Доклад: Газовые шлейфы автотранспорта
Топливо и выхлопные газы
Автомобиль не роскошь, а средство передвижения, говорил небезызвестный читателю Остап Бендер. Количество этих средств увеличивается повсюду, не составляет исключения и Москва. К январю 2001 г. московский автопарк насчитывал около 3 млн единиц, что составляло ~10% от всех автомашин Российской Федерации. По сравнению с 1996 г. общее число автомобилей в Москве увеличилось примерно в четыре раза, причем количество легковых машин выросло больше, чем грузовых и автобусов (табл.1). Виды топлива остались теми же, но больше всего потреблялось бензина (70%), на долю дизельного топлива приходилось примерно 29%, а газа — всего около 1%.
Что, помимо выигрыша в скорости и времени, приносят людям железные кони? Это знает каждый — загрязнение атмосферы выхлопными газами, которые образуются при сгорании моторного топлива. От его вида и качественных характеристик зависит степень полноты сгорания, состав отработавших газов, количество и состав углеводородов, попадающих в атмосферу за счет испарения, утечек и т.д. Рассмотрим с этих позиций традиционные виды топлива.
Бензин представляет собой смесь жидких углеводородов (пентана, гексана, гептана, октана, нонана, декана) с температурами кипения 20—180°С, а дизельное топливо — углеводородов с длиной цепи от С13 до С25, температуры кипения которых лежат в интервале 220—370°С. Теоретически при сгорании и того и другого топлива в присутствии кислорода должны образовываться лишь диоксид углерода и вода:
Cn H2n+2 + O2 = CO2 + H2 O,
где n составляет 5—10 для бензинов и 13—25 для дизельного топлива. В действительности же продуктов сгорания в выхлопных газах гораздо больше (табл.2). Причина этого — неравновесные условия горения топлива, присутствие в нем разных примесей (в том числе органических производных азота и серы), остающихся при перегонке нефти, а также добавление в качестве антидетонатора тетраметил- и тетраэтилсвинца.
Состав и свойства токсичных веществ, поступающих в атмосферу города с выхлопными газами, существенно зависят не только от вида топлива, но и от типа, модели, технических параметров автомашин, в том числе от степени их изношенности (табл.3).
В смеси полиядерных ароматических углеводородов обнаружены перилен, хризен, пирен, бензпирен и фенантрен, а в числе альдегидов — формальдегид, ацетальдегид и акролеин, сюда же отнесен и ацетон, хотя он, конечно же, не альдегид, а кетон. Среди углеводородов (СНх ) помимо бензола, толуола и ксилолов присутствуют еще семь соединений (табл.4).
Кроме непосредственно попадающих в атмосферу загрязнителей в них могут превращаться (в ходе фотохимических реакций) и вполне безобидные вещества, содержащиеся в выхлопных газах. Например, оксид азота под действием света дает атомарный кислород
NO2 + ђu = NO· + [O],
который вступает в реакцию с атмосферным кислородом, в результате чего образуется озон
[O] + O2 = O3 .
При окислении углеводородов и дальнейшем взаимодействии с диоксидом азота образуется пероксиацетилнитрат, вызывающий, как и озон, слезотечение и раздражение дыхательных путей:
RH + OH + O2 = RO2 + H2 O
RO2 + NO2 = RO2 NO2 ,
где R = CH3 CO. Это известный в литературе фотохимический (или лос-анджелесский) смог. Кислый (лондонский) смог обусловлен взаимодействием оксидов азота и серы с влагой воздуха:
NO2 + OH = HNO3
SO2 + H2 O + 1/2 O2 = H2 SO4 .
В настоящее время вклад автомобильного транспорта в загрязнение атмосферного воздуха мегаполисов очень велик: в Санкт-Петербурге в 1997 г. он равнялся 78%, а в Москве в последние годы — от 85 до 90%. Выбросы всего московского автопарка вместе с выбросами других источников и составляют общий уровень загрязнения. В последние годы, как следует из данных Московского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, средний уровень оставался довольно высоким (табл.5).
Если судить по предельно допустимым концентрациям (ПДК), то к главным загрязнителям московского воздуха следует отнести оксиды азота, аммиак и формальдегид, которые устойчиво превышают ПДК в 2—2.5, 1.25—3.25 и 2—4 раза соответственно. Чтобы охарактеризовать различные конкретные ситуации, обычно пользуются суммарным индексом загрязнения атмосферы, весьма часто им оперируют и лица, принимающие решения.
Каковы же последствия воздействия смеси выхлопных газов автотранспорта на здоровье населения? Остановимся на влиянии лишь некоторых компонентов этой смеси.
Углеводороды бензинового ряда вызывают нарушения функционального состояния центральной нервной системы, поскольку обладают наркотическим действием. В очень низких концентрациях они приводят к неврастении — вспыльчивости и раздражительности, развитию астенического синдрома; в легких случаях — к сильному головокружению при резких движениях головой.
Сажа — продукт частичного сгорания органического топлива — не просто загрязняет кожные покровы людей. Сорбированные на ее поверхности углеводороды, в первую очередь полициклические ароматические соединения, обладают канцерогенным действием. Если учесть, что органические компоненты сажи, выбрасываемые при сгорании дизельного топлива, составляют более 16.5% от ее массы, а в среднем за сутки с выхлопными газами дизельных автомашин и автобусов поступает около 40.5 т сажи, то количество органических компонентов окажется равным 6.475 т. Это значит, что на 1 км московской улично-дорожной сети их выбрасывается 1.551 кг/сут.
Из полиядерных ароматических углеводородов особенно опасен бензпирен — сильное канцерогенное соединение. Он чрезвычайно стабилен и всегда присутствует в их смеси. При сжигании литра бензина образуется от 50 до 81 мкг бензпирена, а литра дизельного топлива — от 2 до 170 мкг. И все это поступает в атмосферу города с выхлопными газами.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--