Содержание со в выхлопных газах

Содержание

Какие тяжелые металлы содержатся в выхлопных газах

Влияние выхлопных газов на организм людейВыхлоп

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.

Сейчас именно отходящие газы являются основной причиной загрязнения воздуха в городе и постоянно оказывают влияние на здоровье человека. Итак, с терминологией разобрались, давайте узнаем, что именно регулярно поставляют автомобили в нашу атмосферу, чем это опасно и как защититься, если Вы чувствуете запах выхлопных газов в квартире.



Компоненты выхлопа двигателей внутреннего сгорания. Состав выхлопных газов

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.

Из чего «состоят» выхлопные газы автомобиля?

Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится тема экологии Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.

Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам – рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.

Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.

Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.

Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются дизельные моторы, особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.

Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании

Выхлопные газы автомобилей

выхлопные газы автомобилей

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, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), 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.

Состав выхлопных газов
Компоненты выхлопного газа Содержание по объему, % Примечание
Двигатели
бензиновые дизели
Азот 74,0 – 77,0 76,0 – 78,0 нетоксичен
Кислород 0,3 – 8,0 2,0 – 18,0 нетоксичен
Пары воды 3,0 – 5,5 0,5 – 4,0 нетоксичны
Диоксид углерода 5,0 – 12,0 1,0 – 10,0 нетоксичен
Оксид углерода 0,1 – 10,0 0,01 – 5,0 токсичен
Углеводороды неканцерогенные 0,2 – 3,0 0,009 – 0,5 токсичны
Альдегиды 0 – 0,2 0,001 – 0,009 токсичны
Оксид серы 0 – 0,002 0 – 0,03 токсичен
Сажа, г/м 3 0 – 0,04 0,01 – 1,1 токсична
Бензопирен, мг/м 3 0,01 – 0,02 до 0,01 канцероген

Исследовательская работа по экологии на тему: «Влияние выхлопных газов на окружающую среду и организм человека»

Выхлопы содержат тяжелые металлы, продукты окисления и сгорания топлива, ароматические углеводороды. К самым опасным относятся:

  • окись углерода;
  • углекислый газ;
  • озон;
  • сера;
  • оксид азота;
  • бензол.

Вступая в реакцию между собой, эти элементы образуют новые ядовитые соединения. Машины, работающие на дизельном топливе, выдают больше токсичных веществ по сравнению с бензиновыми двигателями. Но и те и другие пагубно воздействуют на экологию.

Выхлопная трубаВыхлопы автомобилейЗадымленность городов

Методы снижения токсичности отработавших газов автомобилей

Снижение токсичности отработавших газов

Методы, используемые для снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием, делятся на две основные категории: конструктивные методы и очистка отработавших газов. Основные промышленно развитые страны стремятся внедрить у себя (или уже приняли) строгие нормы предельной токсичности отработавших газов. Выполнение этих норм требует использования систем снижения токсичности, включающих трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который уже доказал свою эффективность в США, Европе и Японии

Химический состав выхлопных газов

Все автомобили выбрасывают в воздух канцерогены и токсичные вещества. Состав выхлопных газов автомобиля меняется в зависимости от типа двигателя, бензиновый или дизельный, однако основной набор остается прежним.

Итак, в состав автомобильных выхлопных газов входят:

Компонент Объемная доля в бензиновом двигателе, % Объемная доля в дизельном двигателе, % Токсичность
Азот 74–77 76–78 нетоксичен
Кислород 0,3–8 2–18 нетоксичен
Водяной пар 3–5,5 0,5–4 нетоксичен
Диоксид углерода 5–12 1–10 нетоксичен
Оксид углерода 0,1–10 0,01–5 токсичен
Углеводороды 0,2–3 0,009–0,5 токсичны
Альдегиды 0–2 0,001–0,009 токсичны
Диоксид серы 0–0,002 0–0,03 токсичен
Сажа, г/м3 0–0,04 0,1–1,1 токсична
Бензапирен, г/м3 0,01–0,02 0–0,01 токсичен

Как видно, состав выхлопных газов достаточно разнообразен, и большая часть компонентов токсична. Теперь давайте разберемся, какое влияние оказывают выхлопные газы на человека.



Параметр лямбда

Лямбда = больше 1 означает избыток воздуха или «бедную» смесь. Лямбда = меньше 1 означает избыток топлива или «богатую» смесь. Все современные компьютерные системы управления двигателем запрограммированы на «приготовление» идеальной смеси для сгорания при различных условиях работы мотора. Условием правильного сгорания является безупречное состояние механической части двигателя, системы зажигания, впускного и выпускного тракта двигателя. Но абсолютно совершенное сгорание невозможно даже при идеальной топливно-воздушной смеси. Процесс сгорания можно оценить по составу компонентов выхлопных газов при помощи газоанализатора.
Современные 4-х компонентные газоанализаторы анализируют СО, СО2, СН, О2 – и рассчитывают коэффициент лямбда. На диагностике по анализу компонентов выхлопных газов можно достоверно определить как работает мотор, как приготавливается смесь, имеются ли нештатные подсосы воздуха во впускной и выпускной системах, имеется ли расход масла в двигателе.

Оксид углерода (CO – угарный газ)

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).

В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 – 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Вредные вещества

Состав выхлопных газов

Состав отработавших (выхлопных) газов автомобиля включает множество веществ или групп веществ. Преобладающей частью компонентов ОГ являются неядовитые, содержащиеся в обычном воздухе газы. Как показано на рисунке, лишь небольшая часть ОГ является вредной для окружающей среды и здоровья людей. Несмотря на это, необходимо дальнейшее снижение концентрации токсичных компонентов ОГ. Хотя современные автомобили сегодня дают очень чистый выхлоп (у автомобилей Евро-5 он в некоторых аспектах даже чище всасываемого воздуха), огромное число эксплуатируемых автомобилей, которых только в Германии насчитывается около 56 млн единиц, выбрасывает значительное количество ядовитых и вредных для здоровья веществ. Исправить ситуацию призваны новые технологии и введение более жестких требований к экологичности ОГ.

Измерительные приборы

Принципы измерений, используемые во всем мире для предусмотренных проверок, являются следующими.

Снижение токсичности методом дозирования топлива

Рабочая смесь, качество которой определяется коэффициентом избытка воздуха λ, оказывает решающее влияние на состав отработавших газов.

Двигатель обеспечивает получение максимального крутящего момента при λ = 0,9 – эта величина обычно программируется для режима полной нагрузки двигателя. Оптимальная топливная экономичность достигается при смесях, характеризующихся λ = 1,1. Это совпадает с возможностью получения низких выбросов CO и CH. Однако выбросы оксидов азота (NOx) при этом оказываются максимальными. Коэффициент избытка воздуха λ = 0,9 … 1,05 выбирается для режима холостого хода двигателя.

Слишком обедненная смесь приводит к появлению пропусков воспламенения, а так как смесь постепенно обедняется и далее, это влечет за собой быстрое увеличение выбросов СН.

Для предотвращения работы двигателя на сверхвысоких оборотах, когда требуется постоянное использование богатой смеси, осуществляется полное прекращение подачи топлива к двигателю.

Системы впрыска топлива позволяют добиться более точного контроля за составом смеси и значительно снизить количество выбросов отработавших газов.

Атмосфера шахт и карьеров

Состав рудничного воздуха

Кислород О2. Газ без цвета, вкуса и запаха, объемная масса по отношению к воздуху — 1,11. Вес 1 м3 равен 1,43 кг. Весьма активен.

Помимо окисления уменьшение О2 в рудничном воздухе происходит в результате поступления в а, дополнительных количеств СН4, СО и других газов, пожаров, взрывов газов, работы двигателей и дыхания людей.

Дыхание и обогащение крови О2 происходит, главным образом, через легкие человека. Из всего кислорода только 1/5 попадает в кровь. На четыре объема СО2 расходуется пять объемов поглощенного кровью кислорода. Респираторный коэффициент человека равен:

При содержании кислорода в воздухе менее 15% значительно ухудшается поглощение его кровью. В шахтах одышка, и сердцебиение наступают уже при 17%. Смерть от кислородного голодания (аноксемия) может произойти при содержании О2 9 — 12%.

В СССР установлена норма содержания О2 в рудничном воздухе не менее 20%. Норма достаточно высока и превышает на 1 % большинство норм, установленных на О2 в зарубежных странах. Это сделано с учетом отсутствия в шахтах полезных для человека солнечных лучей.

Азот N2. Газ без цвета, запаха и вкуса. Объемная масса — 0,97. Безвреден. Источники образования азота: гниение, взрывные работы (1л нитроглицерина при взрыве выделяет 640 л газа, из них 135 л — N2), выделение в чистом виде, «мертвый воздух» и др.

Углекислый газ СО2. Газ без цвета, со слабым кислым вкусом и запахом. Источники образования: разложение органических соединений (лес), горных пород, окисление угля, выделение в готовом виде, внезапные выбросы, дыхание (50 л/ч), взрывные работы (250 л на 1 кг ВВ), двигатели (60 л/ч на 1 л. с.) и др.

При небольшом содержании в воздухе углекислый газ улучшает дыхание (увеличение СО2 в альвеолах на 0,2% улучшает дыхание вдвое). При содержании СО2 от 3% и более он действует отравляюще. Учащается дыхание даже в состоянии покоя, появляется сильная одышка и слабость (6%), наступает обморочное состояние (10%) и смерть (21—25%).

Норма содержания СО2 в воздухе установлена для поверхностных помещений не более 0,1%. В горных выработках норма выше — 0,5%, так как в рудничном воздухе преобладает углекислый газ органического происхождения, не содержащий ядовитых примесей, характерных для СО2 физиологического происхождения. На исходящих струях шахт, т. е. в местах, свободных от людей, а также в исключительных случаях при прохождении и восстановлении выработок по завалу допускается большее содержание СО2 — 0,75 и 1% соответственно.

Количество выделяющегося СО2 в шахте в единицу времени называется абсолютной углекислотообильностью шахты (QСО2), это же количество, отнесенное на 1 т добытого полезного ископаемого, относительной углекислотообильностью. По относительной углекислотообилыюсти угольные шахты делятся на четыре группы: 1 — с СО2 на 1 т добычи до 5 м3, II – 5-10 м3/т, III – 10-15 м3/т и IV — более 15 м3/т.

Анализ содержания углеводородов

Общее содержание углеводородов, содержащихся в выхлопных газах дизельного двигателя, определяется с помощью детектора — анализатора ионизации в пламени (FID). Принцип измерения FID основан на образовании ионов из углеводородов в пламени водорода.

Метод измерения прибора FID

Рис. Метод измерения прибора FID: 1. Дисплей (шкала на приборе); 2. Устройство для сжигания; 3. Выход; 4. Водород; 5. Воздух без НС; 6. Калибровочный газ; 7. Выхлопные газы.

Выхлопные газы содержат большое количество различных соединений углеводородов, которые содержатся по отдельности в несгоревших, расщепленных и частично окисленных соединениях в различных соотношениях в зависимости от типа топлива и режима работы двигателя. Измерение общего содержания углеводородов в выхлопных газах дизельного двигателя становится особенно проблематичным из-за того, что результаты зависят от метода подготовки образца для измерений. Изза меняющихся процессов конденсации и испарения углеводородов с высокой температурой кипения в выхлопных газах дизельного двигателя, которые находятся в магистрали для отбора в отличие от измерений для бензинового двигателя, необходимо полностью нагреть магистраль для отбора образца, идущей к детектору — анализатору FID и внутри FID к устройству для сжигания. Температура нагрева магистрали для отбора должна быть 190±10°С.

Оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в дальнейшем – NOx)

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 NOx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2).

Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N2O – гемиоксид, веселящий газ) – газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO2 (диоксид) – бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе.

Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений – в 40 раз.

Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации NOx в воздухе в пределах 0,5 – 6,0 мг/м 3 . Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей.

На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К – уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (СН)

Углеводороды выбрасываются в атмосферу в виде несгоревшего топлива. Они оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки и органы дыхания человека. Дальнейшая оптимизация рабочего процесса двигателя возможна лишь путем совершенствования производственных технологий и углубления знаний о процессах сгорания.

Углеводородные соединения возникают в виде парафинов, олефинов, ароматов, альдегидов (особенно формальдегидов) и полициклических соединений. Экспериментально доказаны канцерогенные и мутагенные свойства более 20 полициклических ароматических углеводородов, которые в силу своего малого размера способны проникать до легочных пузырьков. Самыми опасными углеводородными соединениями считаются бензол (С6Н6), толуол (метилбензол) и ксилол (диметилбензол, общая формула С6Н4 (СН3)2). К примеру, бензол может вызвать у человека изменения картины крови и привести к возникновению рака крови (лейкемии).

Причиной выбросо углеводородов в атмосферу всегда является неполное сгорание топлива, недостаток кислорода, а при очень обедненной смеси — слишком медленное сгорание топлива.

Влияние выхлопных газов на организм человека

Выхлопные газы автомобиля могут нанести вред здоровью, и достаточно серьезный. Прежде всего, оксид углерода или угарный газ, о котором мы уже писали в блоге, не имеет вкуса и запаха, но при высокой концентрации вызывает головокружение, головную боль, тошноту, может приводить к обморокам.

Сернистый бензин и создаваемый им оксид серы – одна из причин сильного запаха выхлопных газов. Дело в том, что молекулы диоксида серы очень ощутимо воздействуют на обонятельные рецепторы, поэтому этот запах чувствуется даже при невысокой концентрации, а более концентрированный “аромат” перекрывает все остальные запахи для носа человека, что может подтвердить каждый, кто зажигал в доме спички. Этилированные бензины обогащают воздух свинцом. Количество таких выхлопных газов и вред здоровью, который они наносят, сделало свинец одним из самых известных отравляющих компонентов в атмосфере. В настоящее время такой бензин в качестве топлива для автомобилей уже не используется, но довольно долго его пары наполняли все крупные города. Углеводороды в выбросах автомобилей окисляются при попадании под действие солнечных лучей и образуют токсичные соединения с резким запахом, которые особенно сильно сказываются на работе верхних дыхательных путей и приводят к обострениям хронических заболеваний дыхательной системы.

Вред от выхлопных газов автомобиля во многом объясняют канцерогены – сажа и бензопирен, которые способствуют развитию опухолей, особенно — злокачественных.

Рассматривая выхлопные газы и вред, который они приносят, нужно добавить и про влияние этого химического коктейля целиком: длительный контакт с выхлопными газами приводит к смерти, в частности — от отравления конкретно угарным газом. Наибольшая опасность этих выбросов состоит в их количестве, распространенности и мелком размере частиц, что позволяет выхлопам проходить через естественные барьеры организма и попадать в легкие. При постоянном воздействии выхлопных газов на организм может развиваться иммунодефицит, бронхиты, страдают сосуды головного мозга, нервная система и другие органы. Кроме того, большая часть токсичных веществ, входящих в состав выхлопных газов, может взаимодействовать друг с другом и с другими компонентами атмосферы, что способствует образованию смога.

Как проявляется отравление угарным газомПризнаки отравления угарным газомпомощь при отравлении

Равномерное распределение

Максимальный коэффициент полезного действия (к.п.д.) двигателя может быть достигнут только при одинаковом коэффициенте избытка воздуха в каждом цилиндре.

Общие сведения о вредных веществах

Автомобильные выхлопные газы — это своеобразный коктейль из нескольких сотен химикатов, которые могут причинить вред и человеческому здоровью, и экологии. Они выделяются в процессе сгорания топлива.

Статистика гласит, что одна «легковушка» выделяет за сутки в окружающую среду в среднем до одного килограмма канцерогенов, токсинов и технических компонентов. При этом вредные вещества аккумулируются и могут содержаться в атмосфере до пяти-шести лет. Они могут навредить и окружающей среде, и человеку, и растениям, и животным.

Когда концентрация выхлопных газов в воздухе превышает норму, то они негативно сказываются и на человеческом самочувствии. Больше всего от их воздействия страдают водители такси и маршруток, а также люди, которые проводят много времени в автопробках. При этом самыми вредными считаются дизельные двигатели, которые могут отработать много сажи.

Выбросы из выхлопной трубы автомобилей моментально воздействуют на органы дыхания, причем у взрослых гораздо меньше, нежели у детей. Обусловлено это тем, что максимальная концентрация газов сосредоточена примерно на уровне детского лица.

Как снизить негативное воздействие выхлопных газов

Чтобы уменьшить нагрузку на природу, принимается ряд мер:

  1. Повышенное налогообложение на транспорт с большим объемом двигателя.
  2. Организация дорожного движения и увеличение пешеходных зон.
  3. Ограничение скорости в центральных районах города.
  4. Выпуск гибридных, малолитражных автомобилей.

Защита окружающей среды уже не пустой звук. Реальные действия проводятся на мировом уровне, создаются масштабные проекты, разрабатываются международные стандарты. Участие и поддержка таких акций – обязанность каждого человека.

Мелкая пыль (твердые частицы)

Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.

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.

Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.

Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.

Здоровье жителей мегаполисов

Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.

Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.

Углекислый газ (CO2)

Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.

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.

С 1990 года выбросы углекислого газа почти непрерывно сокращаются, в общей сложности уменьшившись на 24,3 процента. Однако, несмотря на производство все более экономичных двигателей, рост автомобилизации и увеличение грузового движения нивелирует попытки ученных и инженеров уменьшить вред. Ввиду чего выбросы углекислого газа остаются на высоком уровне.

Кстати: весь автотранспорт, скажем, Германии несет ответственность “только” за 18 процентов выбросов CO2. Более чем в два раза больше, 37 процентов, уходит на выбросы энергетики. В США картина противоположенная, там наиболее серьезный урон природе наносят именно автомобили.

Окислы азота (NOх)

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.

Это самый проблематичный из всех окислов азота и в перспективе для него будут действовать отдельные нормы по допустимой концентрации. Доля NO2 в общих выбросах оксидов азота в будущем должна будет составлять менее 20%. В директиве 1999/30/EG с 2010 года предельно допустимая концентрация N02 установлена на уровне 40 мкг/м Соблюдение этой предельной концентрации предъявляет особые требования к защите от вредных выбросов.

Самые благоприятные условия для образования окислов азота — высокая температура сгорания обедненной топливовоздушной смеси. Системы рециркуляции ОГ позволяют снизить долю окислов азота в выхлопе автомобилей.

Рециркуляция отработавших газов как способ снижения токсичности отработавших газов

Отработавшие газы направляются обратно в камеру сгорания для снижения максимальной температуры сгорания с целью снижения образования NOx. Оптимизация системы EGR может также приводить к снижению расхода топлива. Система EGR используется любым из двух способов:

— внутренней рециркуляцией отработавших газов, обеспечиваемой соответствующей установкой фаз газораспределения (перекрытия клапанов);

— внешней рециркуляцией отработавших газов с применением управляемых клапанов.

Окись углерода (Co, угарный газ)

Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

Даже небольшое количество окиси углерода приводит к повреждению организма, несколько минут проведенных в плохо проветриваемом гараже с работающим автомобилем может убить человека. Будьте предельно осторожны! Не прогревайте автомобиль в закрытых боксах и помещениях без вентиляции!

Но насколько опасен оксид углерода на открытом воздухе? Проведённый в Баварии эксперимент показал, что в 2016 году средние значения, показанные измерительными станциями, оказались между 0,9-2,4 мг/м 3 , оказались значительно ниже предельных показателей.

Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.

Под воздействием солнечного света углеводороды и окись азота превращается в озон. Через дыхательные пути озон попадает в организм и приводит к повреждению клеток. Последствия, влияния озона: местное воспаление дыхательных путей, кашель и одышка. При небольших объемах озона никаких проблем с последующим восстановлением клеток организма не возникнет, но при больших концентрациях этот безобидный с виду газ может спокойно убить здорового человека. Не зря в России этот газ отнесен к самому высокому классу опасности.

С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.

Воздействие на человеческий организм

В своем составе выхлопные газы автомобилей имеют ядовитые и вредные химические соединения, могут служить причиной развития хронических и острых заболеваний. В органах дыхания при этом могут возникать следующие патологии:

  • астма;
  • аллергия;
  • бронхит;
  • злокачественные новообразования;
  • гайморит;
  • эмфизема;
  • воспаления дыхательных путей.

Кроме того, из-за содержания вредных веществ в выбросах может страдать и сердечно-сосудистая система. Для нее характерны следующие явления:

  • головокружения;
  • отдышка и затруднение дыхания;
  • признаки стенокардии;
  • формирование тромбозов;
  • инфаркт миокарда.

Вещества, присутствующие в составе выхлопов автомобилей, могут скапливаться внутри организма. Из-за этого происходит его зашлаковывание, приводящее к развитию серьезных болезней. О влиянии выхлопных газов на здоровье человека ведется очень много споров, но все они сводятся к тому, что вред неминуем.

Измерение выбросов твердых частиц

В соответствии с определением, выбросами твердых частиц считаются составляющие выхлопных газов, которые при температуре в 52°С осаждаются на стандартных стекловолоконных фильтрах с фтористо-углеродным покрытием. Измерения массы проводятся с использованием разных методов взвешивания (полых или заполненных фильтров) при постоянных уровнях влажности и температуры. Используются прецизионные весы.

Двуокись серы (SO2)

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 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.

Сероводород (H2S)

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.

Сероводород в выхлопных газах возникает при определенных условиях, причем, несмотря даже на наличие катализатора, и зависит от содержания серы в топливе.

Последствия автотранспортного загрязнения для окружающей среды

Негативное воздействие на окружающую среду от использования автомобилей обусловлено сразу несколькими факторами:

  • сточные воды. Сточные воды от автотранспорта образуются в процессе мойки машин на станциях обслуживания и в тёплое время года на территориях автозаправочных станциях при заправке жидкими моторными топливами. После использования сточные воды необходимо направить на очистные сооружения для дальнейшей очистки. В составе сточных вод могут быть тяжёлые металлы, кислоты и щёлочи. В них также можно обнаружить частицы краски и растворителей от моющих растворов. После процессов водоподготовки очищенная вода сбрасывается на рельеф местности или водоём. Объём сточных вод приблизительно составляет от 80 до 85% от объёма производственных стоков автотранспортных организаций. Количество их содержания меняется в зависимости от типа автомобиля, качества дорожного полотна, климатических условий, характера перевозимого груза и др. Приоритетным направлением по уменьшению негативного воздействия сточными водами является запрет на мойку и ремонтные работы автомобилей в необорудованных местах рядом с водоёмами открытого типа. Также необходимо внедрение в работу систем оборотного водоснабжения в производстве;
  • пыль. Автомобильный транспорт также является одной из причин загрязнения воздуха пылью. Она оседает на растениях и деревьях вдоль проезжей части, отчего вид у них становится тусклый и безжизненный;
  • угарный газ. Растворенные в атмосферных осадках оксиды азота и серы приводят к выпадению кислотных дождей, которые отравляют растительный покров и среду обитания живых существ;
  • повышенный уровень шума. Единицей измерения шума в экологии является дБА — акустический децибел, единица измерения уровня шума с учетом восприятия звука человеком. В густонаселённых районах уровень шума достигает 70-75 дБА, что превышает допустимую норму в 35-40 дБА почти в два раза. Особенно чувствительны к акустическому загрязнению птицы: у них при постоянном пребывании в шумной среде развивается хроническое стрессовое состояние. Оно проявляется в изменении гормонального обмена веществ у взрослых особей, а у птенцов — к сокращению выживаемости. Таким образом, численность птиц уменьшается;
  • инфразвук. Инфразвуковым шумом являются колебания в частотном диапазоне до 20 Гц. Инфразвук в автомобилях обусловлен срывом встречного потока воздуха позади автомобиля, причём интенсивность инфразвука возрастает с уменьшением частоты. Такой вид шума распространяется на значительные расстояния, нарушая у животных ориентацию в пространстве, что может даже повлечь за собой их гибель.

В глобальном смысле использование огромного числа автомобилей является одной из причин глобального потепления и возникновения озоновых дыр.

Экологические проблемы современной России

Парниковый эффект, его участие в будущем Земли

Влияние вырубки лесов на мировую экологию

Определение выбросов сажи

Методы фильтрации и поглощения обычно указываются в требованиях по контролю выхлопных газов как методы измерения содержания сажи в выхлопных газах дизельного двигателя. Существует взаимосвязь между результатами измерений обоих методов, если для измерений поглощения (прозрачности) выхлопные газы не содержат паров воды и топливного тумана. Оба метода измерения дают измеряемые величины, которые возрастают логарифмически с увеличением концентрации сажи. Повышенная точность измерений (10%) может быть достигнута с помощью оптических приборов.

В случае метода фильтрации используется почернение фильтровальной бумаги в качестве меры для количества сажи, осажденной на ней.

Определение выбросов сажи

В некоторых странах (например, Швейцарии) фильтрующее устройство предписано для измерения выбросов дыма при свободном (без нагрузки) разгоне в качестве критерия для оперативного контроля. Для этой цели продолжительность движения плунжера насоса фильтра должна быть увеличена до 6 секунд, чтобы полный выброс дыма мог пройти через фильтровальную бумагу (2) в течение хода плунжера (3 — положение плунжера перед измерением, 5 — после измерения). Оценка производится с помощью фотоячейки (Ь) или с помощью специальной шкалы серости (9).

Дымомер (измеритель поглощения или прозрачности) (а) использует ослабление интенсивности луча света в качестве меры концентрации сажи. При измерении часть выхлопных газов (4) прокачивается насосом через заборное устройство и через шланг в измерительную камеру. Процесс, указанный выше предотвращает давление выхлопных газов и его флуктуации, отрицательно влияющие на результаты измерений.

Луч света (8 — источник света), проходящий через выхлопные газы, поступает в измерительную камеру. Уменьшение интенсивности света измеряется фотоэлектрическим способом (10 — приемник света) и отображается в % коэффициента прозрачности Т или как коэффициент поглощения к. Высокая точность к воспроизводимость измерений требуют, чтобы длина измерительной камеры была точно определена, а окошко измерительной камеры поддерживалось чистым от сажи с помощью методов термической очистки.

Измерение прозрачности для определения выбросов сажи

Рис. Измерение прозрачности для определения выбросов сажи: а) Дымомер; Ь) Измерение выхлопных газов; 1. Пробник для забора выхлопных газов; 2. Клапан переключения на поступление чистого воздуха; 3. Измерительная камера; 4. Измерительное расстояние; 5. Лампа; 6. Приемник; 7. Насос; 8. 1/мин; 9. Коэффициент поглощения к; 10. Время; 11. Коэффициент непрозрачности +.

Кривая предельных значений для дымности дизельного двигателя

Рис. Кривая предельных значений для дымности дизельного двигателя

К=(1/L)*ln(1-(N/100))
V — рабочий объем двигателя, л;
n — число оборотов двигателя, об/мин;
L — длина поглощения, м;
N — интервал линейной шкалы, 0-100;
1 — коэф. поглощения k*, 1/м;
2 — номинальный потк выхлопных газов, (V*n)/120 (л/с).

Влияние степени сжатия на количество токсичных компонентов отработавших газов

Ранее считалось, что повышение термического коэффициента полезного действия (к.п.д.) путем роста степени сжатия представляется эффективным мероприятием для улучшения топливной экономичности. Однако при этом одновременно увеличивается и максимальная температура сгорания, которая вызывает более высокую концентрацию выбросов NOx.

Помощь при отравлении

Обезопасить от возникновения осложнений поможет своевременная помощь, проводимая в домашних условиях до приезда машины скорой помощи. Основное лечение проводится в медицинском учреждении.

Первая помощь

Для спасения жизни пострадавшего человека срочно надо предпринять следующие меры, предупредить развитие осложнений:

  1. Позвонить в больницу, вызвать машину скорой помощи.
  2. Устранить источник выхлопных газов (выключить двигатель). Не стоит забывать, что, входя в помещение, прикладываем влажную тряпочку к лицу.
  3. Вытащить человека на открытое пространство.
  4. Применить нашатырный спирт осторожно, чтобы не вызвать повреждение слизистой носоглотки.

  1. При отсутствии пульса провести мероприятие по искусственной вентиляции лёгких, непрямому массажу сердца.
  2. Простимулировать кровообращение растиранием грудной клетки.
  3. Если развился рвотный рефлекс, перевернуть человека на бок.
  4. Привести в чувство, придать положение полусидя для пострадавшего.

Медицинская помощь

В больнице в условиях стационара пострадавшему проведут дополнительные меры по восстановлению организма. Лечение может включать:

  • Применение препаратов из цикла сердечных лекарств; дополнительное назначение (борьба с отёчностью, помощь в интенсивном выведении вредных веществ – мочегонное средство).
  • Введение глюкозы, в начале поступления больного используют 10% хлорид Ca.
  • Поможет восстановить работу дыхательной системы аппарат искусственной вентиляции лёгких.
  • Проведение процедуры гемосорбции.
  • При нормализации состояния слизистой оболочки дыхательных путей назначают растворы на основе глюкозы и соли.
  • В профилактических целях врач назначит курс антибиотиков.
  • Наличие осложненных форм заболеваний сердечно-сосудистой системы является прямым показанием к медикаментозному лечению.

Длительность курса лечения зависит от степени поражения организма выхлопными газами. По окончанию рекомендуется посещение санаториев и курортов.

Сегодня автомобильным транспортом наносится серьёзный вред окружающей среде. Переход на экологический вид топлива пока не представляется повсеместно возможным. Значит, остается соблюдать технику безопасности при работе в гараже, мастерских и просто меньше находиться вблизи работающего автомобиля.

Оксиды Азота (NOx)

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.

Данные замеров показывают, что в среднем в годовом отношении количество NOx было превышено на 57% от нормы. Главными виновниками остается разнообразный транспорт. С 2010 года наблюдается лишь незначительное снижение тренда загрязнения. С 1990 по 2015 год выбросы снизились на 59%.

Аммиак (NH3)

Вдыхание аммиака приводит к раздражению дыхательных путей, кашлю, одышке и удушью. Также аммиак вызывает воспаляющиеся покраснения на коже. Прямое отравление аммиаком случается редко, так как даже большие его количества быстро превращаются в мочевину. При прямом вдыхании большого количества аммиака функции легких зачастую нарушаются на долгие годы. Особенно опасен этот газ для глаз. При сильном воздействии аммиака на глаза могут наступить помутнение роговицы и слепота.

При определенных условиях аммиак может образоваться даже в катализаторе. В то же время аммиак оказывается полезен в качестве восстановителя для катализаторов SCR.

Конструкция камеры сгорания

Снижение выбросов CH обеспечивается компактной камерой сгорания, имеющей минимальную площадь поверхности с отсутствием выемок. Центральное расположение свечи зажигания обеспечивает короткий путь распространения пламени, позволяя получить быстрое и относительно полное сгорание рабочей смеси, что приводит, кроме низких выбросов CH, к пониженному расходу топлива. Турбулизация рабочей смеси в камере сгорания обеспечивает более быстрое сгорание. Кроме создания двигателей, способных работать на обедненных смесях, оптимизация формы камеры сгорания дает возможность снизить концентрацию CH при λ = 1.

Создания вихревого движения смеси во впускном канале и оптимизация формы камеры сгорания позволяют использовать переобедненные рабочие смеси (λ = 1,4…1,6). Такие двигатели характеризуются низкой токсичностью и очень хорошей экономичностью, они не нуждаются в каталитической очистке отработавших газов. Разработки в области снижения выбросов NOx у двигателей, работающих на переобедненных смесях, еще находятся в начальной стадии. Такие двигатели вплоть до настоящего времени с успехом применялись в Европе и Японии. Имелось только несколько моделей, использующих концепцию обедненных смесей, когда достигался компромисс между токсичностью отработавших газов и расходом топлива.

Мелкая пыль

При работе двигателей внутреннего сгорания образуются также особо мелкие частицы — пыль. Она состоит главным образом из частиц полициклических углеводородов, тяжелых металлов и соединений серы. Часть фракций пыли способна проникать в легкие, другие фракции в легкие не проникают. Фракции размером более 7 мкм менее опасны, так как отфильтровываются собственной системой фильтрации человеческого организма.

Различный процент более мелких фракций (менее 7 мкм) проникают в бронхи и легочные пузырьки (альвеолы), вызывая локальное раздражение. В области легочных пузырьков растворимые компоненты попадают в кровь. Собственная система фильтрации организма справляется не со всеми фракциями мелкой пыли. Атмосферные пылевые загрязнения называют также аэрозолями. Они могут быть в твердом или жидком состоянии и в зависимости- от размеров могут иметь различный период существования. При движении мельчайшие частички могут соединяться в более крупные с относительно стабильным периодом существования в атмосфере. Такими свойствами в основном обладают частицы диаметром от 0,1 мкм до 1 мкм.

При оценке образования мелкой пыли в результате работы автомобильного двигателя следует отличать эту пыль от пыли, образующейся естественным путем: пыльцы растений, дорожной пыли, песка и многих других веществ. Нельзя недооценивать и такие источники мелкой пыли в городах, как износ тормозных колодок и шин. Так что выхлопы дизельных двигателей — не единственный «источник» пыли в атмосфере.

Вентиляция картера двигателя

Концентрация углеводородов в картере двигателя может во много раз превышать регистрируемую в отработавших газах. Система регулирования вентиляции картера перепускает картерные газы во впускной тракт двигателя, откуда они попадают в камеру сгорания для дожигания. Раньше эти газы выпускались неочищенными непосредственно в атмосферу; сейчас наличие системы снижения токсичности картерных газов является обязательным требованием.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий