Автотранспорт и химия окружающей среды

 

      Министерство  образования и науки РФ

      Государственное образовательное учреждение

      высшего профессионального образования

      Тульский  государственный университет

             
 
 

      Кафедра «Автомобили и автомобильное  хозяйство» 
 
 
 

      Реферат по дисциплине «Транспортная экология»

      на  тему:

      «Автотранспорт  и химия окружающей среды»

      (Вариант  №1) 
 
 
 

      Выполнил  студент гр.

      Проверил  профессор кафедры. 
 
 
 
 
 
 
 

      Тула 2010

      Содержание  

      1. Введение           3

      2. Загрязнение атмосферы         4

      2.1 Состав выхлопных газов         5

      2.2 Распространение автомобильных выбросов в атмосфере   9

      3. Загрязнение литосферы         11

      3.1 Влияние тяжелых металлов (свинца) на почву     12

      3.2 Борьба с загрязнением почвы        14

      4.Загрязнение гидросферы         14

      4.1 Факторы загрязнений         15

      4.2 Влияние тяжелых металлов (свинца) на гидросферу    16

      5. Влияние автотранспорта на здоровье человека     17

      6. Заключение           21

      7. Список используемой литературы       23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1. Введение 

      Природа – целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение  этих связей приводит к изменению  установившихся в природе круговоротах веществ и энергии. Современным  обществом в производство и потребление  вовлекается такое количество вещества и энергии, которое в сотни  раз превосходит биологические  потребности человека, что и является основной причиной современного экологического кризиса.

      Сегодня производственная деятельность человечества связанна с использованием разнообразных  природных ресурсов, охватывающих большинство  химических элементов. Усиление техногенного воздействия на природную среду  породило ряд экологических проблем. Самые острые связаны с состоянием атмосферы, гидросферы и литосферы.

      Некоторые «изменения», такие как загрязнение  воздуха или воды, могут непосредственно  влиять на здоровье и жизнедеятельность  организма. Другие чреваты косвенными эффектами, например, выбросы углекислого  газа сказываются на климате, что  в свою очередь отражается на производстве продуктов питания; сдвиги в концентрации биогенов приводят к гибели одних  популяций и бурному размножению  других.

      В результате накопления различных загрязнений  в атмосфере, в первую очередь  фреонов, происходит разрушение озонного слоя, который предохраняет земную поверхность от солнечной радиации. Загрязнения, поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на Землю  и попадают в водоемы и почву. Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса  загрязняются реки, озера  и моря. Считается, что в водоемы попадает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые  металлы – свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий, попавшие в водоем, активно  поглощаются животными и рыбами, которые или сами погибают, или  отравляют людей, использующих их в  пищу.

      В настоящее время уменьшение загрязнения  атмосферного воздуха токсичными веществами, выделяемыми промышленными предприятиями  и автомобильными транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих  перед человечеством. Загрязнение  воздуха оказывает вредное воздействие  на человека и окружающую среду. Материальный ущерб, вызываемый загрязнением воздуха, трудно оценить, однако даже по неполным данным он достаточно велик. Автомобиль не роскошь, а средство передвижения. Без автомобиля в настоящее время немыслимо существование человечества. При интенсивной  урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе. Таким образом, автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство.

      За  последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что первым виновником загрязнения атмосферного воздуха – одного из основных источников жизни на нашей Планете, является детище научно-технического прогресса  – автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и неживому. Вклад  в загрязнение окружающей среды, в основном атмосферы составляет – 60 - 90%. 
 

      2. Загрязнение атмосферы

      Угарный газ и окислы азота, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного  раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя  бесплодию и врожденным уродствам, а все вместе эти факторы ведут  к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию  к самым близким людям. В больших  городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и  новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по окиси  углерода и 70% по окиси азота. Автомобиль также добавляет в почву и  воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

      Основными источниками загрязнения воздушной  среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные  испарения.

      Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется  в механическую работу. По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на бензине, газе и дизельном  топливе. По способу воспламенения  горючие смеси ДВС бывают с  воспламенением от сжатия (дизели) и  с воспламенением от искровой свечи  зажигания.

      Дизельное топливо представляет собой смесь  углеводородов нефти с температурами  кипения от 200 до 3500С. Дизельное топливо  должно иметь определенную вязкость и самовоспламеняемость, быть химически  стабильным, при сгорании иметь минимальную  дымность и токсичность. Для улучшения  этих свойств в топлива вводят присадки, антидымные или многофункциональные.    

      2.1 Состав выхлопных газов

      Образование токсичных веществ – продуктов  неполного сгорания и окислов  азота в цилиндре двигателя в  процессе сгорания происходит принципиально  различными путями. Первая группа токсичных  веществ связана с химическими  реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так  и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ  образуется при соединении азота  и избыточного кислорода в  продуктах сгорания. Реакция образования  окислов азота носит термический  характер и не связана непосредственно  с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма  образования данных токсичных веществ  целесообразно вести раздельно.

      К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные  газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХHY), окислы азота (NOX), бенз(а)пирен, альдегиды  и сажу. Картерные газы – это  смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности  поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные  испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение  основных компонентов выбросов у  карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СХHY и 98% NOX, картерные газы по – 5% СХHY, 2% NOX, а топливные испарения –  до 40% СХHY.

      В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться  следующие нетоксичные и токсичные  компоненты: О, О2, О3, С, СО, СО2, СН4, CnHm, CnHmО, NO, NO2, N, N2, NH3, HNO3, HCN, H, H2, OH, H2O.

      Вредные токсичные выбросы можно разделить  на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым.

      СО (оксид углерода) – этот газ без  цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности  поршня и на стенке цилиндра, в котором  активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого  распыления топлива и диссоциации  СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

      Во  время работы дизеля концентрация СО незначительна ( 0,1…0,2%). У карбюраторных  двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8% из-за работы на обогащенных  смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения  и сгорания число испарившихся молекул.

      NOX (оксиды азота) – самый токсичный  газ из ОГ.

      N – инертный газ при нормальных  условиях. Активно реагирует с  кислородом при высоких температурах.

        Выброс с ОГ зависит от температуры  среды. Чем больше нагрузка  двигателя, тем выше температура  в камере сгорания, и соответственно  увеличивается выброс оксидов  азота.

      Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит  от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при  горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется  и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких  условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для  дизельных двигателей состав NOx зависит  от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NOx.

      Кроме того, с уменьшением угла опережения впрыска топлива можно существенно  снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

      Гидроводороды (СxНy) - этан, метан, бензол, ацетилен и  др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных гидроводородов.

      В дизельных двигателях СxНy образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления.

      ДВС выбрасывает большее количество СxНy, когда работает в режиме холостого  хода, за счет плохой турбулентности и  уменьшения скорости сгорания.

      Дым - непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным. Цвет зависит от состояния ОГ.

      Белый и синий дым - это смесь капли  топлива с микроскопическим количеством  пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации.

      Белый дым образуется, когда двигатель  находится в холодном состоянии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего определяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

      К факторам, определяющим возникновение  белого и синего дыма, а также  его запах в ОГ, относятся температура  двигателя, метод образования смеси, топливные характеристики (цвет капли  зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива  дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли).

      Кроме того, бывает синий дым от масла. Наличие дыма показывает, что температура  недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи. Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.

      Сажа - представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит  из неопределенных частице с размерами 0,3... 100 мкм.

      Причина образования сажи заключается в  том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух. Содержание сажи в ОГ уменьшается с увеличением угла опережения впрыска топлива, а при уменьшении угла опережения впрыска топлива, выделение сажи заметно возрастает.