Свойства выхлопных газов. физические, химические свойства. токсичность

Синий и белый дым

Синий дым возникает во время работы дизельного двигателя при температуре ниже 180°С из-за мельчайших конденсирующихся капелек масла. При температуре выше 180°С эти капельки испаряются. Несгоревшие углеводородные компоненты топлива участвуют в образовании синего дыма и при температурах от 70°С до 100°С. Большое количество синего дыма указывает на большой износ цилиндропоршневой группы, стержней и направляющих втулок клапанов. Слишком поздно выставленное начало подачи топлива также может быть причиной образования синего дыма.

Белый дым состоит из водяного пара, возникающего во время сгорания топлива и становящегося заметным при температуре ниже 70°С. Особенно характерно появление белого дыма у форкамерных и вихрекамерных дизелей после холодного запуска. Причиной белого дыма являются также несгоревшие углеводородные компоненты и конденсаты.

Теоретические основы

Моторное топливо кроме углерода и водорода содержит серу, кальций, железо, кремний и хром, а моторные масла — цинк, фосфор и кальций. Химический состав выхлопных газов обусловлен тепловой эффективностью двигателя, которая, в свою очередь, зависит от марки топлива, скорости работы двигателя, нагрузки на двигатель, настроек впрыска и рабочей температуры двигателя. Также на состав выхлопных газов влияют добавки к топливу. Тяжелые металлы, вредные для человека, становятся не более, чем дополнительными элементами, доступными для растений, которые усваиваются в случае необходимости. То есть, используя специальные присадки, можно обеспечивать растения еще и микроэлементами, которые будут доставляться вместе с выхлопными газами.

Система выхлопа улучшает доступность оксидов азота несколькими способами. Прежде всего повышение содержания углекислого газа в почве стимулирует свободноживущие азотфиксирующие бактерии, которые производят аминокислоты. Также если растение использует только нитраты (NO₃), то это вдвое эффективнее связывает углекислый газ, чем при использовании аммиака. Дополнительный углекислый газ продолжает стимулировать азотфиксирующие бактерии, создавая положительную обратную связь, что запускает круговой процесс.

В дизельном двигателе при работе образуются микроскопические частички углерода специфической цилиндрической формы, прозванные углеродными нанотрубками. Исследование, проведенное Университетом шт. Арканзас, показало, что «протравливание» такими углеродными нанотрубками семян томата помогает ему поддерживать водопоглощающие свойства, что способствует процессу прорастания. Такое обработанные семена прорастали вдвое быстрее, чем необработанные.

Канадская исследовательница Джилл Клаппертон, награжденная премией компании «Сингента» и национальной премией за исследования в области «ноу-тилл», пишет, что обработка выхлопными газами семян и внесение их в почву влияют на почвенную микробиоту. Она выразила мнение, что выхлопные газы стимулируют почвенную микробиоту, поскольку монооксид азота даже в малых количествах может стимулировать метаболизм бактерий, которые оксиляют аммиак, и действовать как антибиотик на многие фитопатогены.

По мере того, как триоксид азота (NO₃) поступает в побеги, калий используется для его метаболизма, и бикарбонат (HCO₃) свободно перемещается в почве. Благодаря росту концентрации нитратов может резко снизиться содержание хлоридов в растениях, особенно в корнях.

Когда растение потребляет аммиак — основу минудобрений — вместо триоксида азота, то корни требует вдвое больше водорода на синтез карбамида перед тем, как транспортировать его к побегам. Этот гораздо менее эффективный процесс, во время которого значительная часть сахаров не доходит до корней, чтобы создать экссудаты, которые выступают пищей для полезных микроорганизмов. Поэтому аммиачные удобрения должны вноситься в почву в больших количествах, часто приводя по причине вымывания к загрязнению вод и выделению оксида азота, что вызывает парниковый эффект.

Поэтому азот, вносящийся в почву с выхлопными газами, используется эффективнее, чем из карбамида или аммиака, которые вносятся в почву. Способность свободноживущих азотофиксирующих почвенных бактерий связывать азот часто ограничена из-за недостатка органических остатков. Преимуществами нитратного питания выступают:

более активный обмен через корневую систему;

меньше водорода теряется через корни;

в почву поступает больше углекислого газа;

растительные ткани имеют более высокий показатель рН, что защищает от вредителей и болезней;

высокий уровень рН почвы стимулирует растения усваивать в первую очередь нитраты;

в тканях растений повышается содержание меди;

натриефобные растения усваивают меньше хлоридов;

нитрат натрия стимулирует рост натриефильных растений.

Кроме того, влага, содержащаяся в выхлопных газах, при их охлаждении может конденсироваться на семенах, запуская процесс их прорастания. Джилл Клаппертон в своей научной работе отмечает, что количество живых бактерий и грибов на семенах, обработанных выхлопными газами, существенно меньше, чем на необработанных, кроме того, обработанные семена лучше прорастают. Уничтожение патогенов происходит за счет диоксина серы и муравьиной кислоты, содержащихся в выхлопных газах.

Законодательное регулирование

Контролируется качественный состав изготавливаемого и реализуемоготоплива (в России это стандарты на топливо, региональные требования, в Европе — нормативы ЕВРО).
Предусмотрен контроль над состоянием и регулировками автомобилей. В России является обязанностью органов технического осмотра ГИБДД периодически контролировать доли оксидов углерода и углеводородов в выхлопе на двух частотах вращения, состояние предусмотренных систем нейтрализации на бензиновых двигателях (по ГОСТ Р 52033-2003), на газобаллонных (по ГОСТ Р 17.2.02.06-1999) и дымность на дизельных двигателях (по ГОСТ Р 52160-2003). Двухтактные двигатели не проходят никакую из этих проверок[источник не указан 817 дней ].
В России вводятся повышенные ставки транспортного налога на мощность двигателя автомобиля.
Топливо облагается специальными акцизами .
Предусмотрены нормативы на выпускаемые автомобили . В России и европейских странах приняты стандарты ЕВРО, задающие как токсичность, так и количественные показатели, например: По Евро-3 выбросы: СН до 0,2 г/км, CO до 2,3 г/км и NOy до 0,15 г/км
По Евро-4 выбросы: СН до 0,1 г/км, CO до 1,0 г/км и NOy до 0,08 г/км

В некоторых регионах вводятся ограничения на движение большегрузного автотранспорта (например, в г. Москве).

Как избежать интоксикации выхлопными газами автомобиля

Своевременно проводить диагностику автомобиля, это поможет избежать отравления В гаражах, мастерских, других закрытых помещениях существует угроза концентрации автомобильных выхлопов, что представляет опасность для человека. Интоксикация выхлопами может произойти даже при перевозке грузов с незакрытым багажником, если плохо работает выхлопная система.

Интоксикации автомобильными выхлопами можно избежать, если выполнять элементарные правила:

Своевременно проводить диагностику и ремонт автомобиля.
Если известно о неисправности выхлопной системы, то при управлении транспортным средством держать свое состояние под строгим контролем.
Не находиться длительное время с работающим двигателем в салоне или закрытом помещении.

Противоположный эффект закона против загрязнения

Борьба с выхлопными газами автомобилей не является простой задачей, что ярко демонстрирует пример двух самых грязных городов на планете: Мехико и Пекина.

С 1989 года в столице Мексики действует закон, согласно которому запрещается использовать личный автомобиль по определенным дням недели. В первое время этот закон стал приносить положительные результаты и выбросы газов сократились, однако через некоторое время жители начали приобретать вторые подержанные автомобили, благодаря чему они стали ездить каждый день на личном транспорте, заменяя одно авто другим в течение недели. Такая ситуация ухудшила еще сильнее состояние городской атмосферы.

Подобная ситуация наблюдается и в столице Китая. По данным 2015 года, около 80 % жителей Пекина располагают несколькими автомобилями, позволяющими им перемещаться каждый день на них. Кроме того, в этом мегаполисе фиксируется огромное количество нарушений закона против загрязнения.

Оксиды серы (SOx)

Оксиды серы образуются из содержащейся в топливе серы. В процессе сгорания сера реагирует с кислородом и водой, образуя оксиды серы, серную (H2SO4) и сернистую (H2SO3) кислоты. Оксид серы — основная составляющая кислотных дождей и причина гибели лесов. Это водорастворимый едкий газ, воздействие которого на организм человека проявляется в покраснении, опухании и усилении секреции влажных слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Диоксид серы воздействует на слизистые носоглотки, бронхов и глаз. Наиболее часто местом «атаки» диоксида серы являются бронхи. Сильное раздражающее воздействие на дыхательные пути объясняется образованием сернистой кислоты во влажной среде. Вглубь дыхательных путей попадают взвешенный в мелкодисперсной пыли диоксид серы SO2 и аэрозоль серной кислоты. Наиболее чувствительно реагируют на растущую концентрацию диоксида серы в воздухе астматики и маленькие дети. Высокое содержание серы в топливе сокращает срок службы катализаторов бензиновых зельных двигателей.

Снижение выбросов диоксида серы реализуется путем ограничения содержания серы в топливе. Цель — топливо, не содержащее серы.

Вещества, чаще всего попадающие в воздух при автотранспортном загрязнении. Наносимый вред

Основная доля химического загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом приходится на отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания. Ниже приведены некоторые вещества и их предельная допустимая концентрация в атмосфере.

Оксид углерода

Оксид углерода (химическая формула СО) – газ, не имеющий цвета и запаха. Мало растворим в воде. Его плотность меньше, чем воздуха, и поэтому он легко распространяется в атмосфере. Очень ядовит. Поступая в тело человека вместе с воздухом, СО вытесняет кислород из крови, что может повлечь за собой смерть от удушья.

Чем грозит человечеству глобальное загрязнение воздушной оболочки нашей планеты?

Читать

Определение степени загрязнения воздуха с помощью индекса загрязнения атмосферы

Подробнее

Загрязнение атмосферы Земли: классификация по виду и составу

Смотреть

Оксиды азота

Оксид азота – бесцветный газ, а диоксид азота – газ тёмно-красного цвета, имеющий специфичный запах. Диоксид азота почти в два раза токсичнее, чем оксид азота. Благодаря взаимодействию с кислородом, в дыхательных путях человека образуются соединения азотной и азотистой кислот, угнетающе воздействуя на слизистые глаз, носа и рта. Оксиды азота также участвуют в процессах, приводящих к образованию смога. Опасность их воздействия заключается в том, что симптомы интоксикации организма нарастают постепенно без возможности быстрой нейтрализации.

На улицы города опустился густой желтый туман. Есть ли повод для беспокойства и как обезопасить свое здоровье?

Читать

Аварии с выбросом радиоактивных веществ, определившие путь развития ядерной энергетики

Подробнее

Экологические катастрофы: неизбежность или халатность? Основные причины и классификации катастроф

Смотреть

Основные виды естественных и искусственных источников загрязнения атмосферы и вред, которые они наносят

Углеводороды

Представляют собой недожог топлива, используемого при работе двигателя автотранспорта. При работе на дизельном топливе – C6H10 и C1H5 – если на бензине. Образование углеродов может возникнуть так же при погашении пламени у стенок камеры сгорания из-за разницы температур. Одной из разновидностей углеводородов являются крайне токсичные ароматические углеводороды. Их применяют в двигателях с высокой степенью сжатия из-за более высокой детонационной стойкости.

Вы знали, что углеводороды влияют на состояние нервной системы, при длительном контакте отмечается снижение концентрации внимания, проявляются признаки повышенной утомляемости, бессонница?

ДаНет

Сажа

Сажа, или по-другому твёрдый углерод, считается основным компонентом нерастворимых твёрдых частиц, куда, помимо сажи, входят соединения серы и свинца.

Соединения свинца нарушают обменные процессы в организме, вызывают гипертонию и снижают мозговую активность.

Оксид серы

Образуется при сгорании серы, содержащейся в топливе по механизму, схожему с образованием СО.

Основные источники топливных испарений – топливный бак и система питания. Из-за особенностей строения автомобиля в пространстве под капотом получаются более высокие температуры, которые приводят к значительным испарениям топлива из топливной системы при остановке горячего двигателя. Учитывая большой выброс углеводородных соединений в результате топливных испарений, все производители автомобилей в настоящее время применяют специальные системы их улавливания. Оксиды серы, попадая в организм человека, вызывают воспаления носоглотки, бронхиты, хрипоту и боль в горле.

Бенз(а)пирен

Ароматическое соединение с химической формулой C20H12. Образуется в процессе сгорания углеводородного твёрдого, жидкого и газообразного топлива.

Вы знали, что бенз(а)пирен относится к веществам I класса опасности, является канцерогеном, вызывая злокачественные образования как у людей, так и у животных?

ДаНет

Этаж расположения квартиры

Это второй немаловажный момент. От этажа зависит не только удобство проживания, но и уровни загрязнения жилья, шума и освещенности. Этаж сильно влияет на проветриваемость помещений квартиры. Особая проблема возникает с вентиляцией квартир на верхних этажах. Многие бытовые газы легко поднимаются наверх, поэтому жители верхних этажей зачастую дышат тем, что «выдохнули» нижние квартиры. Интересно, что к ухудшению вентиляции квартир привело использование герметичных стеклопакетов, которые уменьшили проветриваемость квартир.

В современных домах жилье проветривается с помощью вентиляционной камеры, проходящей через все квартиры. Как и у обычной печки, тяга выше на нижних этажах и совсем слабая — на верхних, поэтому жителю верхних этажей стоит позаботиться о дополнительной принудительной вентиляции своей квартиры.

Однако ситуация с воздухом у жителей нижних этажей гораздо хуже. Как правило, здесь атмосфера загрязнена выхлопными газами, причем зона максимального накопления таких вредных веществ, как оксид углерода и ароматические углеводороды, находится на высоте 3 этажа. Уже на уровне 5 этажа их совсем немного. Экологи рекомендуют также, в целях улучшения проветриваемости помещения, выбирать квартиры, окна которых выходят на разные стороны здания

Для здоровья жильцов важно, чтобы лучи солнца проникали в квартиру не менее 2-3 часов в день. Это требование сохраняется для всех жилых помещений независимо от этажа

Углекислый газ (СO2)

Углекислый газ — это бесцветный, негорючий, кисловатый на вкус газ. Иногда его ошибочно называют угольной кислотой. Плотность СO2 примерно в 1,5 раза выше плотности воздуха. Углекислый газ является составной частью выдыхаемого человеком воздуха (3-4%) При вдыхании воздуха, содержащего 4-6% СO2, у человека возникают головные боли, шум в ушах и учащение сердцебиения, а при более высоких концентрациях СO2 (8-10%) наступают приступы удушья, потеря сознания и остановка дыхания. При концентрации более 12 % наступает смерть от кислородного голодания. К примеру, горящая свеча тухнет при концентрации СO2 8-10% по объему. Хоть углекислый газ и относится к удушающим веществам, но как компонент выхлопа двигателя не считается ядовитым. Проблема в том, что углекислый газ, как показано на рисунке, значительно способствует глобальному парниковому эффекту.

Вместе с ним развитию парникового эффекта способствуют метан, закись азота (веселящий газ, оксид диазота), фторуглеводороды и гексафторид серы. Углекислый газ, водяной пар и микрогазы влияют на радиационный баланс Земли. Газы пропускают видимый свет, но поглощают тепло, отражаемое от земной поверхности. Без этой теплозадерживающей способности средняя температура на поверхности Земли была бы около -15°С.

Это называется природным парниковым эффектом. При увеличении концентрации микрогазов в атмосфере растет доля поглощаемого теплового излучения и возникает дополнительный парниковый эффект. По оценкам экспертов, к 2050 году средняя температура на Земле вырастет на +4°С. Это может привести к повышению уровня моря более чем на 30 см, вследствие чего начнут таять горные ледники и полярные ледяные «шапки», изменится направление морских течений (в том числе Гольфстрима), изменятся воздушные потоки, а моря затопят огромные пространства суши. Вот к чему может привести парниковые газы, образующиеся при деятельности людей.

Суммарные антропогенные выбросы СO2 составляют 27,5 млрд т в год. При этом Германия относится к крупнейшим источникам СO2 в мире. Энергетически обусловленные выбросы СO2 составляют в среднем около миллиарда тонн в год. Это около 5% всего производимого в мире СO2. Средняя семья из 3 человек в Германии производит в год 32,1 т СO2. Выбросы СO2 можно уменьшить только путем снижения расхода энергии и топлива. Пока энергия добывается путем сжигания ископаемых носителей проблема образования чрезмерного количества углекислого газа будет сохраняться. Поэтому срочно необходим поиск альтернативных источников энергии. Автопромышленность интенсивно работает над решением этой проблемы. Однако бороться с парниковым эффектом можно только в глобальном масштабе. Даже если в пределах ЕС будет достигнут большой прогресс в снижении выбросов углекислого газа, в других странах в ближайшие годы может, напротив, произойти значительный рост количества выбросов. США с большим отрывом лидируют в производстве парниковых газов, как в абсолютном выражении, так и в пересчете на душу населения. Имея долю в населении Земли всего 4,6%, они производят 24% мировых выбросов углекислого газа. Это примерно вдвое больше, чем в Китае, доля которого в населении Земли составляет 20,6%. 130 миллионов автомобилей в США (это меньше 20% от общего числа автомобилей на планете) производят столько же углекислого газа, сколько вся промышленность Японии — четвертой страны в мире по выбросам СО2.

Без дополнительных мер по защите климата глобальные выбросы СО2 вырастут к 2020 году на 39% (относительно 2004 г.) и составят 32,4 млрд т в год. Выбросы углекислого газа в США в ближайшие 15 лет увеличатся на 13% и превысят 6 млрд т. В Китае следует ожидать увеличения выбросов СO2 на 58%, до 5,99 млрд т, а в Индии — на 107%, до 2,29 млрд т. В странах ЕС, напротив, прирост составит лишь около одного процента.

Симптоматика

Симптомы отравления могут появиться не сразу. Иногда человек не сразу понимает, что вдыхает выхлопные газы. Это приводит к значительному ухудшению состояния человека. Поэтому необходимо внимательно относиться к первым признакам поражения:

Появление сильной головной боли.
В ушах начинает шуметь.
В висках начинает стучать.
Ощущается тяжесть в затылочной области.
Мучают приступы удушья.

Если вовремя не выйти на свежий воздух, перед глазами появляется темная пелена, человек чувствует слабость и неумолимое желание поспать. Может появиться тошнота и рвота. В завершающей стадии человек теряет сознание. Если помощь не приходит, человек умирает.

Воздействие выхлопных газов на организм

Тяжесть поражения во многом будет зависеть от концентрации отравляющих веществ. Если она слишком велика, то может наступить смерть. Решающую роль в этом играет угарный газ. Он вступает в реакцию с белком эритроцитов крови. В результате синтезируется вещество, которое блокирует поставку кислорода к клеткам тела.

От интоксикации средней тяжести могут страдать различные системы организма:

Нервная. Появляются сильные головные боли, затормаживается психическая и умственная активность, мучают приступы тошноты.
Дыхательная. Возникают приступы удушья, появляется одышка, снижается тонус сосудов. В некоторых случаях возможна остановка дыхания.
Сердечно-сосудистая. Появляются симптомы ярко выраженной гипоксии сердца, нарушение кровообращения. Признаки напоминают инфаркт миокарда.
Мочевыделительной. Наблюдается затрудненность мочеиспускания, нарушается работа почек.

Если вовремя не оказать пострадавшему первую помощь, заболевание будет прогрессировать. Это приведет к появлению необратимых последствий.

Угарный газ

Главной особенностью этого главного компонента выхлопных газов выступает возможность быстро взаимодействовать с гемоглобином. При этом разорвать уже образованнее связи достаточно проблематично без привлечения специализированного оборудования и лекарственных препаратов.

Симптомы отравления выхлопными газами, где преобладает только угарный газ с минимальным количеством других составляющих, выглядят следующим образом:

потемнение в глазах;
пульсация в височной доле;
чувство сонливости.

В медицинской практике отличают три степени тяжести развития интоксикации. Если не успеть оказать пострадавшему экстренную помощь сразу, то это приводит к бессознательному состоянию пациента с последующих отеком мозговых тканей и легких. Последняя стадия отравления на профессиональном сленге называется «серой» из-за характерного окраса кожи и слизистых.

Конструкция выпускной системы автомобиля

Для того, чтобы существенным образом снизить пагубное воздействие выбросов CO2 на окружающую среду, а также человеческое здоровье, современные автопроизводители оборудую свои автомобили качественным выхлопом. Он состоит из следующих компонентов:

коллектор выпускной – в данном случае речь идет про элемент, задействованный для отвода газов, а также последующего охлаждения, методом продувки цилиндров мотора. Коллектор чаще всего выполняется из крепких и жаростойких материалов, которые не будут подвергаться пагубному воздействию отработанных газов, которые могут на выходе разогреваться от 700 до 1000 градусов Цельсия;
приемная труба – это металлическая труба, которая имеет достаточно сложную форму. Элемент крепится при помощи фланца к коллектору или к турбокомпрессору;
нейтрализатор каталитического типа – это конструктивный элемент, который устраняет из отработки наиболее вредные примеси, переводя их водяной пар. Это устройство ставится почти на все авто с бензиновыми моторами, соответствующими экологическому классу Евро-2 и выше. Также данное приспособление преобразует углекислый газ в более безопасный азот;
пламегаситель – это наиболее бюджетный вариант вместо сажевого фильтра или катализатора. Применяется для снижения температуры отработанных газов, а также уменьшения энергии. Это приспособление практически не используется в современных автомобилях, так как никак не уменьшает токсичность выбросов;
лямбда-зонд – еще один важный атрибут выпускной системы, который контролирует величину кислорода в составе отработке. На сегодняшний день авто может оснащаться одним или сразу двумя датчиками соответствующего типа;
сажевый фильтр – данное приспособление применяется в обязательном порядке на дизельных моторах. Этот элемент позволяет удалить сажу из выбросов CO. В современных авто он может совмещать в себе также функции катализатора;
резонатор – этот компонент используется для снижения уровня шума, который вырабатывается в процессе выпуска отработанных газов, а также в результате работы самого силового агрегата;
трубопроводы – это вспомогательные конструктивные элементы, которые позволяют соединить всю выхлопную систему воедино, чтобы на выходе выбросы не загрязняли окружающую среду, а также не угрожали здоровью человека.

Следует понимать, что современные выхлопные системы далеко не всегда используют сразу все упомянутые компоненты, так как производители автомобилей берут за основу только определенные изделия, способные в полной мере очистить отработанные газы, а также снизить уровень шума авто.

Признаки отравления выхлопными газами и оказание первой помощи