Материалы и методы, Загрязнение воздушной среды выхлопами газа автомобильного транспорта, Основные загрязняющие вещества от выхлопов газа автомобильного транспорта - Загрязнение воздушной среды выхлопами газа автомобильного транспорта
Для написании курсовой работы я использовала научные источники: данные и сведения из книг, журнальных статей, научных докладов и отчетов.
В качестве теоретической базы были использованы работы В. Н.
Денисова, В. А Рогалева и других авторов. Данные работы позволили дать более качественную оценку в области загрязнения воздушной среды выхлопами газа автомобильного транспорта.
Загрязнение воздушной среды выхлопами газа автомобильного транспорта
Основные загрязняющие вещества от выхлопов газа автомобильного транспорта
Вследствие загрязнения среды обитания вредными веществами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания зоной экологического бедствия для населения становятся целые регионы, в особенности крупные города. Проблема дальнейшего снижения вредных выбросов двигателей все более обостряется ввиду непрерывного увеличения парка эксплуатируемых автотранспортных средств, уплотнения автотранспортных потоков, нестабильности показателей самих мероприятий по снижению вредных веществ в процессе эксплуатации. В денежном исчислении величина ежегодного экологического ущерба (загрязнение атмосферы, шум, воздействие на климат) от функционирования автотранспортного комплекса Российской Федерации достигает 2-3 % валового национального продукта при общих экологических потерях 10 % и затратах на природоохранные мероприятия не более 1 %. Основная доля ущерба от автотранспорта (78 %) связана с загрязнением атмосферного воздуха выбросами вредных веществ (что во многом объясняется низким качеством отечественных топлив в сравнении с европейскими стандартами), 16 % ущерба приходится на последствия шумового воздействия транспорта на население.
Общее количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферный воздух на территории Российской Федерации от выхлопов газа автомобильного транспорта, в 2000 г. составило 11 824,2 тыс. т.
Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, а затем - в механическую энергию. Жидкие топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды CmHn, окислы азота (NO и NO2) обычно обозначаемые NOX. Кроме перечисленных веществ вредное воздействие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, сажа и альдегиды. В таблице 1 приведено содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей.
Таблица 1.
Содержание основных токсичных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей
Токсичные вещества |
Содержание |
Окись углерода % |
До 10,0 |
Углеводороды, % |
До 3,0 |
Окислы азота % |
До 0,5 |
Альдегиды % |
0,03 |
Сажа г/м3 |
До 0,04 |
Бенз(а)пирен мкг / м |
До 20 |
Двуокись серы % |
0,008 |
Основным токсичным компонентом отработавших газов, выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях.
Основным источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются отработавшие газы. Картерные газы дизеля содержат значительно меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизеле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений, являющихся источником загрязнений атмосферы.
Примерное содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля приведено в таблице 2.
Таблица 2.
Содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля
Токсичные вещества |
Содержание |
Окись углерода % |
0,2 |
Углеводороды, % |
0,01 |
Окислы азота % |
0,25 |
Альдегиды % |
0,002 |
Сажа г/м3 |
0,01 - 1,1 |
Бенз(а)пирен мкг / м |
До 10 |
Двуокись серы % |
0,03 |
Загрязнение воздуха автомобильным транспортом происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния.
Эмиссия - выделение, излучение, выбросы отходов, побочных результатов или загрязняющих веществ в атмосферу.
Механизмы эмиссии
Полная эмиссия автотранспортного средства зависит от трех основных факторов:
- 1. режим движения транспортного средства; 2. его скорость; 3. расстояние пройденного пути.
Кроме основных факторов на эмиссию также влияют:
- - пробег автотранспортного средства (степень его износа); - марка автомобиля; - масса автомобиля; - степень очистки топлива; - температурный режим.
Режимы движения
Выделяют четыре основных режима движения:
- - холостые обороты; - разгон; - маршевый режим; - торможение.
Все движение транспортного средства состоит из последовательных изменений этих четырех режимов.
Изменение режимов движения приводит к немедленному изменению состава и концентрации выбросов.
Эмиссия сильно зависит от состояния двигателя:
В начале поездки, когда двигатель еще не разогрет, происходит неполное сгорание топлива, что приводит к дополнительной эмиссии паров бензина и несгоревших углеводородов. Особенно вреден т. н. "холодный старт", т. е. запуск холодного двигателя. Двигатель работает нестабильно, испытывая большие нагрузки. Значительно увеличивается расход топлива, а, следовательно, и эмиссия.
В конце поездки, когда автомобиль уже припаркован на стоянку, но двигатель еще горячий, происходит дополнительное испарение топлива в атмосферу.
Скорость движения имеет непосредственное влияние на эмиссию.
Пример:
Эмиссия углеводородов уменьшается с повышением скорости, эмиссия окислов азота - увеличивается.
Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и "холостой ход" двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2-3 раза.
Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания содержат около 200 компонентов. Период их существования длится от нескольких минут до 4-5 лет. По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека их объединяют в группы.
Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (СО2), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако вопрос об этом ставится в связи с особой ролью СО2 в "парниковом эффекте".
Вторая группа. К этой группе относят только одно вещество - оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты и превращаясь в углекислый газ. Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Оно обусловлено его способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови, приводя к образованию карбоксигемоглобина, который не связывает кислород. Вследствие этого нарушается газообмен в организме, появляется кислородное голодание и нарушается функционирование всех систем организма. Отравлению угарным газом часто подвержены водители автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.
Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом, NO - оксид азота и NO2 - диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания двигателя при температуре 2800°С и давлении около 1 МПа. Оксид азота - бесцветный газ, не взаимодействует с водой и мало растворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. Легко окисляется кислородом воздуха и образует диоксид азота. При обычных атмосферных условиях NO полностью превращается в NO2 - газ бурого цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха, поэтому собирается в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.
Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа СХНУ - этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные вещества. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.
Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.
Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты - фотооксиданты, являющиеся основой "смога" (от англ, smoke - дым и fog - туман).
Главным токсичным компонентом смога является озон. К фотооксидантам также относятся угарный газ, соединения азота, перекиси и др. Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.
В отработавших газах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.
Формальдегид НСНО - бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легко растворимый в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему. Обусловливает запах отработавших газов, особенно у дизелей.
Акролеин СН2=СН-СН=О, или альдегид акриловой кислоты, - бесцветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает воздействие на слизистые оболочки.
Уксусный альдегид СН3СНО - газ с резким запахом и токсичным действием на человеческий организм.
Шестая группа. В нее входят взвешенные твердые вещества (сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.)), которые состоят из мелкодисперсных частиц (диаметром менее 1 мкм), способные находиться во взвешенном состоянии в течение суток. Они состоят из разных материалов, включая неорганическую золу, кислые сульфаты или нитраты, дым, содержащий полициклические ароматические углеводороды, тонкодисперсную пыль, остатки свинца и асбеста.
Проблема загрязнения воздуха городов мира взвешенными частицами диаметром менее 10 мкм, называемые обычно РМ-10, признана одной из важнейших.
В России внимание этой проблеме начинает уделяться только сейчас. На сети мониторинга загрязнения атмосферы в России измеряются концентрации лишь суммы взвешенных веществ. Для развития сети станций, измеряющих концентрации мелкодисперсных взвешенных частиц диаметром менее 10 мкм недостаточно финансовых ресурсов.
Полициклические ароматические углеводороды относятся к большому числу органических соединений, химическая структура которых состоит из двух и более бензольных колец. Наиболее широко известное соединение - бензопирен.
Сажа - частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Она не представляет непосредственной опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа ухудшает видимость на дорогах. Наибольший вред сажи проявляется в адсорбировании на ее поверхности бензопирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде. Поэтому уменьшение ее выбросов - весьма актуальная задача, от решения которой зависят как экологические показатели воздушного бассейна, так и развитие дизельного транспорта в целом. В настоящее время для очистки отработавших газов дизелей от сажевых (твердых) частиц во многих странах находят применение сажевые фильтры.
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.
Для отечественных месторождений нефти (особенно в восточных районах) характерен высокий процент присутствия серы и сернистых соединений. Поэтому и получаемое из нее дизельное топливо по устаревшим технологиям отличается более тяжелым фракционным составом и вместе с тем хуже очищено от сернистых и парафиновых соединений. Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 г., содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л, а по российскому стандарту - 1,7 г/л. Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений. Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Они 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.
Восьмая группа. Компоненты этой группы - свинец и его соединения - встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающую октановое число. Оно определяет способность двигателя работать без детонации. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации. Детонационное сгорание рабочей смеси протекает со сверхзвуковой скоростью, что в 100 раз быстрее нормального. Работа двигателя с детонацией опасна тем, что двигатель перегревается, мощность его падает, а срок службы резко сокращается. Увеличение октанового числа бензина способствует снижению возможности наступления детонации. В качестве присадки, повышающей октановое число, используют антидетонатор - этиловую жидкость Р-9. Бензин с добавлением этиловой жидкости становится этилированным. При сгорании этилированного бензина выноситель способствует удалению свинца и его оксидов из камеры сгорания, превращая их в парообразное состояние. Они вместе с отработавшими газами выбрасываются в окружающее пространство и оседают вблизи дорог.
В придорожном пространстве примерно 50 % выбросов свинца в виде микрочастиц сразу распределяются на прилегающей поверхности. Остальное количество в течение нескольких часов находится в воздухе в виде аэрозолей, а затем также осаждается на землю вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. Добавление к бензину присадки Р-9 делает его высокотоксичным. Разные марки бензина имеют различное процентное содержание присадки. Чтобы различать марки этилированного бензина, их окрашивают, добавляя в присадку разноцветные красители. Неэтилированный бензин поставляется без окрашивания (табл. 3).
Таблица 3.
Некоторые показатели физико-химических свойств автомобильных бензинов по ГОСТ 2084 - 77 и ОСТ 38.01.9 - 75
Показатели качества |
А-76 |
Аи-93 |
Аи-95 |
Аи-98 |
Октановое число, не менее: По моторному методу По исследовательскому методу |
|
|
|
|
Содержание (масса) свинца, г/кг бензина, не более |
0,24 |
0,50 |
- |
0,50 |
Содержание (массовая доля) серы, %, не более |
0,10 |
0,10 |
0,05 |
0,10 |
Цвет этилированного бензина |
Желтый |
Оранжевый |
- |
Синий |
В развитых странах мира применение этилированного бензина ограничивается или уже полностью прекращено не только по причине высокой токсичности присадки Р-9, но и из-за его несовместимости с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов. Достаточно одной заправки этилированным бензином, чтобы вывести из строя активный слой дорогостоящего нейтрализатора и датчика свободного кислорода (Х-зонда), т. е. лишить автомобиль инструментов подавления СО, СН, NOX и стехиометрического дозирования топлива с последующими непредсказуемыми последствиями, вплоть до возгорания автомобиля.
Негативное воздействие на экосистемы оказывают не только рассмотренные компоненты отработавших газов двигателей, выделенные в восемь групп, но и сами углеводородные топлива, масла и смазки. Обладая большой способностью к испарению, особенно при повышении температуры, пары топлив и масел распространяются в воздухе и отрицательно влияют на атмосферный воздух.[Руденко Б. А.]
Похожие статьи
-
Основные загрязняющие вещества - Защита воздушной среды от загрязнений
Загрязнение воздуха - результат выбросов загрязняющих веществ из различных источников. Причинно-следственные связи этого явления нужно искать в природе...
-
Основные загрязняющие вещества Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот...
-
Загрязнение атмосферы выбросами транспорта - Загрязнение атмосферы
Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется около 500 млн. автомобилей, а к...
-
65% токсичных выбросов автомобилей приходится на отработавшие выхлопные газы, 20% - на картерные газы, 14% - испарение бензина. Если бы двигатели...
-
Основные загрязняющие вещества. - Автотранспорт как экологическая проблема
Сажа - тонкий, высокодисперсный, однородный порошок углерода, химически инертен, вызывает раздражение, общие хронические заболевания, обладает...
-
ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ, Основные загрязняющие вещества - Загрязнения атмосферы
Основные загрязняющие вещества Свой контрольную я начну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейших составляющих...
-
Загрязняющие вещества оказывают вредное воздействие на живые организмы несколькими путями: 1) доставляя аэрозольные частицы и ядовитые газы в дыхательную...
-
Характеристика основных источников загрязнения воздуха Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-,...
-
ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ, ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА - Атмосфера. Проблемы загрязнения
ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА Хочется начать с обзора факторов, приводящих к ухудшению состояния атмосферы - одной из важнейших составляющих биосферы....
-
Основные загрязняющие вещества - Проблемы загрязнения воздуха
Диоксид серы, или сернистый ангидрид (сернистый газ). Сера попадает в атмосферу в результате многих природных процессов, в том числе испарения брызг...
-
Загрязнение воздуха отработавшими газами автомобилей - Автотранспорт и его влияние на экологию
Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85%...
-
Современная цивилизация осуществляет невиданное давление на природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное действие на...
-
Атмосфера (от. греч. бфмьт -- "пар" и уцб?сб "сфера") газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует...
-
Автотранспорт Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине (в США на их долю приходится около 75 %), затем самолеты...
-
Сведения об основных загрязняющих веществах в Торжокском районе и источниках их поступления Бенз(а)пирен (С20Н12) - полициклический ароматический...
-
Атмосферный воздух и действие загрязняющих веществ на растения Воздушная оболочка Земли выполняет многочисленные функции. Она служит средой обитания и...
-
Методы охраны атмосферы - Защита воздушной среды от загрязнений
1. Законодательные. Наиболее важным в обеспечении нормального процесса по охране атмосферного воздуха является принятие соответствующей законодательной...
-
Самолет, как и любая система, использующая энергию окисления углеводородного топлива, выбрасывает в атмосферу продукты этого процесса, которые изменяют...
-
Химическое загрязнение биосферы, Источники загрязнений - Химическое загрязнение окружающей среды
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем...
-
Три источника: 1. Промышленные предприятия 2. Автомобильный транспорт 3. Энергетика Промышленные предприятия. К числу наиболее опасных отраслей...
-
Исследования качества атмосферного воздуха в г. Вологда проводятся на двух стационарных постах государственной службы наблюдений за состоянием окружающей...
-
Основные источники загрязнения экологической среды города Уфа и их влияния на человека
Основные источники загрязнения экологической среды города Уфа и их влияния на человека Наибольший вклад в загрязнение природной среды в г. Уфа вносят...
-
Таблица 3.1 - Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу Параметры выбросов загрязняющих веществ для расчета ПДВ Таблица 4.1 - Параметры...
-
На ОАО "АК ОЗНА" в атмосферный воздух от организованных и неорганизованных источников в процессе сжигания природного газа через электрические котельные,...
-
1. Загрязнение природной среды в процессе хозяйственной деятельности. Глобальные и локальные изменения качества атмосферного воздуха, вод, почв, биоты в...
-
Характеристика основных загрязняющих веществ - Загрязнения почвы химическими веществами
Ванадий. Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и...
-
Водные объекты в местах расположения предприятий целлюлозно-бумажной отрасли подвергаются отрицательному воздействию. Высокое содержание в них...
-
Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта - Загрязнение атмосферы
Оценка автомобилей по токсичности выхлопов. Большое значение имеет повседневный контроль над автомашинами. Все автохозяйства обязаны следить за...
-
Загрязнение атмосферы - Основные глобальные проблемы человечества
Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны....
-
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное...
-
Химическое загрязнение атмосферы В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт....
-
Основные загрязняющие компоненты воздуха закрытых помещений, их источники и роль в развитии патологий человека Качество воздушной среды определяется...
-
Объект и методы исследования Объект исследования. Систематика:CORMOPHYTA - Высшие растения Отдел: Maqnoliophyta (Anthophyta) - Цветковые или...
-
Загрязнение окружающей среды - Методы экологических исследований
Под загрязнением окружающей среды понимают нежелательные изменения физических, физико-химических и биологических характеристик воздуха, почв, вод,...
-
Максимальная приземная концентрация вредных веществ - СМ, мг/м3, при рассеивании нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника (трубы) с...
-
Специалисты архитекторы должны владеть существующими методами оценки антропогенного воздействия на окружающую среду, учитывать воздействие загрязнителей...
-
Общие сведения. Железо -- типичный металл, в свободном состоянии -- серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные...
-
Общие сведения. Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее...
-
Влияние загрязняющих веществ на организм человека. - Мониторинг окружающей среды
Основными факторами, формирующими неудовлетворительную санитарно-гигиеническую обстановку в большинстве городах Российской Федерации, являются...
-
Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК - такие концентрации, которые на человека и его...
Материалы и методы, Загрязнение воздушной среды выхлопами газа автомобильного транспорта, Основные загрязняющие вещества от выхлопов газа автомобильного транспорта - Загрязнение воздушной среды выхлопами газа автомобильного транспорта