Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Свинец в выхлопных газах

В настоящее время в Советском Союзе и ряде других стран переходят на новый вид автомобильного топлива с более высоким октановым числом, что способствует снижению содержания окиси углерода в выхлопных газах, однако оксиды азота и свинец остаются активными компонентами выброса. Резко повышено содержание свинца и цинка в почве и растительности вдоль транспортных магистралей.[ . ]

В бензин для повышения октанового числа добавляют тетраэтилсвинец (СгНб РЬ. Свинец, содержащийся в бензине, после сгорания топлива выбрасывается с выхлопными газами, загрязняя воздух, оседает на растительности и почве вдоль транспортных магистралей. При сгорании 1 кг этилированного бензина в атмосферу выбрасывается 1,0 г свинца. ПДК свинца в воздухе населенных пунктов установлена 0,0007 мг/м3 Следовательно, это количество свинца (1,0 г) способно загрязнить на уровне ПДК около 1400 тыс. м3 воздуха.[ . ]

Свинец — токсичный материал, широко применяемый в промышленности. Интенсивное техногенное поступление свинца в среду обитания привело к увеличению его содержания в ней на 4 порядка. К числу наиболее важных техногенных источников свинца относятся выбросы продуктов, образующихся при высокотемпературных технологических процессах, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, сточные воды, добыча и переработка металла. Так свинец выделяется в воздух рабочего помещения в процессах пайки, распространенных в любом сварочно-монтажном производстве, при котором используются сплавы ПОС-40, ПОС-61 (припой оло-вяно-свинцовый с содержанием свинца 40-61%). При конденсации пары свинца сорбируются на стенах помещения и на оборудовании.[ . ]

Весьма существенную роль в загрязнении воздуха крупных «ородов играют отработавшие газы автомобилей, а также процессы испарения топлива. Содержание вредных веществ в отработавших газах автомобилей в значительной степени зависит эт условий эксплуатации двигателей. Выхлопные газы, содержащие реакционноспособные олефиновые углеводороды и оксиды азота, могут под действием солнечной радиации вступать в фотохимические реакции в атмосфере, приводящие к образованию токсичного смога, губительного для растений и конструкционных материалов и вредного для живых организмов.[ . ]

Определению концентраций выхлопных газов в городском воздухе посвящены многочисленные исследования как зарубежных, так и отечественных авторов. Наиболее изученными компонентами являются окись углерода, углеводороды, окислы азота и свинец.[ . ]

Металлические частицы. Цинк, свинец, мышьяк, бериллий и другие металлы в форме частиц размером менее 10 мкм попадают в воздух с выхлопными газами, отходами красильных производств и печей для плавки руд. Этот вид загрязнителей вызывает хронические заболевания почек и печени и разрушает кровь.[ . ]

Сокращение содержания свинца в горючем. Для предотвращения детонации горючего в двигателях автомашин используются химические средства, содержащие свинец. Добавление свинца делает выхлопные газы особо токсичными. В настоящее время предпринимаются попытки сократить или исключить содержание свинца в горючем.[ . ]

Тяжелые металлы могут содержаться в красках, воде и выхлопных газах. Нельзя использовать для питья воду из крана с горячей водой. Краску, содержащую свинец, в жилых помещениях применять нельзя (она легко обнаруживается по трещинам и характерному шелушению). Ее надо удалить или хотя бы покрыть краской на водной основе. Меньше использовать полимерные материалы. Термометры и ртутные лампы, не разбивая, сдавать на спец-предприятия.[ . ]

Наряду с изменением естественного соотношения газов в составе атмосферы, в последнее время наблюдается прогрессирующее загрязнение ее пылью и газообразными веществами промышленных выбросов. В частности, весьма опасными оказываются кислотные выбросы, а также иные токсичные газы. Подсчитано, что тепловая электростанция средней мощности только за час выбрасывает а атмосферу около 5 т сернистого ангидрида и 16—17 т золы. Вокруг химических и металлургических комбинатов от вредных выбросов погибают леса, болеют люди и животные. В частности, остро стоит проблема загрязнения воздуха оксидом углерода СО, выделяемым при работе двигателей внутреннего сгорания. Особенно опасно накопление этого газа в городах с их интенсивным автомобильным движением. Помимо СО в выхлопных газах содержатся такие токсичные компоненты, как оксиды азота, углеводороды, сернистый газ, свинец и др.[ . ]

Было обнаружено, что около половины твердого вещества в выхлопных газах, составляет свинец. Кроме того, в этом веществе имеются хлор, бром и углерод. Свинец, хлор и бром добавляют в бензин для того, чтобы увеличить его октановое число и тем самым улучшить рабочие характеристики двигателя. Свинец присутствует в бензине главным образом в виде различных химических соединений, содержащих упомянутые выше вещества.[ . ]

Большая доли выбросов приходится на автомобильный транспорт. В выхлопных газах двигателей содержатся оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, оксиды серы, канцерогенные вещества (например, бензпирен), а также свинец, поскольку до сих пор применяется этилированный бензин.[ . ]

С начала 30-х годов к подавляющему большинству бензинов добавляют в качестве антидетонатора тетраметил- или тетраэтилсвинец в количестве 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75 % этого свинца выбрасывается в атмосферу, осаждается на землю, попадает в поверхностные воды. Свинец аккумулируется в почве и растительности вдоль автострад (в городах — вдоль улиц с оживленным движением), заметное количество соединений свинца содержится в воздухе крупных городов. По данным США и Великобритании, до 90 % всего свинца, содержащегося в атмосфере, следует отнести на счет выхлопных газов. В настоящее время в ряде стран (Япония и др.) использование этилированного бензина запрещено.[ . ]

Перед промышленностью поставлена задача прекратить производство содержащих свинец химических средств (тетраметилового и тетраэтилового свинца), используемых для предотвращения детонации в двигателях автомобилей. Под детонацией понимают преждевременное зажигание смеси бензина и воздуха, вызванное сжатием в цилиндрах двигателя. Добавление свинца препятствует этому, но выхлопные газы становятся особо токсичными.[ . ]

К факторам, оказывающим неблагоприятное влияние на организм человека, откосятся также соединения свинца, содержащиеся в выхлопных газах автотранспорта. В атмосферном воздухе свинец содержится почти исключительно в виде неорганических соединений.[ . ]

Для окислительных процессов применяют катализатор из благородных металлов или оксидов переходных металлов (медь, никель, хром и др.). Содержание оксида углерода в выхлопных газах автомобиля с нейтрализатором снижается почти в 10 раз, а углеводородов — в 8 раз. Широкому применению каталитических нейтрализаторов препятствует использование этиллированного бензина, который содержит определенное количество свинца. Свинец дезактивирует катализаторы в течении 100-200 ч.[ . ]

К главным неорганическим загрязнителям атмосферы относят оксиды углерода, серы и азота, а также сероводород и галогены, основным источником которых являются индустриальные загрязнения и выхлопные газы автомобилей [1, 2]. Кроме того, воздушная пыль содержит в адсорбированном состоянии аэрозоли металлов (свинец, ртуть, бериллий и др.) и аэрозоли других неорганических веществ (соли, кислоты, оксиды) [3]. Композиции летучих неорганических веществ в воздухе производственных помещений еще более разнообразны и определяются спецификой производства (неорганический синтез, металлургия, текстильное производство и т. д. ) [4, 5].[ . ]

Биологическое накопление свойственно и зеленым растениям, которые аккумулируя определенные химические элементы, изменяют окраску хвои, листьев, цветков и плодов. Это иногда служит индикаторным признаком при поисках полезных ископаемых. Например, береза и осина в Восточной Сибири накапливает в своей древесине значительные содержания бария и стронция, что приводит к появлению необычной окраски — неестественно зеленого цвета. В ареале рассеяния урановых месторождений лепестки иван-чая вместо розовых становятся белыми, у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет и т. д. Некоторые растения обладают выраженной способностью поглощать и накапливать свинец (выхлопные газы автомобилей) в своих листьях: каштан конский, тополь пирамидальный, липа крупнолистная, береза пушистая и др. Зеленые растения способны также накапливать из воздуха и радиоактивные вещества: листья и хвоя деревьев могут извлекать до 50% радиоактивного йода. Эти свойства живых организмов можно использовать для индикации и контроля загрязнения окружающей среды различными токсикантами.[ . ]

Нефтеперерабатывающая промышленность относится к отраслям производства, оказывающим заметное влияние на общее загрязнение природной среды. По загрязнению воздушного бассейна она занимает примерно шестое место после таких отраслей промышленности, как электроэнергетика, цветная и черная металлургия, коммунальное хозяйство и производство строительных материалов, а по загрязнению водного бассейна она находится на втором месте после сельского хозяйства. Наряду с непосредственным загрязнением природной среды промышленными отходами при осуществлении процессов переработки нефти предприятия нефтеперерабатывающей промышленности, вырабатывая большое количество моторных и печных топлив, оказывают и косвенное влияние на общий фон загрязнения воздушного бассейна страны; при сжигании топлив воздушный бассейн загрязняется выхлопными и дымовыми газами, содержащими такие вещества, как ароматические углеводороды, сера, смола, свинец, ванадий, никель, азот и др. . Кроме того, светлые нефтепродукты способны испаряться при хранении, транспортировании и наливе во время их производства и потреблений. Эта способность зависит от состава и давления паров легких фракций, содержащихся в нефтепродуктах, и определяется технологией их производства. Таким образом, из сказанного выше ясно, насколько высока ответственность нефтеперерабатывающей промышленности за загрязнение природной среды.[ . ]

Выхлопные газы, их состав и действие на организм человека

Выхлопные газы — основной источник токсичных веществ двухтактного и четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, которые загрязняют нашу окружающую среду. Наиболее остро это ощущается в крупных городах. Отработавшие газы — 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 различных 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.

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа.

Мероприятия по снижению концентрации токсичных веществ в выхлопных газах

В настоящее время Правительства всех стран вводит определенные нормы на концентрацию вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Поэтому производители автомобилей, чтобы попасть на рынок, вынуждены проводить модернизацию систем ДВС с целью снижения уровня токсичных веществ.

Такими системами могут служить каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, мочевина и многое другое. Так, например, для дизельных двигателей устанавливаются нейтрализаторы выхлопных газов, которые позволяют снизить токсичность на 80%. В системах безниновых двигателй устанавливают антитоксикатор в систему питания, что также позволяет добиться снижения концентрации вредных веществ.

Недоксид или моноксид — он же угарный газ (CO)

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.