??????? 四、?汽車尾氣污染及其治理
??????? 概述
??????? 汽車是一種高效的現(xiàn)代化交通工具, 它提高了人們的出行效率, 促進了生產(chǎn)的發(fā)展, 方便了人們的生活。但汽車又是一種流動污染源。汽油車的主要污染物成分是CO、HC、NOx以及碳粒等。汽車排放大量的污染物,使環(huán)境付出了沉重的代價,它給人類帶來難以估計的損失。據(jù)資料介紹，城市街道上的車流量在每小時1000～2000輛時，CO、HC和NOx這三種有害氣體占全部有害氣體的80%～90％以上。
??????? 汽車排放主要污染物的來源、種類及其危害
????????? 當燃料在發(fā)動機汽缸里進行燃燒時，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)，氮氣(N2)和過量的氧氣(O2)。這幾種氣體在正常情況下被認為是無害的。但是，內(nèi)燃機所用的燃料往往都含有其它雜質(zhì)與添加劑，且內(nèi)燃機的燃燒總是不完全的，再加上發(fā)動機工作過程中的其它原因，使發(fā)動機的排氣成分中還含有一定量的一氧化碳(CO)，碳氫化合物(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，有些還帶強烈刺激性，有臭味，甚至有些有致癌作用。這些由汽車排出的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)動機型與運轉(zhuǎn)條件均有所變化。
??????????? 汽車排放污染物主要來源于三個部位：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，每千輛汽車每天排出的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)，因此對人體健康威脅很大。
??????? 一氧化碳 (CO)
??????? 一氧化碳(CO)是汽油機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自汽車排氣,它是燃油燃燒不充分的產(chǎn)物,車速越慢,交通堵塞越嚴重,排放量越多。它是無色、無刺激的有毒氣體。一氧化碳經(jīng)人呼吸進入肺部，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。當大氣中的一氧化碳濃度達到70～80ppm以上時，人在接觸幾小時以后，一氧化碳－血紅蛋白含量為20%左右時，就會引起中毒，當含量達60%時，即可因窒息而死。
??????? 碳氫化合物(HC)
??????? 各種碳氫化合物總稱為烴類，汽車發(fā)動機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。碳氫化合物中大部分對人體健康的直接影響并不明顯，但從汽車排氣成分的檢測中得知，在排出的碳氫化合物中含有少部分醛類(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]芘被認為是一種強致癌物質(zhì)。加上烴類還是光化學煙霧形成的重要物質(zhì)，因此碳氫化合物排放的危害性是不可忽視的。
??????? （3）氮氧化物(NOx)
??????? 汽車發(fā)動機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氫化合物在未發(fā)生光化學反應(yīng)以前，單獨存在時也能產(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,通過呼吸道及肺進入血液,使其失去輸氧能力,產(chǎn)生與CO相似的嚴重后果。NO很易氧化成劇毒的NO2,進入肺臟深處的肺毛細血管,引起肺水腫,同時還能刺激眼黏膜,麻痹嗅覺。NO2單獨存在時是一種棕色氣體，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，嚴重時會引起肺氣腫。如大氣中的NO2達5ppm，就會對哮喘病患者有影響，若在100～150ppm的高濃度下連續(xù)呼吸30～60分鐘，就會使人陷入危險狀態(tài)。此外，即使是NOx的濃度很低，也會對某些植物產(chǎn)生不良影響。
??????? 微粒
??????? 汽車排氣中的微粒，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。鉛化物擴散到大氣中對人體健康十分有害，當人們吸入這種有害物并積累到一定程度時，鉛將阻礙血液中的紅血球的生長與成熟，使心、肺等發(fā)生病變，侵入大腦時則引起頭痛，出現(xiàn)一種精神病的癥狀。當血液中含鉛量超過80μg/100mL時，隨著血液中紅血球狀態(tài)的變化，會出現(xiàn)四肢肌肉麻痹、嚴重腹痛、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人的呼吸系統(tǒng)有害，而且因為碳煙粒的孔隙中往往吸附著二氧化硫及有致癌作用的多環(huán)芳烴如苯并[a]芘等。微粒對人體健康的影響，除了與濃度有關(guān)外，粒子的直徑及其化學性質(zhì)起決定作用，5μm以下的粒子可以進入呼吸道，3μm以下的粒子可以沉積在肺細胞內(nèi)，引發(fā)肺病變，粒子攜帶的苯并[a]芘是強致癌物質(zhì)，可引發(fā)癌癥。
??????? 光化學煙霧
????????? 光化學煙霧是由汽車和工廠排出的碳氫化合物和氮氧化物在陽光作用下，在波長4000×10-10m以下的紫外線區(qū)進行一系列的光化學反應(yīng)，生成臭氧(O3)和過氧化乙酰硝酸鹽(PAN)等光化學過氧化產(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色煙霧。在光化學氧化產(chǎn)物中，臭氧是一種強的氧化劑，在0.1ppm濃度時就具有特殊的臭味。并可達到呼吸系統(tǒng)的深層，刺激下氣道黏膜，引起化學變化，其作用相當于放射線，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，長期吸入氧化劑能降低人體細胞的新陳代謝，加速人的衰老。并且，光化學氧化產(chǎn)物中的臭氧和過氧化乙酰硝酸鹽都能使植物受害，臭氧具有極強的氧化力，能使植物變黑、橡膠開裂；動物在1ppm臭氧濃度下4小時就會出現(xiàn)輕度肺氣腫。過氧化乙酰硝酸鹽的毒性介于NO和NO2之間。
??????? 3 汽車排氣污染的控制與凈化技術(shù)
??????? 根據(jù)中國環(huán)境保護遠景目標綱要,重點城市應(yīng)達到國家大氣環(huán)境質(zhì)量二級標準。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，根據(jù)各城市大氣污染分擔率的特點，應(yīng)加強的流動污染源的控制力度，尤其要加強重點城市機動車污染排放的控制力度。為此制定了相關(guān)的排放法規(guī)和標準。 具體計劃是：輕型汽車在200年達到歐洲第一階段控制水平。重型車和摩托車2001年前后達到歐洲第一階段控制水平，2005年前后達到歐洲第二階段控制水平；2010年前后重點地區(qū)和重點企業(yè)爭取與國際接軌。國家環(huán)境保護總局組建的新生產(chǎn)車監(jiān)督檢測網(wǎng)，將對新車實行監(jiān)督性檢測。達不到排放標準的依照《大氣污染防治法》，不準生產(chǎn)、進口和銷售。
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??????? 機動車控制工作是一項涉及多部門，多方面的系統(tǒng)工程，除了加強法規(guī)要求和執(zhí)法力度外，機動車控制技術(shù)的進步是根本的物質(zhì)保證。經(jīng)對國內(nèi)外成功經(jīng)驗的總結(jié)，結(jié)合我國的實際情況證明：在汽油車上通過使用電子控制燃油噴射和點火系統(tǒng)，配裝氧傳感器實現(xiàn)閉環(huán)控制發(fā)動機工作，同時安裝排氣三效催化轉(zhuǎn)化器是大幅度降低汽油車排放污染物的有效手段，1998年9月國務(wù)院決定自2000年1月1日起，汽車制造企業(yè)生產(chǎn)的所有汽車都要適合使用無鉛汽油。新生產(chǎn)的轎車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發(fā)動機在近似理論空燃比下運轉(zhuǎn)時，同時具有凈化排氣中CO、HC和NOx能力的催化劑。在催化反應(yīng)過程中，廢氣中的CO和HC將NOx還原成氮氣等；同時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，也就是說即使理論空燃比變動較大時，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)動機的每個缸都在理論空燃比條件下運行是不太可能的。為改善這種情況，發(fā)動機制造廠開發(fā)和生產(chǎn)了在接近理論空燃比運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，向微機輸出一個隨氧濃度變化的電信號，微機根據(jù)設(shè)定好的程序，按理論空燃比自動控制進氣混合比。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)動機制造廠開發(fā)和生產(chǎn)了在接近理論空燃比運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, 其動力性、經(jīng)濟性和排放性能都比同類化油器式發(fā)動機好, 是當前綜合解決節(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)實現(xiàn)了對發(fā)動機工作過程和排放的控制, 是機內(nèi)和機外凈化方法的結(jié)合, 可保證在低排放水平的基礎(chǔ)上充分提高發(fā)動機的經(jīng)濟性和動力性。使用催化凈化器，絕對禁止使用有鉛汽油，因為鉛能使貴金屬催化劑“中毒”而失去活性，影響催化劑的使用壽命；另外，汽車潤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。
??????? 改進和提高燃料質(zhì)量
??????? 油品質(zhì)量的降低車輛污染物的排放，保證發(fā)動機及其排放控制系統(tǒng)正常工作十分重要。提高燃料質(zhì)量，改變?nèi)剂蠘?gòu)成，也是強化燃燒過程，降低排氣中有害物質(zhì)含量的有效措施。國家環(huán)境保護總局于1999年6月發(fā)布了《車用汽油有毒物質(zhì)控制標準》，車用汽油中對生態(tài)環(huán)境和人體健康有直接毒害的、或?qū)ζ嚢l(fā)動機和排放控制裝置有害、造成汽車排放狀況惡化的9類物質(zhì)（苯、烯烴、芳烴、錳、鐵、銅、鉛、磷、硫）含量將按照相關(guān)指標進行控制。
??????? 推廣使用清潔燃料汽車
????????? 清潔代用燃料汽車的開發(fā)和普及應(yīng)用，為防治機動車污染開辟了新的途徑。為達到更嚴格的排放標準，世界各國汽車制造商都在努力積極地研究開發(fā)各種低污染代用燃料汽車：天然氣汽車、液化氣汽車、甲醇汽車、乙醇汽車、生物燃料汽車、多種靈活燃料汽車、氫燃料汽車、電動汽車、太陽能汽車等等。其中尤以天然氣汽車和液化石油氣汽車最為成熟并在一些國家普及，成為很有實用價值的清潔燃料汽車。目前我國已有哈爾濱、長春、沈陽、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和液化氣汽車。并將公共汽車和出租汽車這類運營線路相對固定、行駛時間較長的車輛作為發(fā)展清潔燃料汽車中的重點。
??????? 【小結(jié)】 究竟是國民健康第一？還是經(jīng)濟協(xié)調(diào)優(yōu)先？簡簡單單的一句話給世人以警醒：注意發(fā)展經(jīng)濟的同時，也要注意健康問題。目前大氣遭受著嚴重的污染，給人們的生活和身體健康帶來了嚴重的危害，我們必須采取有效的措施，加強和提高人們對環(huán)境的保護意識，從我做起，還自己一個清新、干凈和安全的生活環(huán)境。
??????? 【參考文獻】
??????? ①作者：何斌；譚界中? 文章：中國學術(shù)期刊? 1998年S1期
??????? ②作者：張繼娟；魏世強? 文章：我國大氣污染現(xiàn)狀和特點? 2006年25卷3期
??????? ③作者：苑中顯? 文章：我國能源狀況與發(fā)展對策? 中國冶金期刊 2005年5期
??????? ④作者：劉連友；郭蘭蘭；呂艷麗 文章：我國南北方城市空氣質(zhì)量對比分析 環(huán)境保護科學期刊 2008年4期
??????? ⑤作者：劉偉? 文章：淺談我國城市大氣污染 硅谷期刊 2008年19期
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