Изучение загрязнения окружающей среды в селе Тойси выхлопными газами на трассе Яльчики – Батырево. Исследовательская работа выполнена Рубцовой А. и Руссовой В.10 класс.2007 г.
Введение
Без здоровой окружающей среды не может быть ни здорового общества, ни социальноактивных граждан. К сожалению, в настоящее время в России экологическая ситуация характеризующая прогрессирующей деградацией окружающей природной среды, и ухудшение здоровья нации свидетельствуют о том, что в стране не обеспечивается экологическая безопасность, которая составляет часть (наряду с государственной, военной, личной) национальной безопасностью.
Экологическая обстановка в России, как и во всём мире, превращается из неблагоприятной в кризисную. Кризисная экологическая ситуация обостряется ещё и тем, что страна переживает смену общественно – экономических отношений. России досталось тяжёлое наследие: до 1990х гг. антропогенное воздействие на окружающую среду в СССР непрерывно возрастало за счёт освоения всё более обширных новых территорий, роста затрат природных ресурсов на промышленное и сельскохозяйственное производство и увеличения потока загрязняющих веществ.
Актуальностьвыбранной темы.
Наша территория села Тойси подвергается загрязнению продуктами сгорания от выхлопных газов, а так же резиновой и асбестовой пылью. Загрязнение воздуха влияет на здоровье взрослых и детей. В нашей школе с каждым годом растёт количество детей с хроническими заболеваниями дыхательных путей, снижается иммунитет.
В запыленности воздуха главная роль принадлежит автотранспорту. Резиновая и асбестовая пыль представляет большую опасность для здоровья человека. Резиновая пыль является продуктом износа автомобильных шин. Асбестовая пыль является следствием износа фрикционных накладок, дисков, сцепления тормозных колодок. Асбест плохо выводится из организма, поэтому процесс его воздействия на внутренние органы, лёгкие, слизистую оболочку очень длителен, может достигать 10-15 лет, и до конца ещё не изучен.
В содержании работы рассматриваются следующие вопросы:
1. Актуальность рассматриваемой проблемы.
2. Влияние выхлопных газов на здоровье человека.
3. Влияние роста автомобильнойпромышленности на состав воздуха.
4. Выхлопные газы - причина появления канцерогенных веществ в воздухе.
6. Путиснижения выбросов и токсичности выхлопных газов.
Цель: исследование проблемы загрязнения воздуха выхлопными газами
Объект исследования : процесс загрязнения воздуха выхлопными газами в селе Тойси за сутки
Предмет исследования: главная трасса Яльчики – Батырево, проходящая через село Тойси с протяженностью 1 км.
Гипотеза исследования: загрязнение воздуха отрицательно влияет на здоровье человека
Задачи исследования:
1) Изучить вопросэкологической обстановки в Тойси.
2) Выяснить влияние выхлопных газов на здоровье человека.
3) Проанализировать влияние роста автомобильнойпромышленности на состав
воздуха.
4) Обосноватьпричину появления канцерогенных веществ в воздухе.
5) Изучить химический состав автомобильных выхлопных газов.
6) Обозначить способы снижения выбросов и токсичности выхлопных газов.
7) Привестипримеры типичных случаев отравления выхлопными газамив замкнутом пространстве.
8) На основе изученных вопросов сделать вывод о негативном влиянии выхлопных газов на здоровье человека.
Автомобильный транспорт - один из основных загрязнителей окружающей среды.
Автомобиль стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый газ и водяные пары. Но… Температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца.
Влияние выхлопныхгазов на здоровье человека.
Увеличение масштабов сжигания нефтепродуктов является причиной загрязнения воздушной среды. В особенности это стало ощутимым с развитием с автомобильноготранспорта. Бензин, израсходованный на приведение в действие двигателей внутреннего сгорания, никуда не исчезает. Отдавая заключённую в нём энергию химических связей, он разлагается на более простые вещества – оксиды углерода, сажу, углеводороды и др. Наибольшее количество загрязняющих атмосферу веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей. Анализ выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания показал, что в них содержится около двухсот различных веществ, большинство из которых токсично. Основные компоненты выхлопных газов приведены в таблице 1.
Из таблицы видно, что количество выбросов существенно зависит от конструкции двигателя, при этом дизельные двигатели экологически оказываются более приемлемыми. Однако в не меньшей степени количественныйи качественный составвыхлопных газов зависит от технического состояния, условий и режима работы двигателя. Особенно резко увеличивается концентрация вредных веществ в выбросах автомобилей при работе на холостом ходу.
Карбюраторные двигатели выбрасывают значительно больше несгоревших углеводородов и продуктов неполного окисления (альдегидов, оксида углерода). Пройдя 15 тыс. км, каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу более 3 т диоксида углерода, 93 кг углеводородов, 0.5т оксида углерода, около 30 кг оксидов азота.
Само по себе попадание в окружающую среду с выхлопными газами токсичных веществ является весьма нежелательным, так как они представляют реальную опасность для здоровья людей. Так, оксид углерода инактивирует гемоглобин, обуславливая кислородную недостаточность тканей, вызывая расстройство нервной и сердечно – сосудистой систем, а так же способствует развитию атеросклероза. Оксиды азотарезко раздражают лёгкие и дыхательные пути, способствуя возникновению воспалительных процессов в них. Под влиянием оксидов азота образуется метгемоглобин, понижается кровяное давление, возникает головокружение, сонливость, расстройство дыхания и кровообращения.
Выхлопные газы
Выхлопные газы – причина образования канцерогенных веществ в воздухе.
Химический состав автомобильных выхлопных газов.
Наибольшую опасность представляют оксиды азота , примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ , доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4-5% от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается, однако особенно, что непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения - составляющие смогов .
Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды - сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен , кроме него обнаружены производные антрацена :
· 1,2-бензантрацен
· 1,2,6,7-дибензантрацен
· 5,10-диметил-1,2-бензантрацен
Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входит оксиды серы, при применении этилированных бензинов - свинец (Тетраэтилсвинец ), бром , хлор , их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога .
Исследовательская работа
«Характеристикаавтотранспорта».
Я решила изучить долю загрязнения окружающей среды автомобилями, проезжающими через наше село. Село Тойси расположено в Батыревском районе Чувашской Республики. Рядом с нашим районом расположен другой район – Яльчики. А наше село расположено как раз между селами Яльчики и Батырево.
Дело было этой осенью. В один прекрасный день мы с подружкой решили прогуляться по селу.Гуляли долго и становилось уже скучно, но вдруг мне в голову пришла одна замечательная мысль: подсчитать сколько машин проезжает через наше село за 1 час, за сутки, в неделю, в год. Я высказала ей свою мысль, она меня поддержала. А ведь машины не только проезжают, они оставляют после себя вредные и ядовитые вещества, содержащиеся в выхлопных газах. Как они влияют на наше здоровье и на окружающую среду? Мы долго не думали. Пошли к Ирине Витальевне, учительнице по биологии и химии, и рассказали ей о наших размышлениях. Она нас похвалила за сообразительность и предложила написать нам исследовательскую работу по этой теме. Мы с Верой сразу же согласились и принялись за работу.
Сначала мы подсчитали, сколько автомобилей проехало через наше село утром. 6 сентября с 7:00 до 8:00 мы подсчитали 48 легковых автомобилей, 12 микроавтобусов (газели и УАЗы), 10 грузовых машин и 10 тракторов. Интересно, сколько килограммов выхлопных газов поступает в атмосферу утром? А за весь день? А за сутки? А за неделю? А за год?
Известно, что один автомобиль в течении суток может выбрасывать до 1кг выхлопных газов, в состав которых входит около 0,03кг угарного газа, 0,006кг оксида азота. Предположим, что автомобили движутся со скоростью 60км/ч. Протяженность нашего села составляет 1км. Тогда наше село они проезжают за 1 минуту.
По моим расчетам, утром в наше село автомобили выбрасывают ~0,0549кг выхлопных газов.
Посчитали днем, 12 сентября с 12:00 до 13:00. Тогда за 1 час проехало 32 легковых автомобилей, 12 микроавтобусов (газели и УАЗы), 8 грузовиков и 3 трактора. За этот промежуток времени в селе Тойси в атмосферу поступает ~0,0389144кг выхлопных газов.
25 сентября мы посчитали количество автомобилей, проезжающих через наше село вечером. Вечером с 17:00 до 18:00 через наше село проезжают 50 легковых автомобилей, 10 микроавтобусов, 10 тракторов. Поступает ~ 0,0520кг выхлопных газов.
По моим расчетам, ночью тоже в наше село поступает огромное количество выхлопных газов. Мы считали 6 октября в промежутке от 23:00 до 24:00. Тогда через наше село проезжало 60 легковых автомобилей. Значит, и ночью выхлопные газы поступают в наше село ни чуть ни меньше, чем днем - ~0,0416кг.
В среднем за 4 часа
|
Автомобили время |
грузовики |
легковые |
микроавтобусы |
тракторы |
всего |
|
12-13 |
|||||
|
17-18 |
|||||
|
23-24 |
Исходя из всех этих данных, которых мы посчитали, можно вычислить среднее число автотранспорта, проезжающего через наше село. Среднее число автотранспорта за сутки составляет 1656 единиц, а за неделю – 11592 единиц, а за месяц – 51336 единиц, а за год – 616032 единиц! Значит, за сутки в нашем селе поступают в атмосферу~1,15кг выхлопных газов, туда входят ~0,0345кг угарного газа и ~0,0069кг оксида азота! А за год ~427,8кг выхлопных газов, где ~12,834кг составляет угарный газ и ~0,0025698кг составляет оксид азота!
|
Автомобили время |
грузовики |
легковые |
микроавтобусы |
тракторы |
всего |
|
|
В среднем за 4 часа |
||||||
|
В среднем за сутки |
1140 |
2346 |
||||
|
В среднем за неделю |
7980 |
1680 |
16422 |
|||
|
В среднем за месяц |
4278 |
35340 |
7440 |
4278 |
72726 |
|
|
В среднем за год |
50370 |
416100 |
87600 |
50370 |
856290 |
|
По-моему, это огромное число для нашего маленького села. Окружающая среда и воздух загрязняются. Воздух является одним из важнейших элементом среды. Воздушная среда необходима для дыхания человека. Человеческий организм постоянно испытывает потребность воздуха. Это обусловлено физиологическим значением дыхания. При вдохе в органы внешнего дыхания поступает воздух, в котором содержится необходимый для организма кислород. Человек дышит воздухом помещения, рабочего места и воздушного бассейна населенного пункта, где он живет. Рассеивание в воздушной среде промышленных и автомобильных выбросов изменяет химический состав атмосферы. В воздухе городов часто или постоянно обнаруживаются вредные вещества. По мере накопления отходов в окружающей среде происходит вначале исчезновение чувствительных к загрязнителям видов, затем, по мере устойчивых видов, изменение структуры экосистемы, замещение одной экосистемы другой или опустынивание территории. Накопление в окружающей среде отходов, токсичных для здоровья человека, вызывает угнетения здоровья вначале отдельных людей, имеющих ослабленное здоровье, затем - здоровье большей и большей части населения. Это является суровым экологическим предупреждением о том, как хрупка защитная система организма человека. Таким образом, воздействие человека на природу в индустриальную эру действительно стало фактором, превосходящим все природные силы, которые когда-либо влияли на развитие жизни, родных циклов подрывает существование не только различных биологических видов, но и его самого.
Действительно, мы редко задумываемся над тем, что мы практически дышим «выхлопными газами». Ведь когда человек здоров, он хорошо себя чувствует, ходит пешком, ездит на автомобиле.… Наверно он думает, что когда он ходит пешком, то дышит свежим и чистым воздухом.… А когда человек едет на автомобиле, не задумывается, что он загрязняет окружающую среду и воздух, а потом сам же его вдыхает. Да, я понимаю, что без автомобилей в настоящее время не обойтись. Для того, чтобы автомобили выделяли в окружающую среду меньше вредных веществ, надо на них поставить другие двигатели, которые не выделяли бы столько много выхлопных газов, сколько выделяют двигатели современных автомобилей.
Сколько таких деревень и сел, как наше село, да что там деревни и села, сколькобольших районов да городов, которые помимо автомобилей загрязняются еще заводами, фабриками, промышленными предприятиями и т.д. Если только в нашем селе за сутки в атмосферу поступает ~1,15кг выхлопных газов, то в Батыревском районе 48 деревень и сел, значит, приблизительно в атмосферу поступает 55,5кг выхлопного газа! И это всего лишь за сутки! А за год – ~20257,5кг выхлопного газа! Это огромное количество! Это вред не только для окружающей нас среды и воздуха, но в главную очередь – для нашего здоровья!
Также мы посчитали, сколько пыли оседает за сутки в нашем селе при проезде автотранспорта.
За сутки через наше село проезжает 1200 легковыхавтомобилей,микроавтобусов 240 (газели и УАЗы), 14 грузовиков. На 1 км дороги оседает у одного автомобиля в среднем0,2 гр.пыли. Умножим на количество проходимого транспорта – 290,8 гр. в сутки, 103,5 кг в год.
|
Компоненты |
Примечание |
||
|
Карбюраторные |
Дизельные |
||
|
N 2 O 2 H 2 O (Пары) СО 2 Н 2 СО NO x C n H m Альдегиды Сажа Бензапирен |
74-77 0,3 – 8 3,0 – 5,5 5,0 – 12,0 0 – 5,0 0,5 – 12,0 До 0,8 0,2 – 3,0 До 0,2 мг/л 0- 0,004 г/м 3 10 – 20 мкг/м 3 |
76- 78 2 – 18 0,5 – 4,0 1,0 – 10,0 0,01 – 0,50 0,0002 – 0,5 0,009 – 0,5 0,001–0,09 мг/л 0,01 – 1,1 г/м 3 До 10 мкг/м 3 |
Нетоксичен Токсичен |
Заключение.
А в заключении хочу сказать, чтопри создании этого проекта мнепотребовалось немало времени, чтобы провести исследования, найти дополнительную информацию. Данная информация для меня является не маловажной.
Каждый человек должен задуматься о том, какие серьёзные последствия несёт атмосфера, пропитанная вредными химическими веществами. Жизнь, данная нам однажды природой не должна нарушаться искусственными факторами, которые негативно сказываются на здоровье человека.
Подумайте об этом!
Использованная литература:
1) «Аванта+» Москва 2002г.
2) Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – 2-е изд. – М.:
3) Химия, 1995.
4) В. Володин «Человек. Энциклопедия для детей»
5) Н.Л.Глинка «Общая химия»
дизельных двигателей, об.%
Диоксид серы образуется в отработавших газах в том случае, когда сера содержится в исходном топливе (дизельное топливо). Анализ данных, приведенных в табл. 16, показывает, что наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большего выброса СО, NO x , C n H m и др. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксична. Однако частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных. Сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействия токсических веществ на человека.
Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с отработавшими газами, из них 30% оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40% остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5–3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания его в бензине. Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина на неэтилированный, что используют в Российской Федерации и ряде стран Западной Европы.
Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя. У двигателя, работающего на бензине, при неустановившихся режимах (разгон, торможение) нарушаются процессы смесеобразования, что способствует повышенному выделению токсичных продуктов. Зависимость состава отработавших газов ДВС от коэффициента избытка воздуха приведена на рис. 77, а . Переобогащение горючей смеси до коэффициента избытка воздуха а = 0,6–0,95 на режиме разгона ведет к увеличению выброса несгоревшего топлива и продуктов его неполного сгорания.
В дизельных двигателях с уменьшением нагрузки состав горючей смеси обедняется, поэтому содержание токсичных компонентов в отработавших газах при малой нагрузке уменьшается (рис. 77, б). Содержание СО и С n Н m возрастает при работе на режиме максимальной нагрузки.
Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4–5 раз.
В процессе старения двигателя выбросы его увеличиваются из-за ухудшения всех характеристик. При износе поршневых колец увеличивается прорыв через них. Утечки через выхлопной клапан могут стать основным источником выбросов углеводородов.
Характеристики режима работы и конструкции, которые оказывают влияние на выбросы в карбюраторных двигателях, включают следующие параметры:
3) скорость;
4) управление моментом;
5) образование нагара в камере сгорания;
6) температура поверхности;
7) противодавление выхлопа;
8) перекрытие клапанов;
9) давление во впускном трубопроводе;
10) соотношение между поверхностью и объемом;
11) рабочий объем цилиндра;
12) степень сжатия;
13) рециркуляция выхлопного газа;
14) конструкция камеры сгорания;
15) соотношение между ходом поршня и диаметром цилиндра.
Уменьшение количества выбрасываемых загрязняющих веществ достигается в современных автомобилях за счет использования оптимальных конструкторских решений, точной регулировки всех элементов двигателя, выбором оптимальных режимов движения, использованием топлива более высокого качества. Управление режимами движения автомобиля может осуществляться с помощью компьютера, устанавливаемого в салоне автомобиля.
Эксплуатационные и конструкторские параметры, влияющие на выбросы двигателей, в которых зажигание смеси происходит за счет сжатия, включают следующие характеристики:
1) коэффициент избытка воздуха;
2) опережение впрыска;
3) температура входящего воздуха;
4) состав топлива (включая присадки);
5) турбонаддув;
6) завихрение воздуха;
7) конструкция камеры сгорания;
8) характеристики форсунки и струи;
9) рециркуляция выхлопного газа;
10) система вентиляции картера.
Турбонаддув увеличивает температуру цикла и, таким образом, усиливает окислительные реакции. Эти факторы приводят к сокращению выбросов углеводородов. Чтобы уменьшить температуру цикла и таким образом сократить выброс оксидов азота, совместно с турбонаддувом может быть использовано промежуточное охлаждение.
Одним из наиболее перспективных направлений снижения выбросов токсичных веществ карбюраторных двигателей является использование методов внешнего подавления выбросов, т.е. после того, как они выйдут из камеры сгорания. К таким устройствам относятся термические и каталитические реакторы.
Цель использования термических реакторов состоит в том, чтобы доокислить углеводороды и оксид углерода посредством некаталитических гомогенных газовых реакций. Эти устройства предназначены для окисления, поэтому они не приводят к удалению оксидов азота. Такие реакторы поддерживают повышенную температуру выхлопных газов (до 900°С) в течение периода времени доокисления (в среднем до 100 мс), так что окислительные реакции продолжаются в выхлопных газах и после того, как они покинут цилиндр.
Каталитические реакторы устанавливаются в выхлопной системе, которая часто несколько удалена от двигателя и, в зависимости от конструкции, используется для удаления не только углеводородов и СО, но, кроме того, и оксидов азота. Для автомобильных транспортных средств используются такие катализаторы, как платина и палладий, для окисления углеводородов и СО. Для уменьшения содержания оксидов азота в качестве катализатора используется родий. Как правило, используется всего 2–4 г благородных металлов. Основные металлические катализаторы могут быть эффективными при использовании спиртовых топлив, но их каталитическая активность быстро падает при использовании традиционных углеводородных топлив. Применяются два вида носителей катализаторов: таблетки (γ-оксид алюминия) или монолиты (кордиерит или коррозионно-стойкая сталь). Кордиерит при применении его в качестве носителя покрывают γ-оксидом алюминия перед нанесением каталитического металла.
Каталитические нейтрализаторы конструктивно состоят из входного и выходного устройств, служащих для подвода и вывода нейтрализуемого газа, корпуса и заключенного в него реактора, представляющего собой активную зону, где и протекают каталитические реакции. Реактор-нейтрализатор работает в условиях больших температурных перепадов, вибрационных нагрузок, агрессивной среды. Обеспечивая эффективную очистку отработанных газов, нейтрализатор по надежности не должен уступать основным узлам и агрегатам двигателя.
Нейтрализатор для дизельного двигателя показан на рис. 78. Конструкция нейтрализатора осесимметрична и имеет вид «трубы в трубе». Реактор состоит из наружной и внутренней перфорированных решеток, между которыми размещен слой гранулированного платинового катализатора.
Назначение нейтрализатора заключается в глубоком (не менее
90 об %) окислении СО и углеводородов в широком интервале температур (250…800°С) в присутствии влаги, соединений серы и свинца. Катализаторы этого типа характеризуются низкими температурами начала эффективной работы, высокой термостойкостью, долговечностью и способностью устойчиво работать при высоких скоростях газового потока. Основным недостатком нейтрализатора этого типа является высокая стоимость.
Для того чтобы каталитическое окисление происходило нормально, окисляющие катализаторы требуют некоторого количества кислорода, а восстанавливающие катализаторы – некоторого количества СО, C n Н m или Н 2 . Типичные системы и реакции каталитического окисления-восстановления приведены на рис. 79. В зависимости от селективности катализатора в процессе восстановления оксидов азота может образоваться некоторое количество аммиака, который затем снова окисляется в NO, что приводит к снижению эффективности разрушения NO x .
Крайне нежелательным промежуточным продуктом может оказаться серная кислота. Для почти стехиометрической смеси сосуществуют как окисляющиеся, так и восстанавливающиеся составляющие в выхлопных газах.
Эффективность катализаторов может быть снижена в присутствии соединений металлов, которые могут поступать в выхлопные газы из топлива, добавок смазывающих материалов, а также вследствие износа металлов. Это явление известно под названием отравления катализатора. Особенно существенно понижают активность катализатора антидетонационные добавки тетраэтилсвинца.
Кроме каталитических и термических нейтрализаторов отработанных газов двигателей используются и жидкостные нейтрализаторы. Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов газов при пропускании их через жидкость определенного состава: вода, водный раствор сульфита натрия, водный раствор бикарбоната натрия. В результате пропускания отработанных газов дизельного двигателя снижается выброс альдегидов примерно на 50%, сажи – на 60–80%, происходит некоторое снижение содержания бенз(а)пирена. Главные недостатки жидкостных нейтрализаторов – это большие габариты и недостаточно высокая степень очистки по большинству компонентов выхлопных газов.
Повышение экономичности автобусов и грузовых автомобилей достигается прежде всего применением дизельных ДВС. Они обладают экологическими преимуществами по сравнению с бензиновыми ДВС, поскольку имеют меньший на 25–30% удельный расход топлива; кроме того, состав отработавших газов у дизельного ДВС менее токсичен.
Для оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта установлены удельные значения газовых выбросов. Имеются методики, позволяющие по удельным выбросам и количеству автомобилей рассчитать количество выбросов автотранспорта в атмосферу для различных ситуаций .
Ежегодно количество машин в городах увеличивается, следовательно и повышается концентрация выхлопных газов. Какое действие оказывают на организм продукты работы двигателя можно узнать разобравшись в их составе.
Развитие всего человечества неизменно сопровождается ростом населения и, конечно же, потребностей. Одновременно с этим развивается промышленность и автомобильный транспорт, а в окружающую среду выбрасывается все больше ядовитых химикатов. Около 90 процентов от совокупного объема загрязнений составляют выхлопные газы от автомобилей. Этой проблема сегодня обретает все большую актуальность.
Автомобильные выхлопные газы - это своеобразный коктейль из нескольких сотен химикатов, которые могут причинить вред и человеческому здоровью, и экологии. Они выделяются в процессе сгорания топлива.
Статистика гласит, что одна «легковушка» выделяет за сутки в окружающую среду в среднем до одного килограмма канцерогенов, токсинов и технических компонентов. При этом вредные вещества аккумулируются и могут содержаться в атмосфере до пяти-шести лет. Они могут навредить и окружающей среде, и человеку, и растениям, и животным.
Когда концентрация выхлопных газов в воздухе превышает норму, то они негативно сказываются и на человеческом самочувствии. Больше всего от их воздействия страдают водители такси и маршруток, а также люди, которые проводят много времени в автопробках. При этом самыми вредными считаются дизельные двигатели, которые могут отработать много сажи.
Выбросы из выхлопной трубы автомобилей моментально воздействуют на органы дыхания, причем у взрослых гораздо меньше, нежели у детей. Обусловлено это тем, что максимальная концентрация газов сосредоточена примерно на уровне детского лица.
Состав выхлопных газов автомобилей
Вред окружающей среде наносится благодаря токсинам, которые содержатся в выхлопных газах. Из них особенно выделяются следующие химические соединения:
По статистике, автобусы и грузовики вырабатывают гораздо больше выхлопных газов, чем легковые автомобили и мотоциклы. Это связано с объемом двигателей и режимом их работы.
Воздействие на человеческий организм
В своем составе выхлопные газы автомобилей имеют ядовитые и вредные химические соединения, могут служить причиной развития хронических и острых заболеваний. В органах дыхания при этом могут возникать следующие патологии:
- астма;
- аллергия;
- бронхит;
- злокачественные новообразования;
- гайморит;
- эмфизема;
- воспаления дыхательных путей.
Кроме того, из-за содержания вредных веществ в выбросах может страдать и сердечно-сосудистая система. Для нее характерны следующие явления:
- головокружения;
- отдышка и затруднение дыхания;
- признаки стенокардии;
- формирование тромбозов;
- инфаркт миокарда.
Вещества, присутствующие в составе выхлопов автомобилей, могут скапливаться внутри организма. Из-за этого происходит его зашлаковывание, приводящее к развитию серьезных болезней. О влиянии выхлопных газов на здоровье человека ведется очень много споров, но все они сводятся к тому, что вред неминуем.
Многие люди еще со школьной скамьи знают о том, что растения могут «дышать». То есть они тоже ощущают на себе воздействие выхлопных газов. 
Микрочастички токсинов отравляют тело растения, потому деревья и цветы, растущие вдоль дорог, выглядят так тускло и вяло.
Кроме того, огромный объем оказал влияние и на состав климатических осадков. Именно из-за эксплуатации транспортных средств все чаще возникают кислотные дожди, разноцветные туманы или темный снег. Конечно, подобные осадки способствуют очищению воздуха, но загрязнения при этом попадают в землю. После этого тяжелые металлы и химические соединения распространяются дальше, через сельскохозяйственные культуры и животные корма. Такой «круговорот» вредных веществ пагубно отражается на состоянии здоровья.
Меры защиты
Максимальный вред автомобильные выбросы оказывают на людей, которые подолгу стоят в пробках. Автомобилисты, не имея в наличии противогаза или респиратора, буквально вынуждены их вдыхать. Однако ротовую полость или нос можно закрыть шарфом или платком. Ткань не сможет защитить от попадания вредных веществ в организм, но она хотя бы минимизирует их количество.
Если приходится часто стоять в автопробках, то рацион рекомендуется дополнить зелеными овощами, ягодами, и семечками. Также желательно пить как можно больше воды, потому что она устраняет интоксикацию.
Влияние выхлопных газов на окружающую среду распространяется также на дома и квартиры, которые находятся рядом с автострадами. Зачастую выхлопы в жилище попадают через форточки и окна. Специалисты для повышения безопасности советуют устанавливать герметичные конструкции, а для проветривания пользоваться бризерами.
Сегодня ученые все еще продолжают разрабатывать альтернативные виды горючего, электромобили и иные экологичные технологии. Но пока это лишь вопрос будущего, потому проблема выброса выхлопных газов сейчас так актуальна.
Согласно исследованиям экологов, в крупных городах практически 90% загрязнения атмосферы приходится на выхлопы транспорта. Сильнейшими загрязнителями являются автомобили, работающие на дизельном топливе. Также большую роль играет разновидность сжигаемого бензина. Например, сернистый бензин выделяет в атмосферу окиси серы, а – хлор, бром и свинец. Но самый распространенный состав выхлопных газов следующим образом:
Азот – 75%;
- кислород – 0.3-8.0%;
- вода – 3-5%;
- углекислый газ – 0-16%;
- угарный газ – 0.1-5.0%;
- оксиды азота – 0.8%;
- углеводороды – 0.1-2.5%;
- альдегиды – до 0.2%;
- сажа – до 0.04%;
- бензпирен – 0.0005%.
Угарный газ
Продукт неполного сгорания бензина или дизельного топлива. Этот газ не имеет цвета , поэтому его присутствие в атмосфере человек ощутить не может. В этом и состоит его основная опасность. Угарный газ связывает гемоглобин и вызывает тканей и органов тела. Это приводит к головной боли, головокружению, потере сознания и даже к смерти.
Нередки случаи, когда прогрев машины в закрытом или даже открытом гараже приводил к летальному исходу владельца автомобиля. Не имея запаха и цвета, угарный газ приводит к потере сознания и смерти.
Диоксид азота
Желтовато-бурый газ с резким запахом. Ухудшает видимость, придает воздуху коричневатый оттенок. Очень токсичен, может вызывать бронхиты, существенно снижает сопротивляемость организма к простудам. Особенно негативно диоксид азота влияет на людей, страдающих хроническими заболеваниями дыхательных путей.
Углеводороды
В присутствии оксидов азота и под воздействием ультрафиолета солнца, углеводороды окисляются, после чего образуют кислородсодержащие ядовитые вещества с резким запахом, так званый фотохимический смог. Циклические ароматические углеводороды также содержатся в смолах и саже, они являются сильнейшими канцерогенами. Некоторые из них способны вызывать мутации.
Формальдегид
Бесцветный газ, обладает неприятным и резким запахом. В большом количестве раздражает дыхательные пути и глаза. Токсичен, вызывает поражение нервной системы, обладает мутагенным, аллергенным и канцерогенным действием.
Пыль и сажа
Взвешенные частицы, размером не более 10 мкм. Могут вызывать заболевания органов дыхания и слизистых оболочек. Сажа является канцерогеном и может вызывать раковые заболевания.
Во время работы двигателя на стенках выхлопной системы накапливаются несгоревшие частички. Под влиянием давления газов они выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее.
Бензпирен 3,4
Одно из самых опасных веществ, которое содержит выхлопные газы. Является сильным канцерогеном, повышает вероятность возникновения раковых заболеваний.
Выхлопные газы (или отработавшие газы) - основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания - это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны.
Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав.
| Компоненты выхлопного газа | Содержание по объему, % | Токсичность | |
|---|---|---|---|
| Двигатель | |||
| бензин | дизель | ||
| Азот | 74,0 - 77,0 | 76,0 - 78,0 | нет |
| Кислород | 0,3 - 8,0 | 2,0 - 18,0 | нет |
| Пары воды | 3,0 - 5,5 | 0,5 - 4,0 | нет |
| Диоксид углерода | 5,0 - 12,0 | 1,0 - 10,0 | нет |
| Оксид углерода | 0,1 - 10,0 | 0,01 - 5,0 | да |
| Углеводороды неканцерогенные | 0,2 - 3,0 | 0,009 - 0,5 | да |
| Альдегиды | 0 - 0,2 | 0,001 - 0,009 | да |
| Оксид серы | 0 - 0,002 | 0 - 0,03 | да |
| Сажа, г/м3 | 0 - 0,04 | 0,01 - 1,1 | да |
| Бензопирен, мг/м3 | 0,01 - 0,02 | до 0,01 | да |
При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе - сажа.
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.
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 ещё в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2). Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. 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.
Углеводороды (CnHm этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)
Углеводороды 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 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). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, - возникают его частые пропуски. Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрение воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода). 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 образованию смога.
Смог от выхлопных газов.
Смог (Smog, от smoke дым и fog - туман) ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненной 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. В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).
Низкие концентрации NO2 могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений. Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные гидроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м3 наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO2 капельки желтой жидкости). Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий. Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка. Природа смогов различна. Например, в Нью-Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос-Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии - присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.
