??????? 四、?汽車(chē)尾氣污染及其治理
??????? 概述
??????? 汽車(chē)是一種高效的現(xiàn)代化交通工具, 它提高了人們的出行效率, 促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展, 方便了人們的生活。但汽車(chē)又是一種流動(dòng)污染源。汽油車(chē)的主要污染物成分是CO、HC、NOx以及碳粒等。汽車(chē)排放大量的污染物,使環(huán)境付出了沉重的代價(jià),它給人類帶來(lái)難以估計(jì)的損失。據(jù)資料介紹,城市街道上的車(chē)流量在每小時(shí)1000~2000輛時(shí),CO、HC和NOx這三種有害氣體占全部有害氣體的80%~90%以上。
??????? 汽車(chē)排放主要污染物的來(lái)源、種類及其危害
????????? 當(dāng)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸里進(jìn)行燃燒時(shí),由碳、氫、氧組成的液體石油燃料完全燃燒后生成的是二氧化碳(CO2),水蒸汽(H2O),氮?dú)?N2)和過(guò)量的氧氣(O2)。這幾種氣體在正常情況下被認(rèn)為是無(wú)害的。但是,內(nèi)燃機(jī)所用的燃料往往都含有其它雜質(zhì)與添加劑,且內(nèi)燃機(jī)的燃燒總是不完全的,再加上發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的其它原因,使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣成分中還含有一定量的一氧化碳(CO),碳?xì)浠衔?HC),氮氧化物(NOx),二氧化硫(SO2),微粒物質(zhì)(鉛化物、碳煙、油霧等)與臭氣(甲醛、丙烯醛等)有害排放物。它們的部分是有毒的,有些還帶強(qiáng)烈刺激性,有臭味,甚至有些有致癌作用。這些由汽車(chē)排出的CO、HC、NOx和碳煙、微粒等正是造成大氣污染的主要物質(zhì)。這幾種有害成分隨不同的發(fā)動(dòng)機(jī)型與運(yùn)轉(zhuǎn)條件均有所變化。
??????????? 汽車(chē)排放污染物主要來(lái)源于三個(gè)部位:排氣管排氣、曲軸箱竄氣和燃料蒸發(fā)。其比例為:
??????? -CO 99%
??????? - 排氣管排氣 -HC 55%
??????? - 排放污染物- -Pb、碳粒 100%
??????? - 曲軸箱串氣- HC 25%、CO1%、NOx 1%
??????? - 燃油蒸發(fā)-HC 20%
??????? 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),每千輛汽車(chē)每天排出的CO量約為3000kg,HC化合物約200~400kg,NOx約為50~150kg,平均每燃燒1噸燃油生成的有害物質(zhì)達(dá)40~70 kg。由于污染物排放區(qū)域恰為人們呼吸帶區(qū),因此對(duì)人體健康威脅很大。
??????? 一氧化碳 (CO)
??????? 一氧化碳(CO)是汽油機(jī)有害排放物中濃度最高的一種成分,城市大氣中的一氧化碳大部分都來(lái)自汽車(chē)排氣,它是燃油燃燒不充分的產(chǎn)物,車(chē)速越慢,交通堵塞越嚴(yán)重,排放量越多。它是無(wú)色、無(wú)刺激的有毒氣體。一氧化碳經(jīng)人呼吸進(jìn)入肺部,被血液吸收后,能與體內(nèi)血紅蛋白結(jié)合成一氧化碳-血紅蛋白。一氧化碳與血紅蛋白的親和力比氧與血紅蛋白的親和力要大250倍。一氧化碳-血紅蛋白一經(jīng)形成,離解很慢,容易造成低氧血癥,因而導(dǎo)致組織缺氧。當(dāng)大氣中的一氧化碳濃度達(dá)到70~80ppm以上時(shí),人在接觸幾小時(shí)以后,一氧化碳-血紅蛋白含量為20%左右時(shí),就會(huì)引起中毒,當(dāng)含量達(dá)60%時(shí),即可因窒息而死。
??????? 碳?xì)浠衔?HC)
??????? 各種碳?xì)浠衔锟偡Q為烴類,汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中所含的烴類成分有百余種之多,但其濃度總量比一氧化碳要少。碳?xì)浠衔镏写蟛糠謱?duì)人體健康的直接影響并不明顯,但從汽車(chē)排氣成分的檢測(cè)中得知,在排出的碳?xì)浠衔镏泻猩俨糠秩╊?甲醛、丙烯醛)和多環(huán)芳烴(苯并[a]芘等)。其中甲醛與丙烯醛對(duì)鼻、眼和呼吸道黏膜有刺激作用,可引起結(jié)膜炎、鼻炎、支氣管炎等癥狀,它們還有難聞的臭味。苯并[a]芘被認(rèn)為是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)。加上烴類還是光化學(xué)煙霧形成的重要物質(zhì),因此碳?xì)浠衔锱欧诺奈:π允遣豢珊鲆暤摹?br />
??????? (3)氮氧化物(NOx)
??????? 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),總稱NOx。大氣中的氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谖窗l(fā)生光化學(xué)反應(yīng)以前,單獨(dú)存在時(shí)也能產(chǎn)生一些直接危害。NOx中的NO與血液中血紅蛋白的親和力比CO還強(qiáng),通過(guò)呼吸道及肺進(jìn)入血液,使其失去輸氧能力,產(chǎn)生與CO相似的嚴(yán)重后果。NO很易氧化成劇毒的NO2,進(jìn)入肺臟深處的肺毛細(xì)血管,引起肺水腫,同時(shí)還能刺激眼黏膜,麻痹嗅覺(jué)。NO2單獨(dú)存在時(shí)是一種棕色氣體,有特殊的刺激性臭味,被吸入肺部后,能與肺部的水分結(jié)合生成可溶性硝酸,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起肺氣腫。如大氣中的NO2達(dá)5ppm,就會(huì)對(duì)哮喘病患者有影響,若在100~150ppm的高濃度下連續(xù)呼吸30~60分鐘,就會(huì)使人陷入危險(xiǎn)狀態(tài)。此外,即使是NOx的濃度很低,也會(huì)對(duì)某些植物產(chǎn)生不良影響。
??????? 微粒
??????? 汽車(chē)排氣中的微粒,主要有作為抗爆劑加入到汽油中的四乙基鉛經(jīng)燃燒后生成的鉛化物微粒以及燃料不完全燃燒生成的碳煙粒等。鉛化物擴(kuò)散到大氣中對(duì)人體健康十分有害,當(dāng)人們吸入這種有害物并積累到一定程度時(shí),鉛將阻礙血液中的紅血球的生長(zhǎng)與成熟,使心、肺等發(fā)生病變,侵入大腦時(shí)則引起頭痛,出現(xiàn)一種精神病的癥狀。當(dāng)血液中含鉛量超過(guò)80μg/100mL時(shí),隨著血液中紅血球狀態(tài)的變化,會(huì)出現(xiàn)四肢肌肉麻痹、嚴(yán)重腹痛、臉色蒼白以至死亡等典型鉛中毒癥狀。此外,鉛化物還會(huì)吸附在催化劑表面,使催化劑“中毒”從而降低催化劑的凈化效果,并顯著縮短其使用壽命。
??????? 碳煙的危害不僅在其本身對(duì)人的呼吸系統(tǒng)有害,而且因?yàn)樘紵熈5目紫吨型街趸蚣坝兄掳┳饔玫亩喹h(huán)芳烴如苯并[a]芘等。微粒對(duì)人體健康的影響,除了與濃度有關(guān)外,粒子的直徑及其化學(xué)性質(zhì)起決定作用,5μm以下的粒子可以進(jìn)入呼吸道,3μm以下的粒子可以沉積在肺細(xì)胞內(nèi),引發(fā)肺病變,粒子攜帶的苯并[a]芘是強(qiáng)致癌物質(zhì),可引發(fā)癌癥。
??????? 光化學(xué)煙霧
????????? 光化學(xué)煙霧是由汽車(chē)和工廠排出的碳?xì)浠衔锖偷趸镌陉?yáng)光作用下,在波長(zhǎng)4000×10-10m以下的紫外線區(qū)進(jìn)行一系列的光化學(xué)反應(yīng),生成臭氧(O3)和過(guò)氧化乙酰硝酸鹽(PAN)等光化學(xué)過(guò)氧化產(chǎn)物以及各種游離基、醛、酮等成分,形成一種毒性較大的淺藍(lán)色煙霧。在光化學(xué)氧化產(chǎn)物中,臭氧是一種強(qiáng)的氧化劑,在0.1ppm濃度時(shí)就具有特殊的臭味。并可達(dá)到呼吸系統(tǒng)的深層,刺激下氣道黏膜,引起化學(xué)變化,其作用相當(dāng)于放射線,使染色體異常,使紅血球老化。PAN、甲醛、丙烯醛等產(chǎn)物的人眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用,其刺激域值約為0.1ppm。此外,還發(fā)現(xiàn)光化學(xué)煙霧能促使哮喘病患者哮喘發(fā)作,能引起慢性呼吸系統(tǒng)疾病惡化,長(zhǎng)期吸入氧化劑能降低人體細(xì)胞的新陳代謝,加速人的衰老。并且,光化學(xué)氧化產(chǎn)物中的臭氧和過(guò)氧化乙酰硝酸鹽都能使植物受害,臭氧具有極強(qiáng)的氧化力,能使植物變黑、橡膠開(kāi)裂;動(dòng)物在1ppm臭氧濃度下4小時(shí)就會(huì)出現(xiàn)輕度肺氣腫。過(guò)氧化乙酰硝酸鹽的毒性介于NO和NO2之間。
??????? 3 汽車(chē)排氣污染的控制與凈化技術(shù)
??????? 根據(jù)中國(guó)環(huán)境保護(hù)遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要,重點(diǎn)城市應(yīng)達(dá)到國(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為盡快改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量,在控制城市固定污染源排放的同時(shí),根據(jù)各城市大氣污染分擔(dān)率的特點(diǎn),應(yīng)加強(qiáng)的流動(dòng)污染源的控制力度,尤其要加強(qiáng)重點(diǎn)城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染排放的控制力度。為此制定了相關(guān)的排放法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。 具體計(jì)劃是:輕型汽車(chē)在200年達(dá)到歐洲第一階段控制水平。重型車(chē)和摩托車(chē)2001年前后達(dá)到歐洲第一階段控制水平,2005年前后達(dá)到歐洲第二階段控制水平;2010年前后重點(diǎn)地區(qū)和重點(diǎn)企業(yè)爭(zhēng)取與國(guó)際接軌。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局組建的新生產(chǎn)車(chē)監(jiān)督檢測(cè)網(wǎng),將對(duì)新車(chē)實(shí)行監(jiān)督性檢測(cè)。達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)的依照《大氣污染防治法》,不準(zhǔn)生產(chǎn)、進(jìn)口和銷售。
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??????? 機(jī)動(dòng)車(chē)控制工作是一項(xiàng)涉及多部門(mén),多方面的系統(tǒng)工程,除了加強(qiáng)法規(guī)要求和執(zhí)法力度外,機(jī)動(dòng)車(chē)控制技術(shù)的進(jìn)步是根本的物質(zhì)保證。經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況證明:在汽油車(chē)上通過(guò)使用電子控制燃油噴射和點(diǎn)火系統(tǒng),配裝氧傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作,同時(shí)安裝排氣三效催化轉(zhuǎn)化器是大幅度降低汽油車(chē)排放污染物的有效手段,1998年9月國(guó)務(wù)院決定自2000年1月1日起,汽車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)的所有汽車(chē)都要適合使用無(wú)鉛汽油。新生產(chǎn)的轎車(chē)要采用電子控制燃油噴射裝置并安裝排氣凈化三效催化轉(zhuǎn)化器。
??????? (1〕 三效催化轉(zhuǎn)化器
??????? 三效催化劑是一種當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在近似理論空燃比下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),同時(shí)具有凈化排氣中CO、HC和NOx能力的催化劑。在催化反應(yīng)過(guò)程中,廢氣中的CO和HC將NOx還原成氮?dú)獾?;同時(shí)CO、HC被氧化成CO2和H2O。
??????? 三效催化劑的空燃比必須保持在最佳的范圍內(nèi),如圖7-1所示,在濃的一側(cè),會(huì)降低HC和CO的轉(zhuǎn)化率;在稀的一側(cè),NOx的轉(zhuǎn)化率急劇下降;在空燃比附近三種成分均在高轉(zhuǎn)化率,這范圍越寬廣越好,也就是說(shuō)即使理論空燃比變動(dòng)較大時(shí),還具有高的三效轉(zhuǎn)化效果,這種使用范圍是理想的。但要使發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)缸都在理論空燃比條件下運(yùn)行是不太可能的。為改善這種情況,發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了在接近理論空燃比運(yùn)行的電子控制汽油噴射和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。 電子控制汽油噴射系統(tǒng)是由微機(jī)控制系統(tǒng)與三效催化劑結(jié)合在一起,用氧傳感器檢出排氣中的氧濃度,向微機(jī)輸出一個(gè)隨氧濃度變化的電信號(hào),微機(jī)根據(jù)設(shè)定好的程序,按理論空燃比自動(dòng)控制進(jìn)氣混合比。A/F控制范圍是由三效催化劑的氧化還原的特性決定的。
??????? 發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了在接近理論空燃比運(yùn)行的電子控制汽油噴射和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。比化油器供油優(yōu)越。它可以采用較稀的混合氣, 其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都比同類化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)好, 是當(dāng)前綜合解決節(jié)能和減少排氣污染最有效的措施。電子控制系統(tǒng)和三效催化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和排放的控制, 是機(jī)內(nèi)和機(jī)外凈化方法的結(jié)合, 可保證在低排放水平的基礎(chǔ)上充分提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。使用催化凈化器,絕對(duì)禁止使用有鉛汽油,因?yàn)殂U能使貴金屬催化劑“中毒”而失去活性,影響催化劑的使用壽命;另外,汽車(chē)潤(rùn)滑油中的磷和汽油中硫等雜質(zhì)都有可能影響催化劑的性能。
??????? 改進(jìn)和提高燃料質(zhì)量
??????? 油品質(zhì)量的降低車(chē)輛污染物的排放,保證發(fā)動(dòng)機(jī)及其排放控制系統(tǒng)正常工作十分重要。提高燃料質(zhì)量,改變?nèi)剂蠘?gòu)成,也是強(qiáng)化燃燒過(guò)程,降低排氣中有害物質(zhì)含量的有效措施。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局于1999年6月發(fā)布了《車(chē)用汽油有毒物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)》,車(chē)用汽油中對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康有直接毒害的、或?qū)ζ?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和排放控制裝置有害、造成汽車(chē)排放狀況惡化的9類物質(zhì)(苯、烯烴、芳烴、錳、鐵、銅、鉛、磷、硫)含量將按照相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行控制。
??????? 推廣使用清潔燃料汽車(chē)
????????? 清潔代用燃料汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和普及應(yīng)用,為防治機(jī)動(dòng)車(chē)污染開(kāi)辟了新的途徑。為達(dá)到更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),世界各國(guó)汽車(chē)制造商都在努力積極地研究開(kāi)發(fā)各種低污染代用燃料汽車(chē):天然氣汽車(chē)、液化氣汽車(chē)、甲醇汽車(chē)、乙醇汽車(chē)、生物燃料汽車(chē)、多種靈活燃料汽車(chē)、氫燃料汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)等等。其中尤以天然氣汽車(chē)和液化石油氣汽車(chē)最為成熟并在一些國(guó)家普及,成為很有實(shí)用價(jià)值的清潔燃料汽車(chē)。目前我國(guó)已有哈爾濱、長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、北京、烏魯木齊、西安、上海、福州、廣州、深圳、廣東省南海市、四川省、重慶、香港等地區(qū)推廣使用天然氣汽車(chē)和液化氣汽車(chē)。并將公共汽車(chē)和出租汽車(chē)這類運(yùn)營(yíng)線路相對(duì)固定、行駛時(shí)間較長(zhǎng)的車(chē)輛作為發(fā)展清潔燃料汽車(chē)中的重點(diǎn)。
??????? 【小結(jié)】 究竟是國(guó)民健康第一?還是經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)優(yōu)先?簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的一句話給世人以警醒:注意發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),也要注意健康問(wèn)題。目前大氣遭受著嚴(yán)重的污染,給人們的生活和身體健康帶來(lái)了嚴(yán)重的危害,我們必須采取有效的措施,加強(qiáng)和提高人們對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí),從我做起,還自己一個(gè)清新、干凈和安全的生活環(huán)境。
??????? 【參考文獻(xiàn)】
??????? ①作者:何斌;譚界中? 文章:中國(guó)學(xué)術(shù)期刊? 1998年S1期
??????? ②作者:張繼娟;魏世強(qiáng)? 文章:我國(guó)大氣污染現(xiàn)狀和特點(diǎn)? 2006年25卷3期
??????? ③作者:苑中顯? 文章:我國(guó)能源狀況與發(fā)展對(duì)策? 中國(guó)冶金期刊 2005年5期
??????? ④作者:劉連友;郭蘭蘭;呂艷麗 文章:我國(guó)南北方城市空氣質(zhì)量對(duì)比分析 環(huán)境保護(hù)科學(xué)期刊 2008年4期
??????? ⑤作者:劉偉? 文章:淺談我國(guó)城市大氣污染 硅谷期刊 2008年19期
??????? ⑥作者:周娜? 文章:城市大氣污染的治理途徑 科教導(dǎo)刊 2009年9期
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