Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Рыбаков. Книга по ПАЗОС новая.doc
Скачиваний:
59
Добавлен:
07.05.2019
Размер:
3.7 Mб
Скачать

1.6.4. Характеристика основных токсичных веществ, содержащихся

в отработавших газах

Вредные и токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, в зависимости от механизма их образования можно разделить на группы:

- углеродсодержащие вещества – продукты полного и неполного сгорания топлив (углекислый и угарный газы, углеводороды, в том числе полициклические ароматические, сажа);

- вещества, механизм образования которых непосредственно не связан с процессом сгорания топлива (оксиды азота);

- вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца, других тяжелых металлов), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли), а также образующимися в процессе износа деталей (оксиды металлов).

Конечными продуктами окисления топлива являются углекислый газ и вода, которые не относятся к токсичным веществам. Однако за последние 15-20 лет отношение к выбросам углекислого газа резко изменилось. Это связано с фиксируемым повышением (на 25%) его в атмосфере планеты и влиянием на изменение климата (так называемый «парниковый эффект»). Расчетами установлено, что на железных дорогах при эксплуатации тепловозов выбрасывается 3 кг углекислого газа на 100 тарифных тонно-километров.

Оксид углерода (угарный газ) образуется при сжигании топлива с некоторым недостатком кислорода, а также при диссоциации углекислого газа при температурах выше 2000 К. Оксид углерода бесцветен, легче воздуха, свободно распространяется в атмосфере. Под его воздействием нарушается газовый обмен в организме человека, так как он воздействует на красные кровяные шарики. В результате эритроциты теряют способность переносить кислород и наступает удушье. При острых отравлениях угарным газом человек ощущает резкую слабость, у него появляется шум в ушах, головокружение, иногда наступают судороги, а нередко человек теряет сознание.

Оксиды азота представляют набор следующих соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5. Преобладает NO (99% в бензиновых двигателях и более 90% в дизелях), который неустойчив при выходе из двигателя, быстро окисляется озоном или кислородом воздуха до двуокиси азота. Оксиды азота (NO и NO2), попадая в организм человека, соединяются с водой и образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислот. Эти оксиды в малых дозах не имеют запаха. Удовлетворительно чувствуя себя в присутствии опасных концентраций оксидов азота, человек впоследствии тяжело заболевает. Вдыхание с воздухом оксидов азота с концентрацией 0,01% в течение 0,5-1 часа разрушает легочную ткань и может вызвать хронические заболевания (эмфизему легких, астму, бронхит). По действию на организм оксиды азота в 41 раз опаснее оксида углерода. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа и рта. Они участвуют в образовании смога.

К углеводородам СхНу относятся несколько десятков наименований веществ, образующихся в результате:

- реакций цепочно-теплового взрыва – пиролиза и синтеза (полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), альдегиды, фенолы);

- неполного сгорания в результате нарушения процессов горения (из-за прекращения реакций окисления углеводородов при низких температурах, неоднородности топливно-воздушной смеси, пропусков зажигания в отдельных циклах или цилиндрах двигателя) (несгоревшие компоненты топлива и масла).

Наиболее токсичны из углеводородов ПАУ. Максимальный уровень токсичности имеет бенз(а)пирен С20Н12. Гипотетическая реакция его образования при пиролизе топлив при температуре более 873 К может быть записана в виде:

С6Н2 + 3С2Н2 + 4С2Н = С20Н12, (1.73)

где С6Н2 – полирадикал, представляющий зародыш сажи, С2Н2 и С2Н – элементные строительные блоки. Бенз(а)пирен образуется одновременно с сажей по сходному механизму.

Формальдегид – газ с резким неприятным запахом, раздражает слизистые оболочки, поражает центральную нервную систему, вызывает воспаление органов дыхания. При концентрации формальдегида в атмосфере 0,007% наблюдается легкое раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек глаза и носа; при концентрации 0,18% возникает сильное раздражение.

Акролеин – сильно ядовитый газ с раздражающим запахом подгоревших жиров и масел: содержание его в атмосфере 0,002% непереносимо, 0,0005% - труднопереносимо, и только 0,00008% для человека неопасно.

Сернистые соединения – сернистый газ и сероводороды, образуются при горении серы, содержащейся в моторном топливе. Они оказывают сильное раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз. Пагубное действие на растения двуокиси серы начинается с концентрации на уровне 0,02 мг/м3. Вступая в реакцию с водой, образуют сернистую, серную и сероводородную кислоты.

Твердые частицы включают нерастворимые (сажу, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальты, соединения свинца) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле) вещества. Твердые частицы в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания состоят на 68-75% из нерастворимых веществ и на 25-32% – из растворимых.

Сажа является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе (термическом разложении углеводородов в газовой или паровой фазе при недостатке кислорода). Механизм образования включает несколько стадий:

- образование зародышей;

- рост зародышей до шестиугольных пластинок графита;

- увеличение размеров частиц (коагуляция) до сложных образований – конгломератов, включающих 100-150 атомов углерода;

- выгорание;

- выделение сажи из пламени.

Сажа, как и любая мелкая пыль, засоряет дыхательные пути, раздражает их и может явиться причиной хронических заболеваний носоглотки. Попадая в легкие, она вызывает легочные заболевания, но главная опасность сажи заключается в том, что она является переносчиком канцерогенных веществ, в первую очередь бенз(а)пирена. Наличие сажи в отработавших газах является не только «наглядным» показателем загрязнения окружающей среды, но и используется при диагностике двигателя.

Свинец в составе твердых частиц (из-за использования этилированных бензинов) присутствует в виде соединений галогенидов свинца, которые образуются по сходному механизму образования сажи.