Загрязнение окружающей среды отработавшими газами

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

Введение

Для нашего времени характерно обострение экологической обстановки в мире, а так же в отдельных регионах.  Деятельность человека вызывает негативные последствия, с каждым днем нагнетающие экологическую напряженность, которая все чаще вызывает требования и призывы к сохранению, охране окружающей среды. Но к сожалению эти призывы лишь декларируют необходимость защиты природной среды, и в лучшем случае приводят к небольшим успехам вроде отказа от строительства экологически грязного предприятия.

Уже сложнее решаются вопросы, связанные с объектами, приносящими немалую прибыль, и в таких случаях чаще всего приоритеты остаются за экономикой в ущерб экологии.

Одним из главных загрязнителей окружающей среды является транспорт. И в своем реферате я буду рассматривать вред, причиняемый отработавшими газами,  а так же возможные решения данной проблемы.

Объект- отработавших газы автомобилей.

Цель- найти способы преуменьшающие вред от отработавших газов.

Задачи:

1. Исследовать влияние отработавших газов
2. Изучить состав отработавших газов
3. Рассмотреть альтернативные замены топлива
4. Рассмотреть наилучший вариант деревьев вырабатывающих кислород

 

1. Влияние автомобильного транспорта на окружающую среду

Чтобы прояснить механизм воздействия вредных веществ необходимо подробнее описать связи „эмиссия – трансмиссия – депозиция – иммиссия“.

Эмиссия – это выброс вредных веществ в атмосферу. Транспорт – одна из главных вредных нагрузок на окружающую среду, вследствие отрицательного влияния выхлопных газов и шума. Выброс измеряется соотношением между количеством газов и величиной дистанции(г/км) или времени (г/ч). Мероприятиями по снижению выброса вредных веществ могут стать использование катализаторов или применение менее вредного топлива (Далее рассмотрено в главе «Альтернативные виды топлива»). Для работы катализатора необходимо использовать бензин без свинца. Предотвращение и минимизация выброса вредных веществ – это охрана окружающей среды в прямом смысле, потому что это борьба с первопричиной. Всё же, установленный законом предел выброса вредных веществ – это часто только компромисс между защитой окружающей среды, уровнем развития техники и затрат инвестиций на защиту окружающей среды.

Трансмиссия – это распространение вредных веществ в воздухе. Она зависит от ряда следующих условий:

- условия эмиссии: температура  выхлопных газов, концентрация выброса;

- метеорологические условия: температура воздуха, влажность  воздуха, температурная стратификация  или направление ветра и его  скорость.

Депозиция – это оседание вредных веществ, рассеянных в атмосферный воздух при трансмиссии, на поверхности земли. При этом различают два вида:

- Влажное оседание включает  в себя осадки в виде дождя, тумана, снега или града. Если  речь идёт о кислотных соединениях, то этот процесс называется  кислотным дождем.

- Сухим оседанием называется  явление, при котором вредные  вещества попадают из атмосферы  снова на поверхность земли  в виде газа или пыли.

В зависимости от погодных условий (ветер, влажность воздуха) оседание появляется как на месте выброса, так и в сотнях километров от него. Таким образом, проблемы эмиссии приобретают не только общерегиональный, но и

глобальный характер.

Иммиссия – это влияние вредных веществ на человека и окружающую среду (животных, птиц), а также на материалы (здания). Степень влияния зависит от концентрации вредных веществ в месте воздействия и от продолжительности влияния. Данные иммиссии показывают концентрацию вредных веществ. Она измеряется соотношением между количеством вредных веществ с одной стороны и воды, грунта или воздуха с другой. Её можно определять на час, день или год.

Рис.1 «Связи „эмиссия – трансмиссия – депозиция – иммиссия“»

В крупных городах на долю автотранспорта приходится более половины  объема вредных выбросов в атмосферу, в мегаполисах- еще выше. В Санкт-Петербурге- 71 %, в Москве- 88%. Несоответствие транспортных средств экологическим  требованиям при продолжающемся увеличении транспортных потоков и плохих дорожных условиях приводит к постоянному возрастанию загрязнения атмосферного воздуха, почв и водных пространств. [3]

____________________________________________________________________

 [3] Зотов, Л.Л. Экологическая безопасность автомобилей  [Текст] / Л.Л. Зотов// Учебное пособие. – Спб: СЗТУ, 2005г. – 20 с.

Кроме атмосферного воздуха загрязнению от транспорта подвергаются почва и вода за счет  утечек и слива топлива, масла, охлаждающих жидкостей, аварийных разливов горючих и токсичных веществ, организации несанкционированных открытых свалок  или мест захоронения сменных компонентов двигателей, в первую очередь масленых фильтров, изношенных запчастей и т.д. Главным источником вредных выбросов транспортными средствами являются двигатели внутреннего сгорания

 

 

 

 

 

 

2. Влияние отработавших газов на человека

В составе ОГ (отработавших газов) двигателей обнаруживаются сотни компонентов, многие из которых обладают вредными или неприятными для человека свойствами. Эти компоненты в совокупности придают ОГ неблагоприятные свойства, наиболее серьёзными из которых являются токсичность, канцерогенность, дымность, неприятный запах и способность вызывать раздражение слизистых глаз, горла и носа.

Характер и степень токсичности обусловлены наличием и концентрацией в составе ОГ оксидов азот, оксидов углерода, оксидов серы, углеводородов, альдегидов, свинцовых и ряда других соединений.

Канцерогенность - способна вызывать образование злокачественных опухолей- обусловлена главным образом присутствием полициклических ароматических углеводородов- наличием бензопирена.

Дымность – ухудшает прозрачность ОШ и воздуха, сопровождается выпадением сажистого осадка  на людей и предметы. Обусловлена аэрозольными компонентами ОГ и сажей.

Раздражающее действие – неприятный запах – связан с наличием в ОГ  комплекса компонентов: углеводородов, их кислосодержащих производных, сернистых и азотистых соединений. Способность раздражать слизистую глаз, носа, и горла обусловлена наличием в ОГ окислителей (ионов и радикалов).

3. Химический состав отработавших газов

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.

Табл.№1 «Примерный 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/м3	0 - 0,04	0,01 - 1,1	токсична
Бензопирен, мг/м3	0,01 - 0,02	до 0,01	канцероген

 

3.1. 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.

3.2. 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).

 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/м3. 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.

3.3. Углеводороды (CnHm – этан, метан, этилен, бензол и др.) 

 Органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах.

Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций (см. рисунок 2).

Рис. 2  «Схема образования CH в выхлопных газах»

 

1 –  поршень; 2 – гильза; 3 – пристеночные  слои смеси

Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний.

Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м3. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем.).

Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.

Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами.

Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованиюсмога.

3.4. Смог (Smog, от smoke – дым и fog - туман)

Смог – ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненном вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях.

Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях.

Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д.