环境工程学作业-汽车尾气污染的危害及其控制.doc

汽车尾气污染的危害及其控制 综述成绩： 姓 名： 苏雅乐图 学 号：00818114 院 系：化学化工学院 专 业； 应用化学 年 级：2009级 任课教师：汽车尾气污染的危害及其控制内蒙古大学化学化工学院 2008级应用化学 【摘要】：本文介绍了大气污染物的定义，汽车尾气的组成及来源，综述了汽车尾气各种成分污染的危害及其控制措施，最后阐述了控制汽车尾气的排放的重要性。【关键词】：汽车尾气 污染 危害 控制一、前言11.1 大气污染物的定义按照国际标准化组织（ISO）的定义，大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度达到足够的时间，并因此而危害了人群的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。1.2 汽车尾气的概述尾气污染主要是指柴油、汽油等机动车燃料因含有添加剂和杂质,在不完全燃烧时，所排出的一些有害物质对环境及人体的污染和破坏。汽车发动机排放的尾气中有一部分毒性物质在燃料不完全燃烧或燃气温度较低时产生较多。尤其是在次序起动、喷油器喷雾不良、超负荷工作运行时，燃油不能很好地与氧化合燃烧。另一部分有毒物质，是由于燃烧室内的高温、高压而形成的。汽车排放的尾气中含有上千种化学物质，除空气中的氮、氧和水蒸汽为无害成份外，其余均为有害成份。这些有害物质可分为气体和颗粒物两大类。气体包括: 一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、硫氧化合物、挥发性有机物和臭氧等。颗粒物包括: 碳黑、焦油和重金属等。1.3 汽车尾气的来源在现代文明的今天，汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具，它给人们的生活和工作带来了极大的便利，并逐渐发展成为近现代物质文明的支柱之一，车与人类的生活越来越分不开。但是，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染: 汽车尾气危害人体的健康，腐蚀城市建筑，破坏城市景观，对人类生存环境造成了严重影响。特别是经济发达、人口集中、高楼密集、空气流动性差的大中城市，近年来已经遭受或正在遭受着汽车尾气污染。如果不加以控制，必将会使人居环境严重恶化，对人身心健康构成极大威胁。二、汽车尾气污染的危害22.1 一氧化碳汽车发动机若进气不足或燃油喷射时间过长,使得气缸内燃油不能完全燃烧, 则汽车尾气中将产生CO。CO 与血液中的血红蛋白结合的速度比O2快250倍。CO 经呼吸道进入血液循环, 与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白, 从而削弱血液向各组织输送氧的功能, 导致人体缺氧, 危害中枢神经系统, 造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍, 引起头晕、头痛、呕吐等中毒症状。重者危害血液循环系统, 导致生命危险。即使是微量吸入CO, 也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。交通高峰时段常常出现CO的污染峰值, 汽车内浓度有时比车外更高。2.2 氮氧化合物 氮氧化合物主要是指一氧化氮和二氧化氮，它是发动机大负荷工作时，在燃烧室高温富氧的环境中产生的一种褐色且有臭味的气体。氮氧化合物吸入肺部后能形成亚硝酸和硝酸， 对肺组织产生强烈的刺激和伤害，以致引起肺部病变。当空气中氮氧化合物含量达10 20ppm 时，可刺激鼻粘膜、咽喂、气管、眼角膜等，引起呼吸道干涩不适，流泪及红眼病等病症；当氮氧化合物超过500ppm 时，几分钟内就可使人出现肺气肿而死亡 。在二氧化氮浓度为9.4mg/m3 的空气中暴露10 min，即可造成人的呼吸系统功能失调。此外，氮氧化物还会导致酸雨和光化学烟雾污染,在水系中的沉降会造成富营养化。2.3 碳氢化合物 是不完全燃烧的排放物，包括未燃和未完全燃烧的燃油和机油蒸汽, 气态时是VOCS， 固态则为颗粒物。单独的碳氢化合物只有在浓度相当高的情况下, 才对人体产生伤害,一般影响不大。但碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫外线照射下发生化学反应, 形成光化学烟雾。当光化学烟雾中的化学氧化剂超过一定浓度时, 即对人体产生较强刺激性,人体吸入后可明显感觉到呼吸系统不适, 引起急性喘息症。2.4 硫氧化合物 主要是指SO2，它是形成酸雨的主要成分，严重污染河流、湖泊等水系，殃及野生动植物的生存安全，破坏生态系统的自然酸碱平衡，并严重腐蚀建筑物。对人类会造成气管壁绷紧，使呼吸道疾病加重，患有心肺疾病和哮喘病的人尤其敏感。汽车尾气中SO2 主要来源于柴油车的排放。2.5 挥发性有机物 包括多环芳烃( PAH )、苯系物、烯烃等，是光化学烟雾形成的前体物。苯已被证明是致癌物质,WHO认为即使微量的苯，对人体健康也是有害的。除尾气排放外，汽车燃油箱和加油过程中也会排放挥发性有机物。2.6 臭氧光化学烟雾主要的生成物是臭氧，具有强氧化性，可使空气能见度降低，橡胶制品开裂损坏，植物受害。臭氧刺激呼吸系统的黏膜，导致咳嗽、呼吸困难，削弱肺功能，对室外锻炼的人特别有害。臭氧还引起一些常见症状，如头疼、眼鼻喉刺痒、深呼吸时胸部不适等。臭氧会增加人对过敏源如花粉的敏感性，也降低人体对细菌和病毒的抵抗力，如易引起感冒、肺炎等。2.7 铅铅是有毒的重金属元素, 为了改善燃油的抗爆性, 人们在汽油中添加含铅物质四乙基铅或甲基铅, 导致汽车尾气排放时产生含铅化合物。城市大气中的铅60% 以上来自汽车含铅汽油的燃烧。铅化合物以颗粒状排入大气中, 是污染大气的有害物质。人体长期吸入含铅颗粒浓度较高的空气后, 铅会逐渐在体内积累。当达到一定程度时, 铅阻碍血液中红血球的生长, 致使人体正常造血功能降低,血液、心肺器官等发生病变。而铅对脑细胞和中枢神经的损害更是不可逆转的, 铅侵入人体大脑时会引起头疼、精神恍惚, 严重时甚至会出现昏迷、惊厥等铅中毒症状。由于铅尘比重大, 通常积聚在1m 左右高度的空气中, 因此对儿童的威胁最大, 直接影响儿童的智力发育。2.8 炭烟微粒 是指柴油发动机燃烧不完全所排出的黑色烟雾状的炭烟颗粒。炭烟微粒能影响大气、道路的能见度, 并含有少量带有特殊臭味的乙醛, 吸入后使人感到恶心和头晕。微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道也有较大伤害。固体悬浮颗粒的成分很复杂, 并具有较强的吸附能力, 可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部, 以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位, 引起呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到临界浓度时, 便会激发形成恶性肿瘤。此外, 悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛, 阻塞皮肤的毛囊和汗腺, 引起皮肤炎和眼结膜炎, 甚至造成角膜损伤。三、汽车尾气污染的控制3.1 汽车燃油的改用33.1.1 节约能源, 有利环境, 大力推广车用乙醇汽油根据有关专家指出, 开发乙醇代替汽油，是一项有利于保护环境和资源的新课题。因乙醇是一种以小麦、玉米等原料生产的变性燃料乙醇和汽油以一定的比例混合而成的汽车燃料, 它与纯汽油比较, 汽车尾气中一氧化碳量可降低1/3 左右, 碳氢化合物降低13.4% 。此计划推广使用, 将对改善城市大气污染, 保障人民健康起到重要作用。3.1.2 采用无铅汽油, 以代替有铅汽油, 可减少汽油尾气毒性物质的排放量首先应抓汽车油的改用。铅的污染程度与交通密度(每小时通过的车辆数) 以及汽油中铅的含量有密切关系。以无铅汽油代替四乙基铅汽油。这种汽油是用甲醛树丁醚作渗合剂, 它不仅无铅, 而且汽车尾气排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物均会减少。3.1.3 选用恰当的润滑添加剂 机械摩擦改进剂在机油中添加一定量(比例为3% 5% ) 石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂, 加入到引擎的机油箱中, 可节约发动机燃油5% 左右。此外, 采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善, 汽缸压力增加, 燃烧完全。尾气排放中, CO 和碳氢含量随之下降, 可减轻对大气环境的污染。3.1.4 掺入添加剂, 改变燃料成分汽油中掺入15% 以下的甲醇燃料, 或者采用含10% 水分的水- 汽油燃料, 都能在一定程度上减少或者消除CO、NOX、HC 和铅尘的污染效果。3.2 发动机内部净化处理措施43.2.1 燃烧室系统的优化燃烧室形状的设计原则是面容比要小, 即尽可能紧凑。紧凑的燃烧室可使燃烧时间缩短， 实现快速燃烧。3.2.2 推迟点火提前角, 提高点火能量点火提前角对发动机的动力性、经济性、排放特性和噪声有重要影响, 推迟点火提前角是一种简单易行也最普遍应用的排放控制技术。提高点火能量可以提高着火的可靠性, 扩大混合气着火界限。为此, 无触点的高能电子点火系统得到了广泛的应用。3.2.3 改善喷油器的质量, 控制燃烧条件(燃比、燃烧温度、燃烧时间)这样可使燃料燃烧完全,从而可减少CO 和碳氢化合物及煤烟。调整喷油泵的供油量, 可降低发动机的功率, 使雾化的燃料有足够的氧气进行完全燃烧, 从而也可以减少CO 和HC 及煤烟的生成。3.2.4 废气再循环废气再循环仅对降低NOX有效, NOX 是燃油在高温燃烧中的生成物, 废气再循环就是根据发动机的不同工况, 将废气中的一部分( 3% 15% ) 引入燃烧室, 用以降低气缸的燃烧和温度速度, 发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接, 使排出的气体经过再次循环, 以降低氮氧化物的排放量。3.2.5 改善现有的汽车动力装置系统和燃油供给系统采用设计优良的发动机, 提高燃油使用效率等都能使汽车尾气污染减少。研究发现, 采用发动机控制单元ECU ( Engine Control Unit) 控制进入发动机中的气体比例, 可以显著改善尾气排放并减少燃油消耗。ECU 是一个微型计算机, 内有集成电路以及其它精密的电子组件, 作用相当于一个中枢神经, 里面储存了大量对应不同天气环境与发动机工作状况下理想的燃油供应值和点火正时值组合。 中枢神经! 通过对来自众多传感器的进气管空气流量、温度、节气门的开启角度、曲轴转速等数据进行汇集、分析和计算, 在千分之几秒内调整油量来配合实时的环境和工作状况, 再在形成理想比例的混合气进入气缸后发出点火指令, 保证气缸内的燃料完全燃烧, 减少了废气排放物和燃油消耗。3.3 发动机外部尾气净化措施53.3.1 物理方法一般都是和化学方法相结合使用的主要是优化净化装置的结构、增加表面积、增加耐热稳定性，但单独使用物理方法很难净化具有复杂化学成份的汽车尾气。例如水洗，通过水箱使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气的淋浴，可直对粘在碳粒上的有毒物质，使碳粒子胀大而给予去除。3.3.2 化学方法主要是催化法和贮存法贮存法是通过化学手段把有害物质保存起来。催化法采用的催化剂有氧化锰- 氧化铜; 氧化铬- 氧化镍- 氧化铜等金属氧化物和白金属( 铂) 等贵金属。它们都可以净化CO、HC。催化反应器设置在排气系统中排气歧管与消音器之间。下图为汽车尾气净化催化剂，均采用陶瓷蜂窝体状整体式载体，它具有排气阻力小、机械强度大、热震稳定性好和耐冲击等特点，可大大提高燃料的效率和减少一氧化碳的排放浓度。汽车尾气净化催化剂由于汽车发动机处于工作状态时空燃比并不是恒定的，因此汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物类和氮氧化物3种污染物的含量将随着时间发生波动。催化剂要想达到预计的效果就需要汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物类和氮氧化物3种污染物以及氧的含量处于等当点时(即氮氧化物还原成氮气时能够提供的氧与汽车尾气中的氧量之和恰好与一氧化碳和碳氢化合物类发生氧化时所需要的氧量相等) ，一氧化碳、碳氢化合物类和氮氧化物3种污染物才可能被催化剂同时消除。三效催化剂就是一种近期出现的高效的催化剂，它是一种能够使汽车尾气中的一氧化碳和碳氢化合物类进行催化氧化生成二氧化碳和水，使氮氧化物进行催化还原生成氮气的一种催化剂。3.4 大力发展无污染的动力能源车5控制汽车尾气污染最根本和最终的途径是改变汽车的动力。开发并采用多种燃料的新型汽车, 如开发电动汽车及代用燃料汽车, 是今后汽车的发展方向。此途径使汽车根本不产生或只产生很少的污染气体。目前所研究的替代燃料主要有天然气、含氧化合物、氢能及电能。从技术、工艺、结构、原理上设计和改进车辆发动机的充分燃烧状况, 使出厂车辆尾气排放达标。以氢为燃料的电池电动车、太阳能汽车、电动汽车、复式汽车、液化气汽车、甲醇汽车等, 它们是低公害、前途最佳的新型汽车。同时, 目前也还可改装汽油发动机的汽车为柴油发动机汽车。虽然柴油发动机燃料费用高, 但CO 生成量少。如果对NOX、粉尘排放量作相对的限制的话, 那么柴油发动机汽车也是未来最佳汽车。城市应大力发展无污染有轨和无轨电车、太阳能汽车、高能蓄电池电动汽车以及无污染的高效化学能源车。3.5 加强行政管理, 配套法规和标准, 严格执法和健全法制63.5.1 严格执行国家质量技术标准, 控制燃油标准中国流动源大气污染物排放标准概况汇总表标准号标准名称控制污染物GB14761.1-93轻型汽车排气污染物排放标准CO、HCX、NOXGB14761.2-93车用汽油机排气污染物排放标准CO、HCX、NOXGB14761.3-93汽油车燃油蒸发排气污染物排放标准燃气蒸发污染物GB14761.4-93汽车曲轴箱排气污染物排放标准曲轴箱排气GB14761.5-93汽车怠速排气污染物排放标准CO、HCXGB14761.6-93柴油车自由加速烟度排放标准烟度GB14761.7-93汽车柴油机全负荷烟度排放标准烟度按国家规定, 不合格质量的燃油不能使用, 市场上不准出售低劣的燃油。然而汽车不准使用含铅汽油这一禁令虽已下, 但难以奏效。主要原因是广大市民对这一政策了解不足, 且含铅的70号和不含铅的90号及90号以上汽油, 每吨差价比较大。另外, 个别城市周边的地区还没有实行含铅汽油的禁令。市场调查结果显示, 含铅汽油库存数量还比较大, 加上车辆运输的流动性大, 使得禁令难以实施。因此, 对禁令的宣传力度和推行力度应大大加强。3.5.2 管制正在运行的机动车辆对正在运行的机动车辆, 规定必须安装尾气净化装置, 城市车管部门检测验证、发证后才能行驶。道路监控是改善汽车污染排放的有效方法之一。通过对路面行驶车辆的监控, 筛选出超标车辆, 督促超标车主对车辆进行维修治理, 使车辆尾气排放达标, 从而起到控制汽车污染排放的目的。对此, 世界各国先后采取了不少技术措施和组织措施, 如新加坡对进入城市的汽车设卡监测检查尾气装置, 达标后才放行。为了避免尾气排放不达标的新增汽车进入城市, 城市环保局应与公安局联合执法, 定期对汽车销售市场出售的汽车进行抽检, 杜绝尾气排放超标的汽车销售, 将尾气污染消除在萌芽状态。3.5.3 发展公共交通, 控制私人汽车拥有量为了保护城市环境, 私人汽车的拥有率必须控制在适度的水平, 世界上许多国家或城市采取控制汽车价格, 征收高额汽车购买和财产税, 限制私人汽车的拥有量。此外, 按照污染者付费的原则, 汽车使用者应当支付汽车排污的社会成本。开辟地铁, 施行电力牵引行驶。尤其在大城市人口稠密的地区, 开辟地下通道, 同时可解决乘车难问题以及减少大气环境污染。今后现代化的城镇建设, 还应考虑自身的循环、多功能的结构形式。合理设计城市居民的日常生活完全以步代车, 汽车只用在城外。城内的风能、太阳能、循环水等的高效利用也能使人们在很大程度上摆脱污染和不可再生资源的浪费。3.5.4实行车辆分流行驶 城市人口稠密区域, 交通密度高, 汽车尾气的排放在某一时间又比较集中, 故会引起该地区域在某一时间内, 大气污染的程度会急剧增加, 危害人类健康。可采取汽车分流行驶, 既可解决交通堵塞、乘车难，还可使该局部区域大气环境污染程度有所减少，更好地贯彻大气环境质量标准的执行。此外，在机动车低速和怠速行驶情况下，汽油不完全燃烧即排放，其尾气排放中污染物CO、碳氢化合物浓度大大增加。为此，要改善城市