оболочек носоглотки, глаз; 0,001%-0,002% — образование метагемоглобина в крови; 0,004-0,008% — отёк лёгких, воспаление дёсен и т. д. При концентрации 0,085 мг/м 3 и выше возможно внутреннее кровоизлияние, смерть от асфиксии. NOX является своеобразными катализаторами, способствующими под воздействием ультрафиолетового солнечного облучения окислительному распаду углеводородов и образованию сложных токсичных веществ раздражающего действия. NOX представляет собой кислотообразующие окислы, поскольку при определённых условиях, в присутствии кислорода воздуха могут превращаться в азотную и азотистую кислоты или их соединения. Причём эти реакции могут происходить в организме человека, раздражающе действуя на дыхательные пути, слизистые оболочки глаз. При постоянном воздействии растворов азотной кислоты срок службы железобетонных конструкций снижается в 4-5 раз.
65% токсичных выбросов автомобилей приходится на отработавшие выхлопные газы, 20% — на картерные газы, 14% — испарение бензина. Если бы двигатели внутреннего сгорания были эффективны на все 100%, то в качестве выхлопа выбрасывалась бы углекислый газ и водяной пар. Однако эффективность сгорания топлива в двигателях низкая, происходит не полное сгорание, а крекинг топлива, поэтому в выхлопных газах содержится около 200 различных соединений.
Были разработаны новые камеры сгорания, относительно свободные от дыма. В этих камерах обеспечивается усовершенствованное распыление топлива и смешение его в основной зоне. Усовершенствованное использование дополнительного воздуха снизило максимальную температуру. Результаты типичных лабораторных испытаний, представленные в табл. 10.12, указывают на улучшение контроля за выбросами, полученное фирмой «Пратт и Уитни» [38]. Чистая» камера сгорания дала снижение общего количества загрязняющих веществ на 75%, но выброс N0 увеличился. Далее сообщалось [38] о том, что хотя добавка С1-2 не дала каких-либо изменений в общем количестве выбросов, выхлопные газы стали почти невидимыми на глаз.[ . ]
Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, особенно в крупных городах. В России в 1991 г. суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта составил 21 млн т. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений: бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина). Ежегодно мировой парк автотранспорта выбрасывает в атмосферу свыше 0,4 млн т свинца.[ . ]
Правовое регулирование общественных отношений по охране окружающей среды касается трех видов вредных воздействий на нее: химических, физических и биологических. Примером правовой охраны окружающей среды от химических воздействий служит регулирование сброса предприятиями в водоемы сточных вод, выбросов загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, применения агрохимических средств, использования хладагентов и иных химических веществ, влияющих на состояние озонового слоя Земли.[ . ]
Более 30 лет загрязнение атмосферы автомобилями рассматривается как опасность для окружающей среды. Сущность этой проблемы изучалась почти со всех точек зрения: доказывали сходство между составом фотохимического смога и компонентами выхлопных газов двигателей; была разработана методика количественного анализа выхлопных газов и веществ, загрязняющих атмосферу, учитывали интенсивность движения транспорта, режим работы, техническое состояние автотранспорта; вели поиски решения путем внесения изменений в конструкции транспортных средств, дорожных систем и видов используемого горючего; оценивались потенциально новые виды энергии для автомобилей и новые системы общественного транспорта.[ . ]
Загрязняющие атмосферу вещества непрерывно измеряются приборами, которые можно назвать приборами первого поколения. Они являются модификацией приборов и методик, используемых в технологических процессах химической промышленности. Обычно они работают по следующему принципу: растворение определяемого газа в водной среде, реакция в этой среде с образованием окраски и измерение интенсивности этой окраски фотоэлектрическим методом. Такие анализаторы применяются для измерения концентраций БОг, N0, Ы02 и суммы оксидантов в атмосфере, содержания N0 в промышленных выбросах и СО в выхлопных газах автотранспорта. Эти приборы требуют тщательного ухода, и измерения с их помощью (подвержены помехам сопутствующих загрязняющих веществ в атмосфере.[ . ]
Выхлопные газы автомобилей
При высокой температуре сгорания (более 1100°С) содержащийся в воздухе реакционно инертный азот активируется и вступает в реакции со свободным кислородом в камере сгорания, образуя окислы. Они очень вредны для окружающей среды: становятся причинами образования смога, гибели лесов, выпадения кислотных дождей; также окислы азота являются переходными веществами для образования озона. Они — яд для крови, вызывают рак. В процессе сгорания возникают различные окислы азота — NO, NO2, N2O, N2O5- имеющие общее обозначение NOx. При соединении их с водой возникают азотная (HNO3) и азотистая (HNO2) кислоты. Диоксид азота (NO2) — красно-коричневый ядовитый газ с едким запахом, раздражающий органы дыхания и образующий соединения с гемоглобином крови.
В основном определяется массовым расходом топлива автомобилями. Расход по расстоянию нормируется и обычно указывается производителями (одна из потребительских характеристик). В отношении суммарного объема выходящих из глушителя выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру — один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров или 16000 литров смеси различных газов. На основании этих данных можно судить примерное количество выбрасываемых в атмосферу вредных примесей, но здесь есть небольшая проблема. Мы можем определить только количество разных газов, вылетающее при сжигании определённого количества литров топлива, но никак ни при одном выхлопе, и уж тем более за промежуток времени (час, день, месяц и т.д.). Поэтому судить о количестве газов, выбрасываемых в атмосферу каждый час, мы не можем в принципе. Нигде не установлено, что все машины в день проезжают определённое кол-во километров с одной скоростью. А искать какое-либо среднее число — значит, обманывать себя, потому что данные могут быть не только сильно приближёнными, но и вовсе ошибочными.
Климатические изменения на глобальном уровне являются одной из важных особенностей XXI века. Во многом эти изменения обусловлены деятельностью человечества, в частности, в последние десятилетия значительно увеличились выбросы парниковых газов в атмосферу. Основным источником выбросов являются выхлопные газы автомобилей, 30 % которых являются парниковыми.
Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NОx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO 2).
Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения — такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе отработавших газов двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте.
Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87% общей эмиссии свинца по различным оценкам. РЬО (оксиды свинца) – возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5. 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта – отказ от использования этилированных бензинов.
Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода — продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). Если его содержание велико, двигатель расходует слишком много топлива и масла из картера.
Выхлопные газы (или отработавшие газы) — основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания — это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны. Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав выхлопных газов представлен в таблице 1.При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа. Теперь попытаемся выяснить, чем же опасен каждый выхлоп, и каково количество газов, вырывающихся из выхлопной трубы.
К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (С Х H Y), окислы азота (NO X), альдегиды и сажу. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% С Х H Y и 98% NO X , картерные газы по – 5% С Х H Y , 2% NO X , а топливные испарения – до 40% С Х H Y . В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О 2 , О 3 , С, СО, СО 2 , СН 4 , C n H m , C n H m О, NO, NO 2 , N, N 2 , NH 3 , HNO 3 , HCN, H, H 2 , OH, H 2 O.
Углеводороды — органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах. Измеряется его количество в условной единице ppm (кол-во частиц на миллион). Так что даже незначительное увеличение эффективности сгорания может иметь большое влияние на его уровень. Обычно, чрезвычайно высокий уровень углеводорода является проблемой не только хозяев машин, но и механиков.
Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60 — 90 см от поверхности Земли и, особенно на участках дорог, где стоят светофоры. Особенно много канцерогенных веществ выделяется во время разгона, торможения, при работе двигателя на холостом ходу, а также при езде по ямам и колдобинам.
В 2015 году по сравнению с 2010 годом увеличилось число людей, у которых от воздействия выхлопных газов автомобилей появлялось чувство раздражения, появлялся кашель, удушье, начинала болеть голова, тошнило. Почти в 5 раз увеличилось число жителей, у которых возникала аллергическая реакция. Можно сделать вывод, что и горожане, и сельские жители, больше стали ощущать негативное воздействие выхлопных газов на их организм.
Практически не изменилось мнение опрошенных о мерах, которые необходимо применять для улучшения состояния воздушного бассейна. Большее количество опрошенных считают необходимым устанавливать на транспортных средствах оборудование, которое будет меньше загрязнять воздушное пространство.
Я выбрала несколько участков дороги с интенсивным движением в городской местности (в час пик и в дневное время) на перекрёстках, в сельской местности и на автотрассе. Посчитала количество машин (n) пересекающих перекрёсток и останавливающихся у светофора в городе, проходящих по плотине в сельской местности и проезжающих мимо нас на трассе. Время исследования на каждом участке – 20 минут (t). Определила количество переключений на участках (k – количество торможений, набор скорости, холостой ход). При подсчёте машин учитывался вид автотранспорта (легковые, грузовые, автобусы), а также вид двигателя (бензиновый, дизельный или газовый). Учитывала, что по результатам опросов примерно 30% автомобилей в 2015 году используют газовый двигатель (применила это в своих расчётах). Для сравнения количества вредных выбросов в 2015 году по сравнению с 2010 годом использовала расчеты, взятые из исследовательской работы «Определение количества загрязнений воздуха автотранспортом. Влияние выхлопных газов автомобилей на организм человека», выполненной ученицей нашей школы Леготиной Ириной в 2010 году. Именно поэтому мной были выбраны те же участки дорог, на которых проводилось исследование.
Выхлопные Газы От Работающих Автомобилей Составляют Порядка 90% От Общего Объема Загрязнений
Оксиды азота оказывают отрицательное воздействие и на растительность, образуя на листовых пластинах растворы азотной и азотистой кислот. Этим же свойством обусловлено влияние оксидов азота на строительные материалы и металлические конструкции. Кроме того, они участвуют в фотохимической реакции образования смога.
По статистике, в среднем один легковой автомобиль выбрасывает в атмосферу за день около одного килограмма разных токсичных и канцерогенных веществ. Причем подобные вещества способны аккумулироваться и находиться в окружающей среде до 5 лет. Выхлопные газы приносят очевидный вред здоровью человека, растительности, животным, а также почве и водным ресурсам.
Увеличение масштабов сжигания нефтепродуктов является причиной загрязнения воздушной среды. В особенности это стало ощутимым с развитием с автомобильноготранспорта. Бензин, израсходованный на приведение в действие двигателей внутреннего сгорания, никуда не исчезает. Отдавая заключённую в нём энергию химических связей, он разлагается на более простые вещества – оксиды углерода, сажу, углеводороды и др. Наибольшее количество загрязняющих атмосферу веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей. Анализ выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания показал, что в них содержится около двухсот различных веществ, большинство из которых токсично. Основные компоненты выхлопных газов приведены в таблице 1.
Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бенз-а-пирен С 20 H 12 , содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей. Он хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бенз-а-пирен стимулирует образование злокачественных опухолей.
Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой концентрации (свыше 0,01 %) — к отравлению организма. Сернистый ангидрид губительно воздействует и на растительный мир.
При подобных отравлениях необходимо вывести пострадавшего на свежий воздух, расположить его в сидячем или полусидячем положении и срочно вызвать скорую помощь. До приезда медицинской бригады можно укрыть пострадавшего теплым одеялом и дать теплое питье.
При строительстве промышленных предприятий и моделировании промышленного процесса необходимо учитывать экологические риски, размещать их на некотором расстоянии от жилых построек. Фабрики и заводы выносят за территорию города, окружают зелеными насаждениями, деревьями — естественными фильтраторами воздуха от загрязнения.
Опасными для здоровья населения веществами, входящими в состав воздуха, считают оксиды углерода, двуокись серы, озон, двуокись азота, свинец, радиоактивные вещества в высоких концентрациях. Сюда также относятся продукты горения метана. Они постепенно накапливаются в воздухе, из-за чего происходит:
Учеными доказано негативное влияние серы и азота, соединений углерода на показатели здоровья человека. Но атмосфера сегодня представлена коктейлем из разнообразных компонентов, общее действие которых окончательно не изучено. Именно этот факт определяет потребность расчета индекса загрязнения атмосферы.
В результате взаимодействия формальдегида, выделяемого автомобилями, с атмосферным азотом и рядом других компонентов воздуха образуются токсичные соединения. При их достаточной концентрации образуется туман, который может представлять опасность для человека.
Вред выхлопных газов для здоровья
Интенсивное развитие легкой и особенно тяжелой промышленности, а также автотранспорта, приводит к колоссальным выбросам в атмосферу, на почву и водные ресурсы планеты самых разнообразных химических веществ, нарушающих нежный баланс условий существования живой природы. При этом выхлопные газы, являющиеся непременным спутником работающих двигателей внутреннего сгорания, составляют почти 90% от общего объема загрязнений окружающей среды.
К третьей группе относятся окислы азота и серы. Некоторые из этих соединений считаются даже более токсичными элементами, чем угарный газ. Диоксид азота тяжелее воздуха и скапливается внизу помещений, в приямках, нишах и каналах, а при повышенных концентрациях является очень опасным работников, занимающихся регулярным обслуживанием автомобилей.
В наши дни ведутся интенсивные разработки, направленные на скорейшую замену силовых агрегатов автомобилей менее опасными с экологической точки зрения – электрическими двигателями, а также двигателями, способными работать на альтернативном и более экологически безопасном топливе.
В результате взаимодействия формальдегида, выделяемого автомобилями, с атмосферным азотом и рядом других компонентов воздуха образуются токсичные соединения. При их достаточной концентрации образуется туман, который может представлять опасность для человека.
- Уменьшить количество транспорта, использующего продукты нефтепереработки в качестве топлива. Альтернативные варианты топлива пока не стали популярными, но их использование может в несколько раз уменьшить влияние выхлопных газов на экологию и здоровье населения.
- Использование качественного топлива – чем чище бензин, тем меньше вредных веществ в выхлопах автомобиля.
- Применение нейтрализаторов отработанных газов. Оснастив таким устройством каждый личный автомобиль, можно снизить степень загрязнения атмосферы.
Контроль за выбросами автомобилей, особенно в связи с применением каталитических преобразователей, позволил уменьшить выбросы окиси углерода в атмосферу в расчете на 1 км пробега одного автомобиля. К несчастью, возросшее число автомобилей на дорогах существенно повысило суммарный годовой пробег автомобилей, что в известной степени обесценило применение технических средств контроля за выбросами окиси углерода. Так, при сокращении на 85% количества выбросов окиси углерода на 1,5 км пробега автомобиля общий выброс окиси углерода в атмосферу за год в течение этого периода уменьшался всего на 25%. В последнее десятилетие 50 крупных городских регионов по-прежнему страдали от повышенных по сравнению со стандартом выбросов окиси углерода.
Еще один класс загрязнений атмосферы — это окислы азота. Они образуются при сжигании ископаемых видов топлива. Примерно 40% годового выброса окислов азота попадает в атмосферу в результате сжигания бензина в автомобильных двигателях, а 30% — в результате сжигания топлива на тепловых электростанциях. Источником углеводородов являются главным образом автомобили (35%) и промышленные процессы (35%). При реакциях окислов азота с углеводородами на солнечном свету образуются фотохимические загрязнители воздуха, из которых наиболее активным является озон. Озон называется окислителем вследствие присущей ему сильной окислительной способности. При окислении азота сначала образуется главным образом (90%) окись азота (один атом азота и один атом кислорода, которая в процессе дальнейшего окисления быстро переходит в двуокись азота. При содержании двуокиси азота в воздухе, превышающем установленные стандарты качества воздуха, увеличивается число респираторных .заболеваний (катар верхних дыхательных путей, бронхит, круп, воспаление легких); возможно, это связано с тем, что двуокись азота повышает восприимчивость людей к патогенным агентам, вызывающим эти заболевания. У людей с хроническими заболеваниями дыхательных путей, таких, как эмфизема легких и астма, подвергшихся воздействию двуокиси азота, повышается вероятность серьезных осложнений (например, воспаления легких). Было обнаружено, что при наличии фотохимических окислителей в воздухе у лиц, страдающих астмой, астматические приступы возникают чаще; это происходит уже при содержании окислителей, составляющем 25% от установленного стандарта. Напомним, что астмой страдают 3-5% населения.
Первый шаг в борьбе с выбросами окиси углерода состоял в увеличении количества воздуха по отношению к топливу в горючей смеси двигателя, работающего на бензине (обеднение смеси). Дополнительный воздух обеспечивает более полное сгорание бензина, что уменьшает количество окиси углерода в выхлопных газах. В некоторых двигателях применяется инжекция воздуха. Воздух смешивается с выхлопными газами для доокисления окиси углерода до двуокиси. Представляется необходимым обязательный анализ выхлопных газов автомобилей для выявления неисправностей оборудования, контролирующего выброс окиси углерода.
Подведем итоги этого обозрения. Окись углерода попадает в воздух как загрязнитель тогда, когда углерод бензина, а в меньшем количестве и других видов топлива, окисляется в процессе горения лишь частично. В большинстве городов 90% выбросов окиси углерода в воздух приходится на долю выхлопных газов автомобилей. Окись углерода образуется и при курении. При вдыхании окиси углерода (независимо от природы ее источника) последняя химически связывается с гемоглобином крови, тем самым уменьшая количество кислорода, переносимого кровью к клеткам тела. У курильщиков из процесса переноса кислорода «выключается» вдвое больше гемоглобина, чем у некурящих, даже если и те и другие вдыхают воздух, удовлетворяющий стандартам качества.
Более полувека ученые подозревали, что концентрации окиси углерода, обнаруженные в наших городах, являются опасными для здоровья. Но только за последние несколько лет были получены необходимые данные для надежных выводов, Теперь мы знаем, что окись углерода, содержащаяся в воздухе, представляет реальную опасность для здоровья.
Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым. СО (оксид углерода) — этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.
Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.
Образование токсичных веществ — продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания — расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.
К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХHY), окислы азота (NOX), альдегиды и сажу. Картерные газы — это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СХHY и 98% NOX, картерные газы по — 5% СХHY, 2% NOX, а топливные испарения — до 40% СХHY. В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, CnHm, CnHmО, NO, NO2, N, N2, NH3, HNO3, HCN, H, H2, OH, H2O.
Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87% общей эмиссии свинца по различным оценкам. РЬО (оксиды свинца) — возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин. При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5. 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта — отказ от использования этилированных бензинов.
Выхлопные Газы От Работающих Автомобилей Составляют Порядка 90% От Общего Объема Загрязнений
Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входит оксиды серы, при применении этилированных бензинов — свинец ( Тетраэтилсвинец ), бром , хлор , их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога .
Каждый человек должен задуматься о том, какие серьёзные последствия несёт атмосфера, пропитанная вредными химическими веществами. Жизнь, данная нам однажды природой не должна нарушаться искусственными факторами, которые негативно сказываются на здоровье человека.
Я решила изучить долю загрязнения окружающей среды автомобилями, проезжающими через наше село. Село Тойси расположено в Батыревском районе Чувашской Республики. Рядом с нашим районом расположен другой район – Яльчики. А наше село расположено как раз между селами Яльчики и Батырево.
Повышение экологических показателей автомобиля возможно за счет проведения комплекса мероприятий по совершенствованию его конструкции и режима эксплуатации. К улучшению экологических показателей автомобиля приводят: повышение его экономичности; замена бензиновых ДВС на дизельные; перевод ДВС на использование альтернативных топлив (сжатый или сжиженный газ, этанол, метанол, водород и др.); применение нейтрализаторов отработавших газов ДВС; совершенствование режима работы ДВС и технического обслуживания автомобиля.
Экологическими преимуществами по сравнению с бензиновыми ДВС обладают двигатели, работающие на альтернативных топливах. Общее представление о снижении токсичности ДВС при переходе на альтернативное топливо можно получить из данных, приведенных в табл. 8.2.
Состав выхлопных газов автомобиля
Выбросы загрязнений от двигателей внутреннего сгорания карбюраторного типа включают углеводороды, оксиды углерода, оксиды азота и нерегулярные выбросы. Загрязнения возникают вследствие реакций и в процессе горения в объеме и на поверхностях. Прорыв газов через поршневые кольца и выхлоп из цилиндров являются менее интенсивным источником выбросов загрязнений.
Перспективные марки легковых автомобилей будут обладать расходом бензина 3,5 л/100 км и менее. Повышение экономичности автобусов и грузовых автомобилей достигается прежде всего применением дизельных ДВС. Они обладают экологическими преимуществами по сравнению с бензиновыми ДВС, поскольку имеют меньший на 25…30 % удельный расход топлива; кроме того, состав отработавших газов у дизельного ДВС менее токсичен (см. табл. 8.1).
Содержание вредных веществ в выбросах автомобилей колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов, например, при скорости 70 км/ч в выхлопе автомобиля содержится 0,2…0,3% СО, при скорости более 100 км/ч иприработе двигателя на холостом ходу содержание этого опасного газа достигает 12 %.
Вдизельных двигателях мощность изменяется при изменении количества впрыскиваемого топлива. В результате изменяется распределение струи топлива, количество топлива, ударяющегося о стенку, давление в цилиндре, температура, а также продолжительность впрыскивания.
Повышение топливной экономичности автомобиля достигается главным образом за счет совершенствования процесса сгорания в ДВС: послойное сжигание топлива; форкамерно-факельноесжигание; применение подогрева и испарения топлива во впускном тракте; использование электронного зажигания. Дополнительными резервами повышения экономичности автомобиля являются:
Дальше я изучил примерный состав автомобильных выхлопных газов, названия некоторых я еще не совсем понимаю, но я представляю их %-ное содержание (Таблица №1). В состав выхлопных газов входят и нетоксичные вещества, это — азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ. А токсичные вещества и канцерогены я выделил жирным цветом. Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ (CO).
Влияние выхлопных газов на здоровье человека, экологию и атмосферу крайне губительно. Прежде всего, вредные выбросы, образующиеся при сгорании топлива в автомобильных двигателях, сильно загрязняют воздух, образуя смог. Некоторые мелкие и легкие частицы способны подниматься и достигать атмосферных слоёв, меняя их состав и уплотняя структуру.
В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.
- Без математических знаний представить об угрожающих масштабах воздействия человека на окружающую среду нельзя представить.
- Основными источниками загрязнения воздуха в моей деревне является автомобильный транспорт и их выхлопные газы. Я думаю, как можно быстрее нужно придумать безвредные виды топлива, например, с использованием солнечной или водной энергии.
- Каждый населенный пункт должен иметь зелёную зону, которая должна служить «зелёными лёгкими». Мы знаем, что деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ, и выделяет кислород, задерживают пыль (например, тополь). Данная информация для меня является не маловажной.
Примерный расчет по возможному сокращению загрязнения атмосферы при посадке деревьев За лето одно взрослое дерево может очистить воздух от 20-30, а некоторые породы даже от 50 кг вредных веществ и пыли. Одним из самых лучших пород является тополь. В сельском поселении всего работоспособного населения 347 человек. Если каждый человек от 7 до 70 лет посадит одно дерево, то мы поможем природе очистится от 10 тонн вредных веществ и пыли.
Какой газ выделяет заведенный автомобиль
Зачастую выхлопными газами называют все выбросы в городскую атмосферу, в том числе котельных, заводов и других промышленных предприятий. На самом деле этим термином правильно называть только транспортные выбросы, которые появляются в результате переработки топлива. Также их называют отходящими газами. Выхлопные газы – продукт работы двигателей внутреннего сгорания, и, учитывая стремительный рост количества транспорта за последние 50 лет и, в частности, прирост личного автотранспорта в городах, выхлопные газы в воздухе городов обосновались всерьез и надолго, а количество их только растет.
Основными источниками выбросов автомобиля являются двигатель внутреннего сгорания, испарение топлива через систему вентиляции топливного бака, а также ходовая часть: в результате трения шин о дорожное покрытие, износа тормозных колодок и коррозии металлических деталей независимо от выбросов двигателя образуются частицы мелкодисперсной пыли. При эрозии катализатора выделяются платина, палладий и родий, а при износе накладок сцепления также выделяются токсичные вещества, такие как свинец, медь и сурьма. Для этих вторичных выбросов автомобилей также должны быть установлены предельные значения.
Выбросы частиц при работе бензиновых двигателей на два-три порядка ниже, чем при работе дизельных двигателей. Тем не менее, данные частицы обнаруживаются даже в выхлопе бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Поэтому есть предложения по ограничению предельного содержания частиц в отработавших газах автомобилей. Сублимация — непосредственный переход вещества из твердого состояния в газообразное, и наоборот. Сублиматом называют твердый осадок газа при его охлаждении.
Благодаря своей губчатой структуре частички сажи могут захватывать как органические, так и неорганические вещества, образующиеся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. В результате масса частичек сажи может возрасти в три раза. Это будут уже не отдельные частички углерода, а правильной формы агломераты, образующиеся вследствие молекулярного притяжения. Размер таких агломератов может достигать 1 мкм. Выбросы сажи и других частиц особенно активно происходят при сгорании дизельного топлива. Эти выбросы считаются канцерогенными. Опасные наночастицы представляют количественно большую долю частиц, но по массе составляют лишь небольшой процент. По этой причине предлагается ограничивать содержание частиц в ОГ не по массе, а по количеству и распределению. В перспективе предусмотрено дифференцирование между размером частиц и их распределением.
Последствия воздействия этого газа на органическую жизнь пока не совсем ясны науке, однако известно, что у человека он способен вызвать тяжелые отравления. В тяжелых случаях возникает угроза удушья, потеря сознания и паралич центральной нервной системы. При хроническом отравлении отмечается раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Запах сероводорода ощущается уже при концентрации его в воздухе в количестве 0,025 мл/м3.
Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.
В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа от выхлопных газов. Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.
Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.
NO2 является раздражающим газом. Это приводит к раздражению глаз и повреждению слизистой оболочки дыхательного тракта. Благодаря своей бронхо-сужающей характеристике, это особенно проблематично для астматиков и людей с хроническим обструктивным заболеванием легких.
Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.