Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Образование загрязняющих веществ при сгорании топлива в автомобилях и их влияние на человека



Основными продуктами сгорания углеводородного топлива (бензина, дизельного топлива) являются диоксид углерода (СО2) и вода (Н2О). Но в относительно небольших количествах в отработавших газах содержится более 200 видов загрязняющих веществ, наиболее существенными из которых являются:

- оксид углерода (СО);

- оксиды азота (NOx);

- углеводороды (СxНy);

- твёрдые частицы (сажа, С).

Диоксид углерода (углекислый газ)СО2. Наиболее массовый продукт сгорания органического топлива, выбросы которого в мире достигают 4 млрд. т/год. При сгорании 1 кг углеводородного топлива в автомобильном двигателе в атмосферу выбрасывается 2,5-2,8 кг углекислого газа. Относится к инертным нетоксичным газам. При стабильном состоянии глобальной экосистемы содержание его в атмосфере остается постоянным, в основном за счёт адсорбции водами океана. При избытке происходят изменения в озоновом слое, влияющие на геофизические и макроклиматические процессы. Нормативные ограничения на выбросы не установлены, но с недавних пор контролируется общее содержание в атмосфере на региональном (национальном) и глобальном уровне.

Углекислый газ в наибольшей степени ответствен за явление, названное «парниковым эффектом». Количество диоксида углерода, выбрасываемого в воздух одним автомобилем за год, в четыре раза превышает вес самого автомобиля.

Оксид углерода (угарный газ)СО. Продукт неполного (при нехватке кислорода) сгорания топлива. В дизельных двигателях образуется меньше СО по сравнению с бензиновыми, потому что в дизельных двигателях всегда присутствует избыток кислорода. Представляет собой бесцветный горючий газ, не имеющий запаха. Токсичность его обусловлена способностью соединяться с гемоглобином крови со скоростью в 200 раз большей, чем кислород. При вдыхании то с воздухом возникает кислородное голодание организма с соответствующими физиологическими последствиями. Первые признаки отравления возникают при концентрации в воздухе более 100 мг/м3, такая концентрация нередко возникает в гараже при работающем двигателе даже с хорошей вентиляцией, а на дорогах возможна в автомобильных пробках. Если концентрация превышает 500г/м3, что возможно в невентилируемых помещениях при работающем двигателе, симптомы отравления - усиленное сердцебиение, головная боль, тошнота нарастают, и через 1 -2 ч может наступить потеря сознания и смерть. Очищение от отравления угарным газом происходит при прекращении его вдыхания постепенно (50 % крови восстанавливается за 3 ч).

Оксиды азотаNOx. В момент рабочего процесса (при сгорании топлива) более 90% оксидов азота составляет моноксид азота NO, образовавшийся при высокотемпературном окислении азота воздуха и низкотемпературном окислении азотсодержащих соединений моторного топлива. Однако при попадании в атмосферу моноксид азота быстро (за 0,1-10 часов) трансформируется (доокисляется) в более устойчивый диоксид азота (NO2). Учитывая неравномерность процесса доокисления, при обозначении вида выброса применяют индекс «х».

Оксиды азота образуются при температуре не ниже 1500К, при 2000К реакция окисления идет с наибольшей скоростью. В дизельных двигателях образуется больше оксидов азота по сравнению с бензиновыми из-за неравномерности процесса сгорания.

Диоксид азота отнесен ко 2-му классу токсичности (в 41 раз опаснее оксида углерода) и даже в небольшой концентрации действует на органы дыхания человека. Попадая на слизистую оболочку, диоксид азота преобразуется в азотную кислоту, вызывающие болезненные явления. При больших концентрациях диоксида азота появляется отек легких. В местах постоянного превышения безопасной концентрации оксидов азота отмечается увеличение числа больных астмой и другими легочными болезнями. Азотная кислота оказывает сильное агрессивное действие на металлы, в том числе и цветные.

Наличие оксидов азота в атмосфере - одна из главных причин опасного явления - фотохимического смога: под действием ультрафиолетовых лучей солнца в атмосфере происходит цепь сложных реакций и образуется своеобразный туман, состоящий из раздражающих дыхательные пути агрегатов серной кислоты, диоксида азота, углеводородов.

УглеводородыCxHy в автомобильных выбросах представлены различными низкомолекулярными соединениями, которые образуются в результате неполного сгорания топлива в условиях недостатка кислорода, а также получаемыми при пиролизной реакции (реакции цепочно-теплового взрыва) в цилиндрах полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) и другими высокомолекулярными углеводородными соединениями, называемыми обычно общим термином – альдегиды. Вследствие неопределенности состава этот вид выбросов принято обозначать обобщенно. Считается, что автотранспортные средства дают около трети техногенного загрязнения воздуха углеводородами.

Низкомолекулярные углеводороды не относят к высокотоксичным. Альдегиды же действуют на слизистую оболочку органов дыхания и при высоких концентрациях воздействуют на центральную нервную систему, снижая чувство осторожности у водителя.

Некоторые виды ПАУ относятся к весьма опасным канцерогенным (вызывающим рак) веществам. Наиболее известен из них бензапирен, который попадая в организм через органы дыхания, непосредственно стимулирует возникновение и развитие злокачественных опухолей. Он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Будучи химически сравнительно устойчивым, бензапирен может долго мигрировать из одних объектов в другие.

Твёрдые частицы.Разделяются на нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, оксид кремния, сульфаты, нитраты, др.) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле). Твёрдые частицы в выбросах дизеля состоят на 68-75 % из нерастворимых веществ.

Основным компонентом нерастворимых веществ является сажа.Она образуется только в дизельных двигателях из-за неоднородности топливно-воздушной смеси. В зонах камеры сгорания, где не оказывается кислорода, происходит реакция пиролиза топлива, атомы углерода сцепляются друг с другом, образуя твердые частицы.

Сажа сама по себе не относится к опасным токсичным веществам, но на поверхности ее частиц адсорбируются различные ПАУ, некоторые из них обладают канцерогенными свойствами (например, бензапирен). Мелкие частицы размером в несколько микрон образуют аэрозоли и распространяются с газами на большие расстояния, изменяя оптическую плотность атмосферы и уменьшая видимость.