汽車廢氣污染和控制技術(shù)
本世紀(jì)發(fā)生的8次重大的世界公害有5次是由于工業(yè)廢氣而引發(fā)的大氣污染(其中3次為工業(yè)廢水引發(fā)的水源污染),造成大量的人畜死亡,森林、植物被毀,影響極其深遠(yuǎn)。其中40年代初的美國(guó)洛杉磯光化學(xué)煙霧事件就是由于當(dāng)時(shí)的250萬輛汽車每天向大氣排放出大量的一氧化碳、碳化氫和氮氧化物等有害氣體,在強(qiáng)烈的陽光下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的光化學(xué)煙霧而造成人畜死亡,成為重大的汽車廢氣污染公害事件。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,世界汽車年產(chǎn)量已達(dá)5000余萬輛,廢氣污染在嚴(yán)重地威脅著人類的生態(tài)環(huán)境。美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家已先后制訂了嚴(yán)格的汽車排放法規(guī),汽車生產(chǎn)商也先后投入巨額資金對(duì)汽車廢氣污染進(jìn)行控制和改進(jìn),目前已取得了相當(dāng)?shù)某删停档梦覀兘梃b。
我國(guó)的汽車工業(yè)還十分落后,廢氣污染十分嚴(yán)重。例如,廣州市目前的機(jī)動(dòng)車(包括摩托車)數(shù)量約為90余萬輛,僅為洛杉磯和東京的1/10,但其污染物的排出量卻與這兩個(gè)城市的總量相當(dāng),每天排放到大氣的有害物質(zhì)所產(chǎn)生的大氣污染十分嚴(yán)重,已出現(xiàn)了類似洛杉磯40年代初期所發(fā)生的光化學(xué)煙霧征兆,同時(shí)已成為全國(guó)上呼吸道和肺癌的高發(fā)病率區(qū),嚴(yán)重地威脅著市民的身體健康和生態(tài)環(huán)境。
1 汽車排放污染物的成份和危害性 汽車排放污染物中含有大量的一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔?NOx)、二氧化硫、鋁、碳微粒和其他雜質(zhì)粉塵等,這些物質(zhì)對(duì)人類和整個(gè)生態(tài)環(huán)境危害極大。
一氧化碳(CO)與人體血液中的血紅素有很強(qiáng)的親和力,使血液?jiǎn)适?duì)氧的輸送能力而產(chǎn)生缺氧中毒。當(dāng)環(huán)境中CO的濃度超過100ppm(100×10-6)時(shí),人體就會(huì)產(chǎn)生頭暈、乏力等不適感;隨著CO濃度的增加,會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生頭痛、嘔吐、昏迷等癥狀;當(dāng)CO濃度超過600ppm時(shí),短期內(nèi)會(huì)引起窒息死亡。
汽車廢氣中排出多種氮氧化物(NOx),其中一氧化氮(NO)與人體血液中血紅素的親和力比CO還強(qiáng),兩者結(jié)合后會(huì)產(chǎn)生與CO相似的癥狀,一般情況下對(duì)人體的眼睛、鼻子、咽喉、支氣管和肺部等會(huì)帶來更大的損害,嚴(yán)重時(shí)至人于死地。
碳?xì)浠衔?HC)為燃油未經(jīng)完全燃燒后排出的氣體,具有一定的毒性和易燃易爆的特性,其中的苯類物質(zhì)又具有致癌作用。
HC與NOx在陽光下極易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),形成以臭氧(O3)和以醛類為主的光化學(xué)煙霧。當(dāng)O3達(dá)到一定濃度時(shí),會(huì)令生物在短期內(nèi)發(fā)生高溫氧化而脫水死亡;醛類有機(jī)物帶有毒性,對(duì)眼睛和呼吸系統(tǒng)有強(qiáng)烈的刺激作用,嚴(yán)生的會(huì)導(dǎo)致中毒死亡。
二氧化硫(SO2)為燃油中的硫燃燒后的生成物,人體吸入SO2后,即產(chǎn)生咳嗽、咽喉腫痛、呼吸困難、胸悶、四肢乏力,進(jìn)一步會(huì)引起支氣管炎、肺炎和心臟病等,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)至人畜死亡。SO2還極易與大氣中的水蒸氣結(jié)合生成亞硫酸煙霧,達(dá)到一定積聚量后便形成酸雨,使水土酸化,破壞林木、植物的生長(zhǎng)。故此,應(yīng)盡量減少燃油中的含硫量。
鉛(Pb)為一種有毒的金屬,它由燃油中的鉛化物添加劑(如四乙鉛)經(jīng)高溫燃燒后還原而成的鉛微粒。鉛與血液中的血紅素結(jié)合后,使血紅素產(chǎn)生異變。當(dāng)血液中的鉛含量達(dá)到一定的程度時(shí),會(huì)積聚于肝、腎、大腦和脊髓中,嚴(yán)重地破壞人體的神經(jīng)系統(tǒng)和造血功能。
碳微粒和其他雜質(zhì)粉塵是柴油機(jī)的主要排放物,由于其粒徑極小,約為0.01~0.2um,能長(zhǎng)期懸浮于空氣中,易于通過呼吸系統(tǒng)而沉積于肺泡內(nèi),極具致癌作用。
鉛、碳微粒和其他雜質(zhì)粉塵等因粒徑極小,SO2又具有膠粘性,特別是鉛微粒,因無法燃燒,一旦被吸附在催化劑的表面上,便令三元催化凈化器喪失催化功能,此即為三元催化凈化器的鉛中毒。2 汽車廢氣排放物的影響因素 汽車廢氣中CO、HC和NOx三種有害氣體的影響因素比較多,主要為可燃混合氣的空燃比,點(diǎn)火提前角、發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。2.1 可燃混合氣空燃比的影響
空燃比(A/