第二章汽车排放与大气污染

第二章汽车排放与大气污染汽车排放已成为我国大气污染的一个主要污染源，而且汽车排出的废气中含有大气中被列为有害气体的全部成分。由此可见，控制汽车的排气污染是改善我国大气环境的有效方法。那么如何才能减少汽车的排气污染呢？显然需要设计制造汽车的工程技术人员、汽车维修管理等多方人员的共同努力。第一节大气质量标准所谓大气质量标准，是指大气中对人体有害的气体的浓度（或比例）达到什么样的一个水平就会对人体的健康带来危害。换言之，借用一个量化的指标，来反映大气质量状况与人体健康的关系。我国1982年制定了第一个大气环境质量标准，在此基础上，1996年10月1日又公布了新的《环境空气质量标准》（GB3095—1996），见下表。注：①适用于城市地区；②适用于牧区和牧业为主的半农半牧区、桑蚕区；③适用于农业和林业区。环境空气质量功能区一类区：自然保护区、林区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区。二类区：城镇规化中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三类区：特定工业区。环境空气质量标准的各项污染物浓度限值分为三级，分别适用于上述三类分区。2003年北京市大气中主要污染物年日平均值第二节汽车排放污染物及危害汽车排放污染物的分类及来源汽车排放污染物的危害一、汽车排放污染物的分类及来源汽车排放污染物主要来自发动机所排出的废气、曲轴箱的窜气及燃油箱中溢出的燃油蒸汽。其中发动机排出的废气是主要的污染源。汽车排出的有害气体的浓度与汽车的运行工况有关。二、汽车排放污染物的危害一氧化碳（CO）碳氢化合物（HC）氮氧化物（NOx）光化学烟雾硫的氧化物微粒1、一氧化碳（CO）CO是一种无色、无刺激的气体，通常认为CO是由于被人吸入体内才显示影响的。吸入的CO很容易和血红蛋白结合并输送到体内。CO急性中毒症状是由于阻碍血红素带氧，造成体内缺氧而引起的窒息状态。这种内窒息状态一旦解除，症状也就随之消失。（国标：4.0%)关于有无CO慢性中毒症状尚待研究。煤气配管工有记忆力减退症状。说明存在着慢性中毒问题。从地区大气污染角度来考虑CO污染的时候，必须把24h以内吸气中的CO浓度限制在5ppm以下。由于CO在大气底层停留时间长，累积浓度常易超过允许值，因此要特别重视大气中CO的危害性。2、碳氢化合物（HC）当前比较一致的看法是(HC)对人类危害主要是环芳香烃，尤其是苯并比(一种五个环的稠环芳香烃(C20H12，主要来自于煤焦油和沥青)，30年代就证实它是一种很强的致癌物质。目前已有不少的研究报告谈到，汽车排气中发现这种成分。当然，致癌原因尚不清楚。另外、排气中含有少量甲醛和丙烯醛等醛类物质对眼睛及呼吸器官有强烈的刺激作用。当甲醛和丙烯醛等醛类物质的浓度超过10ppm时，就会对眼睛及呼吸器官有强烈的刺激作用；当浓度超过250ppm时，会引起头痛、恶心、贫血；超过10000ppm会急性中毒。（国标：1000ppm）汽车排气中的HC与NOx是生成光化学烟雾的主要成分。3、氮氧化物（Nox）NOx是NO、NO2、N2O3、N2O、N2O5、N2O4及NO3的混合物，汽车排出的NOx主要是NO、NO2。NO达到一定浓度时，会引起中枢神经瘫痪。NO2具有特殊刺激性臭味，它使人中毒的症状是肺气肿，并伴有独具特点的闭塞性纤维支气管。对于健康人，在16ppm的NO2环境中停留10min肺气流阻力便明显上升。关于NO2对人及生物的危害见表1—3。NOx是光化学烟雾的主要物质之一。4、光化学烟雾光化学烟雾的形成是一个十分复杂的过程，美国通用汽车公司的卡普兰在实验室模拟出了光化学烟雾的形成，提出了光化学烟雾的形成机理。4、光化学烟雾光化学烟雾的形成需要两个条件，即一定的HC和Nox浓度及强光的照射。光化学烟雾是有害气体产生的二次污染物，多发时段是夏、秋之间，常发地点：大气不流畅的大城市及盆地。午后2—3点时光化学烟雾的浓度最高。光化学烟雾的主要产物是臭氧O3及过氧酰基硝酸盐(RCHO),除此之外，还生成各种游离基、醛、酮、硫酸盐雾等。光化学烟雾对人体健康的危害不能简单理解为其生成物对人体的影响，而是组成光化学烟雾各物质的共同作用结果。光化学烟雾主要组成物质的浓度越高，光化学烟雾越严重。所以常用O3的浓度来表示光化学烟雾的强弱。关于光化学烟雾对人体的危害见表1—4。光化学烟雾对人体的危害大气臭氧层是大气中臭氧集中的层次，一般指高度在10～50千米之间的大气层，也有指20～30千米之间臭氧密度最大的大气层。在臭氧层里臭氧的浓度实际也是很稀的。即使在臭氧浓度最大处，所含臭氧对空气的体积比也不过为百万分之几。将它折算到标准状态（气压1013.25百帕、温度273K），臭氧的总累积厚度为0.15～0.45厘米，平均为0.30厘米。熱成層(80km-800km)；中間層(50km-80km)；平流層(11km-50km)；對流層(0km-11km)5、硫化物燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应便生成了硫的氧化物。汽车尾气中的硫化物主要是SO2。一般说来该成分柴油机的排出量比汽油机大。SO2是产生酸雨的主要物质。所幸的是汽车的SO2排出量远比燃煤低，但同样不能忽视它对大气环境的影响。6、微粒微粒是指除去化合物的水以外所有固态的碳基颗粒、液态的燃油与润滑油及无机物（如附聚在碳基颗粒表面的SO2、NO2、H2SO3、铅等）的总称。微粒是柴油机排放的一种主要形式，通常柴油机的排放量要比汽油机高30—60倍。汽车尾气中的微粒主要有铅化物、碳烟及油雾三种。一般情况下，2—10μm的微粒吸入人体后可被排除，对人体的影响不大；2μm以下的微粒容易在肺部沉积；0.1—0.5μm的微粒对人体的危害最大，除致癌作用外，还会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。微粒的颗粒越小，在空气中悬浮的时间越长，这就增加了被人体吸入及在大气中受阳光和其他物质作用而产生光化学反应的机会。实验表明，柴油机排出的微粒90%以上小于1μm。球状微粒在静态空气中的沉降速度分别是：10μm0.3cm/s；1.0μm0.003cm/s；0.1μm0.00009cm/s。6、微粒油雾汽车排出的油雾有两种表现形式，即白烟和蓝烟。研究表明，发动机排出的白烟和蓝烟主要与燃烧室的温度有关，当温度低于通常是冒白烟；当温度时冒蓝烟。白烟：主要出现在冬季低温启动及暖机前期，此时气缸中的温度较低，着火不好，未经燃烧的燃油和润滑油以液滴状存在，其直径约1.3μm左右，随废气排出便形成白烟。蓝烟：发动机冷启动后，暖机过程的进程中，燃烧室的温度逐渐上升，白烟便逐渐变为蓝烟，最后完全消失。温度上升，油滴直径减小，油的直径约为0.4μm以下，即是蓝烟。白烟和蓝烟本无区别，是油滴直径的不同所产生不同阳光折射率而表现的一种视觉差。C0250CTC00600250第三节汽车排放污染物的生成机理一、一氧化碳（CO）的生成机理CO是燃料燃烧的中间产物，如果有足够的空气，CO是可以继续与O2进行反应生成CO2。那么，汽车尾气中的CO是如何产生的呢？这显然与发动机的燃烧过程有关。二、碳氢化合物HC的生成机理HC是燃料在高温缺氧的情况下裂解而成的，它和CO一样，一旦有足够的空气，他便会继续燃烧最终生成H2O和CO2。三、氮氧化物Nox的生成机理汽车排出的NOx主要是NO和NO2。NOx是N2和O2在高温高压的作用下形成的。四、硫的氧化物的生成机理燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应生成硫的氧化物。汽车尾气中硫的氧化物主要是SO2。一般说来，该成分柴油机的排出量比汽油机大。五、微粒的生成机理汽车尾气中的微粒主要有铅化物、碳烟和油雾三种。铅化物：铅化物主要来自于添加到汽油中的抗暴剂——四乙铅。碳烟：碳氧是分子较大的燃料在高温高压缺氧的情况下裂解的产物。油雾：油雾是低温燃烧时未燃烧的燃油直接排出。