Токсичность ОГ ДВС. Воздействие ОГ на организм человека и окружающую среду

Министерство  образования и науки РФ

ФГБ ОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Факультет Автомобильного транспорта

Кафедра «Теплотехника  и гидравлика»

 

Семестровая работа по курсу

«Экологические  проблемы автомобильного транспорта. Нормативы» на тему:

«Токсичность ОГ ДВС. Воздействие ОГ на организм человека и окружающую среду»

Вариант -2

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы АТ – 316

Бочаров Э.

Проверил:

Доцент Захаров  Е.А.

 

Волгоград,2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1) Состав отработавших газов…………………………………………………5

2) Действие основных компонентов ОГ на организм человека………….11

3) Действие  ОГ на окружающую среду……………………………………..15

Заключение……………………………………………………………………...18

Список использованной литературы…………………………………..........19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

       Практически все современные автомобили снабжены двигателями внутреннего сгорания. При сравнительно небольшой массе этот двигатель развивает значительную мощность, экономичен, достаточно надежен, работает на сравнительно недорогом топливе. По мере роста автомобильного парка, стал проявляться существенный недостаток этого двигателя - с выхлопными газами в окружающий воздух поступают вредные для здоровья человека вещества. Каждый автомобиль выбрасывает более 3 кг вредных веществ ежедневно. Когда автомобилей стало слишком много, в крупных городах заметно ухудшилось состояние атмосферного воздуха [1].

       Автотранспорт является источником загрязнения атмосферы, количество автомашин непрерывно растет, особенно в крупных городах; а вместе с этим растет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

       Токсическими выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсических примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС.     С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает ~45% С_nH_n от их общего выброса.

       Исследования состава отработавших газов ДВС показывают, что в них содержится несколько десятков компонентов.

       Проблема охраны окружающей среды является одной из наиболее актуальных, поскольку от ее решения зависят жизнь на Земле, здоровье и благосостояние человека. Эта проблема обострилась в XX в., когда интенсивное развитие промышленности и транспорта, а также несовершенство технологических процессов привели к загрязнению атмосферы, воды и почвы. Ежегодно мировое хозяйство выбрасывает в атмосферу 350 млн. т окиси углерода, более 50 млн. т различных углеводородов, 150 млн. т двуокиси серы. В атмосфере накапливается углекислый газ, уменьшается количество кислорода.

Первым виновником порчи  атмосферного воздуха является детище научно-технического прогресса - автомобиль. Поглощая столь необходимый для  жизни кислород, он интенсивно “обогащает”  воздушную среду токсичными компонентами, наносящими вред всему живому и неживому.

      Рассмотрим  компоненты содержащиеся в отработавших газах , а так же укажем влияние  О.Г. на организм человека и окружающую среду.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Состав отработавших газов

       Отработавшие газы - смесь газов с примесью взвешенных частиц, образовавшихся в результате сгорания моторного топлива (проект федерального закона "Об обеспечении экологической безопасности автомобильного транспорта"). В состав отработавших газов входят оксиды углерода, азота, серы, углеводороды, сажа и другие вещества(всего в ОГ обнаружено около 280 компонентов). Количественный состав отработавших газов зависит от вида топлива.

В таблице 1 представлены состав выхлопных газов автомобилей  с бензиновым и дизельными двигателями.

Таблица 1 - Состав автомобильных  выхлопных газов

Компоненты выхлопного газа	Содержание по объему, %		Примечание
	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
Азот	74,0…77,0	76,0…78,0	нетоксичен
Пары воды	3,0…5,5	0,5…4,0	нетоксичны
Кислород	0,3…8,0	2,0…18,0	нетоксичен
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
Сажа, г/м3	0…0,04	0,01…1,1	токсична
Оксид серы	0…0,002	0…0,03	токсичен
Бензопирен, мг/м3	0,01…0,02	до 0,01	канцероген

 

 

Как видно из таблицы 1 при  работе дизельных двигателей выделяется меньше выхлопных газов.  При работе двигателя на этилированном бензине  в составе выхлопных газов  присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе – сажа [2].

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). 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). 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 [3].

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. 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 завихрении 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. Смог (Smog, от smoke – дым и fog - туман) – 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. 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 нитроперекисные 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. Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входить 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 [3].

 

 

 

2.Действие основных  компонентов ОГ на организм  человека

       Окись углерода. В обычных условиях окись углерода это газ, не имеющий ни запаха, ни цвета. Окись углерода легче воздуха и легко распространяется в атмосфере. Под действием окиси углерода красные кровяные шарики-эритроциты теряют способность участвовать в очень важном для организма человека газовом обмене. Наступает кислородное голодание, сказывающееся прежде всего на центральной нервной системе.

       При остром отравлении окисью углерода у человека наступает резкая слабость, отмечается шум в ушах, головокружение и головная боль, появляется боль в области сердца, тошнота, иногда рвота. Человек перестает ориентироваться в окружающей обстановке, у одних наступает сонливость, у других возбуждение. Иногда наблюдаются судороги, а нередко пострадавший теряет сознание.

       Окись углерода в количестве свыше 0,01% по объему может вызвать признаки отравления, а при содержании ее в атмосфере 0,02% при вдыхании в течение нескольких часов возможно легкое отравление. Вдыхание воздуха с 0,12% СО через 30 мин вызывает легкое сердцебиение, через 1,5 ч головокружение, а через 2 ( головную боль, тошноту и частичную потерю сознания. Концентрация в воздухе окиси углерода 0,20-0,25% через 30 мин приводит к обморочному состоянию.

       Окислы азота. В отработавших газах двигателей присутствуют два вида окислов азота: окись азота (NO) –бесцветный газ и двуокись азота (NO2)-газ красновато-бурого цвета с характерным запахом. Попадая в организм человека, они соединяются с водой, образуя в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислот. При отравлении окислами азота характерно наличие скрытого периода: человек, удовлетворительно чувствующий себя при работе с опасными концентрациями окислов азота, впоследствии тяжело заболевает.