汽車尾氣排放物及控制凈化技術(shù)

1、摘要汽車作為現(xiàn)代化交通工具，給予了人們的生產(chǎn)與生活帶來十分方便的 同時(shí)，可是它的尾氣排放物，給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。我國某城市 對(duì)該市的機(jī)動(dòng)千輛尾氣污染程度作了如下初步調(diào)查：該市目前擁有機(jī) 動(dòng)車輛1 3萬輛，并以年增率1 5 %的速度增加。機(jī)動(dòng)車年排放一氧 化碳4. 4萬噸，相當(dāng)于該市工業(yè)企業(yè)一氧化碳排放量的4 6倍。市 區(qū)主要交通道路中心點(diǎn)一氧化碳超標(biāo)2倍以上的達(dá)6 5 %,在車流量 高峰之際，有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)一氧化碳濃度高達(dá)每立方米7 0 m g ,超標(biāo)6 倍。在車流量比較集中的火車站，氮氧化合物測(cè)點(diǎn)平均值為每立方米 00 5 9 m g ,超標(biāo)準(zhǔn)01 8倍。這些數(shù)據(jù)充分說明：該市機(jī)動(dòng) 車尾氣污

2、染已上升為主要的大氣污染，而過去以二氧化硫?yàn)橹髅簾熜?污染轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸谎趸肌⒌趸餅橹鞯臋C(jī)動(dòng)車尾氣污染和二氧化硫 為主的煤煙型污染并重的格局。為此，一些城市政府會(huì)同有關(guān)部門， 制定了相應(yīng)的法規(guī)。廣州市政府頒布關(guān)于根本上銷售使用含鉛汽油 的通知、廣州機(jī)動(dòng)車排氣污染防治規(guī)定。北京市政府相繼岀臺(tái)關(guān) 于采取緊急措施控制北京大氣污染的通知、關(guān)于進(jìn)一步落實(shí)大氣污 染防治措施，努力改善環(huán)境質(zhì)量的決議，以及市環(huán)保局組織實(shí)施 北京市輕型汽車排氣污染物標(biāo)準(zhǔn)。這些地方性法規(guī)，主要是控制機(jī) 動(dòng)車尾氣對(duì)大氣環(huán)境的污染，還給廣大市民一個(gè)潔凈的大氣生活空 間。0前言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車保有量的增加，我國城市的大氣污染

3、已由 工業(yè)廢物、煤炭、煙氣型向光化學(xué)煙霧型轉(zhuǎn)變。在大城市，汽車排放 中co分擔(dān)率占63 %, nox占22 %, hc占73%。在發(fā)達(dá)國家中，如美 國大氣污染物排放中co的66 %, nox的43 %, hc的31%、微粒的20% 均屬于汽車排放。因此汽車對(duì)大氣的污染已成為城市大氣污染的主要 污染源。中國城市狀況監(jiān)測(cè)的388個(gè)城市中，63.5%的城市超過國家 質(zhì)量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中超過三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的有112個(gè)，占監(jiān)測(cè)城市的 33. 1%o現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要是內(nèi)燃機(jī)，其中以汽油、柴油為燃料的 內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用最為廣泛。研究汽車的尾氣污染問題，實(shí)質(zhì)上是內(nèi)燃機(jī)的 排氣污染問題。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣不都是有害的，

4、如n2、c02、 02、h2和水蒸氣等即屬于不會(huì)對(duì)人體和生物造成直接危害的物質(zhì)。有害成分是指co, hc, nox, s02、鉛化合物、炭煙和油霧等。這些 有害物主要是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒產(chǎn)物，占汽油機(jī)總污染量的65% 85%。這些有害物質(zhì)散發(fā)到空氣中達(dá)到一定濃度后，將對(duì)人和生物造 成危害。表1給出發(fā)動(dòng)機(jī)在額定負(fù)荷下，每kwo h排出有害成分的數(shù) 量（以百分?jǐn)?shù)表示）有害產(chǎn)物g/（kwo h）容積白分?jǐn)?shù)化油器式發(fā)動(dòng)機(jī) 四沖程柴油機(jī) 二沖程柴油機(jī) 化油器式發(fā)動(dòng)機(jī) 柴 油機(jī)一氧化碳c0 70-80 4. 0-5. 5 11高達(dá)6低于0. 2氧化氮（按n02算）14 58 8 0.5 0. 25碳?xì)浠衔?/p>

5、（按c6hi4算）1001000 14-29 5. 0 0. 05低于0. 01醛（按丙烯醛算）3. 4 0. 14-0. 2 0. 34 0. 03 0. 002硫化氫 0. 28 0. 95 1.0 0.008 0. 003苯嵌二荼 0. 02mg 0. 0014-0. 002mg 0. 0014mg炭煙 0.4 1.4-2. 0 1.22 0. 05 0. 25直接從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的有害物可稱為一次有害排放物，歸結(jié)起來主要有 co, hc, nox和微粒子。所謂微粒子是指由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的全部廢氣， 在接近大氣條件下，除去非化合形態(tài)的凝水以后收集到的全部呈固體 狀和液體狀的微顆粒。微粒子的成分十

6、分復(fù)雜，它包括可溶性成 分（主要市潤滑油產(chǎn)生）和非可溶性成分（主要是炭煙）。從表1可 以看出：汽油機(jī)的主要排氣有害物是co、hc和nox；柴油機(jī)的co和 hc排放量要比汽油機(jī)少，而碳煙的成分高出汽油機(jī)，同時(shí)nox的排 放量也比較多。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中有些成分如c02雖然不會(huì)對(duì)環(huán)境造成直 接污染，但由于c02的大量積聚會(huì)對(duì)地球環(huán)境造成不良影響，即所謂“地球溫室效應(yīng)”。地球的溫室效應(yīng)是指當(dāng)大氣中的c02體達(dá)到一定 濃度后，會(huì)形成像一層日益加厚的透明薄膜，太陽光照射在地表面的 能量由于受到c02層的阻隔，很難再散發(fā)到大氣層外去，熱量長(zhǎng)期積 累將使全球氣候變暖，極地冰層融化，海平面上升，土地鹽堿化、沙 漠化

7、等現(xiàn)象。未燃碳?xì)鋒c和氮氧化合物nox在一定條件下，會(huì)發(fā)生 復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，誘發(fā)新的有害物，即二次有害排放物。光化學(xué)煙霧 是iic和nox在太陽光紫外線作用下產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)生成的，它的主 要成分是臭氧、醛等煙霧狀物質(zhì)。1汽車尾氣的有害成份與危害汽車排放的尾氣，除空氣中的氮和氧以及燃燒產(chǎn)物c o 2、水蒸汽為 無害成份外，其余均為有害成份。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放的尾氣一部分毒性 物質(zhì)，是由于燃料不完全燃燒或燃?xì)鉁囟容^低時(shí)發(fā)生較多。尤其是在 次序起動(dòng)、噴油器噴霧不良、超負(fù)荷工作運(yùn)行。燃油不能很好地與氧 化合燃燒，必定乞成大量的co、hc和煤煙。另一部分有毒物質(zhì)， 是由于燃燒室內(nèi)的高溫、高壓而形成的氮氧化合

8、物no x （no x和 n o和n 0 2的總稱）。然而上述的c 0是一種無色無味有毒的氣體，它不易與其它物質(zhì)發(fā)生 反應(yīng)而成為大氣成份中比較穩(wěn)定的組成部分，能停留23年。當(dāng)人 們吸入過多的co后，co可與血液中的血紅素結(jié)合，阻礙血液吸收 氧氣和輸送氧氣而中毒死亡。它引起的公害稱為汽車尾氣第一排氣公 害。ch化合物中，特別是烯在大氣上空，在太陽光紫外線作用下，會(huì)與 氧化氮起光化反應(yīng)生成臭氧、醛等煙霧狀物質(zhì)，刺激人們的喉、眼、 鼻等粘膜。它不僅危害人們與動(dòng)物，而且使生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重 影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)，近使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，同時(shí)還具有致癌作用。它成為汽 車尾氣排放的第二公害。mo x是no及no 2

9、的總稱，其中no與血液中的血紅素的結(jié)合能 力比c 0還強(qiáng)。容易使人們中毒而死亡。n 0 2是一種褐色有毒氣體, 有特殊刺激臭味，損害人的眼睛和肺部。它是產(chǎn)&酸雨和引起氣候變 化、產(chǎn)生煙霧的主要原因。成為汽車尾氣的排放公害。汽車尾氣排放的顆粒物，一般是由直徑為0. 14 0 um的多孔性 炭粒構(gòu)成。它能粘附s 0 2及苯花有毒物質(zhì)，有臭味，對(duì)人們呼吸道 極為有害（顆粒度較大的炭粒能迅速沉淀，不易從肺部排出）。此外，鉛化合物、硫化合物等等也為有害成分。綜上所述：汽車尾氣排出的污染物，給予人類賴以生存的大氣環(huán)境帶 來了嚴(yán)重的污染。在交通干線等人口密集區(qū)，其排氣高度接近人體呼 吸帶，給人體健康

10、造成了嚴(yán)重的危害。因此，必須采取有效措施，減 少或者消除汽車尾氣的排污量，是本文與大家共同研究與探討的一個(gè) 重要課題。2 汽車尾氣的凈化處理技術(shù)由于汽車運(yùn)行嚴(yán)重的分散性和流動(dòng)性，因而也給凈化處理技術(shù)帶來一 定的限制。除了開發(fā)在機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)外，還耍大力開發(fā)機(jī)外凈化處理 技術(shù)。這應(yīng)從兩個(gè)方面入手：一是控制技術(shù)，主要是提高燃油的燃燒 率，安裝防污染處理設(shè)備和釆取開發(fā)新型發(fā)動(dòng)機(jī)；二是行政管理手段, 采取報(bào)廢更新，淘汰舊車，開發(fā)新型的汽車（即無污染物排放的機(jī)動(dòng) 車），從控制燃料使用標(biāo)準(zhǔn)入手。2. 1汽車燃油的改用采用無鉛汽油，以代替有鉛汽油，可減少汽油尾氣毒性物質(zhì)的排放 量。首先應(yīng)抓汽車油的改用。以無鉛

11、汽油代替四乙基鉛汽油。這種汽油是 用甲荃樹丁瞇作滲合劑，它不僅不鉛，而且汽車尾氣排出的一氧化碳、 氮氧化合物、碳?xì)浠衔锞鶗?huì)減少。目前，我國為了減少汽車尾氣排 放量，改善城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量，國家規(guī)定從1 9 9 9年7月1日起在全國范圍內(nèi)根本上使用含鉛汽油。2 0 0 0年7月1日起，市場(chǎng)根本 上出售有鉛汽油。因有鉛汽油中，它加入了一種抗爆劑一一四乙基鉛, 它具有很高的揮發(fā)性，甚至在0攝氏度時(shí)就開始揮發(fā)，而揮發(fā)出的鉛 粉末，以蒸氣及煙的動(dòng)工存在空氣中。但鉛的污染程度與交通密度（每 小時(shí)通過的不輛數(shù)）以及汽油中鉛的含量有密切關(guān)系。雖然我國城市的交通密度比發(fā)達(dá)國家的密度低，但有鉛汽油燃燒帶來 的鉛的

12、污染程度不可忽視。因鉛是一種蓄積毒物，它通過人的呼吸、 飲水、食物等途徑進(jìn)入人體。對(duì)人體的毒性作用是侵蝕造血系統(tǒng)、神 經(jīng)系統(tǒng)以及賢臟等。諸如對(duì)血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)以及癌致畸等毒性作 用也可能發(fā)生。摻入添加劑，改變?nèi)剂铣煞?。汽油中摻? 5 %以下的屮醇燃料，或者采用含1 0 %水份的水一汽 油燃料，都能在一立程度上減少或者消除co、no x. hc和鉛塵 的污染效果。若采用“甲醇燃料”，即采用甲醇和其它醇類同汽油混合所制成的燃 料。當(dāng)甲醇占比例3 0 %4 0 %,汽車尾氣排出的污染物可基本上 消除。選用恰 當(dāng)?shù)臐櫥砑觿┮粰C(jī)械摩擦改進(jìn)劑。在機(jī)油中添加一定量（比例為3%5% ）石墨、二硫化鋁、聚

13、四氟 乙烯粉末等固體添加劑，加入到引擎的機(jī)油箱中，可節(jié)約發(fā)動(dòng)機(jī)燃油 5 %左右。此外，采用上述固體潤滑劑可使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸密封性能 大大改善，汽缸壓力增加，燃燒完全。尾氣排放中，co和碳?xì)浜?隨之下降，可減輕對(duì)大氣環(huán)境的污染。采用綠色燃料同樣可減少汽車尾氣有毒氣體排放量。據(jù)美國的俄亥俄州某研究所用豆油與甲醇、燒堿混合，然后去除其中 的甘油，從而可獲得“大豆些油” o用“大豆柴油”，以3 : 7的比 例摻入到普通柴油中，可供柴油汽車之用。它可大大減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作 時(shí)排放的硫化物、碳?xì)浠衔?、一氧化碳和煙塵。故譽(yù)作綠色燃料。 采用多種燃料作為汽車燃料來源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，確保

14、環(huán)境保護(hù)法規(guī)的實(shí)施 和節(jié)能措施：汽車中可廣泛使用新的配方汽油、電力、壓縮的天然氣 體、太陽能以及生態(tài)燃料的蓄電池等等。然而在這種汽車上裝上電腦, 不斷在行駛中早先調(diào)撥組合，以使汽車發(fā)揮最佳性能。采用計(jì)算機(jī)控 制點(diǎn)火系統(tǒng)，以便對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況作出快速反應(yīng)，可取得最佳 燃料經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，可減少尾氣對(duì)大氣的污染。節(jié)約能源，有利環(huán)境，大力推廣車用乙醇汽油。根據(jù)有關(guān)專家指出，開發(fā)乙醇代替汽油，即節(jié)約能源，又可消化陳糧, 使汽車排出的有害汽體減少，是一項(xiàng)有利于保護(hù)環(huán)境和資源的新課 題。如果按照1 : 9的乙醇汽油配比，用2 0萬噸乙醇，可配出約2 0 0 萬噸的乙醇汽油，2 0 0萬噸的乙醇只

15、消耗糧食7 0萬噸。因此，發(fā) 展、開發(fā)使用專用乙醇汽油可解決儲(chǔ)存糧食的轉(zhuǎn)化問題，又可以在一 定的程度上代替汽油，緩解我國原油供應(yīng)的緊張狀況。因乙醇是一種 小麥、玉米等原料生產(chǎn)的變性燃料乙醇和汽油以-淀的比例混合而成 的汽車燃料，已經(jīng)列入“十五”發(fā)展計(jì)劃，它與純汽油比較，汽車尾 氣中一氧化碳量可降低1 / 3左右，碳?xì)浠衔锝档? 3. 4%。此 計(jì)劃推廣使用，將對(duì)改善城市大氣污染，保障人民健康起到重要作用。2. 2汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的調(diào)試，可減少尾氣污染物的排放量。減少噴油提前角。減少噴油提前角，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最高溫度 （ 1 5 0 0攝氏度），使n 0 x的生成量減少。改善噴油器的質(zhì)量，控

16、制燃燒條件（燃比、燃燒溫度、燃燒時(shí)間）, 可使燃料燃燒完全，從而可減少co、hc和煤煙。調(diào)整噴油泵的供油量，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，使霧化的燃料有足夠 的氧氣進(jìn)行完全燃燒，從而也可以減少co、ch和煤煙的生成。2. 3發(fā)動(dòng)機(jī)外部尾氣凈化措施即汽車尾氣由原有毒氣體，變成為無毒氣體，再排放到大氣中。從而 可減少對(duì)大氣環(huán)境的污染。采用催化劑：將co氧化成c 0 2 , hc氧化成c 0 2和h2o, no x被還原成為n 2等。采用的催化劑有氧化鎰一氧化銅；氧化鉛 氧化銀一氧化銅等金屬氧化物和白金屬（鉗）等貴金屬。它們都可 以凈化c 0、h c。催化反應(yīng)器設(shè)置在排氣系統(tǒng)中排氣歧管與消音器 之間。水洗：通

17、過水箱，使汽車尾氣中的碳煙粒子經(jīng)過水洗和過濾及蒸氣 的淋浴，可支隊(duì)粘在碳粒上的有毒物質(zhì)，使碳粒子脹大而給予去除。24發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部?jī)艋幚泶胧┱S箱通氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：把從汽缸竄入曲軸箱的氣體（主要是未 燃?xì)怏w）再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣歧管，使其再次燃燒，改變了過去將其直接 排入大氣所造成的污染。排氣再循環(huán)設(shè)計(jì)：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口用控制閥與進(jìn)氣歧管相連接，使排 出的氣體經(jīng)過再次循環(huán)，以降低氮氧化物的排放量。蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：將化油器浮子室中的汽油蒸發(fā)汽引入進(jìn) 氣系統(tǒng)，而將油箱中的蒸發(fā)汽引入儲(chǔ)存系統(tǒng)，可大大減少污染物的排 放。25加強(qiáng)行政管理，減少和消除汽車尾氣對(duì)大氣環(huán)境的污染淘汰舊車，采取報(bào)廢迎新。開發(fā)并采用

18、多種燃料的新型汽車，這是 今后汽車的發(fā)展方向。以氫為燃料的電池電動(dòng)車、太陽能汽車、電動(dòng) 汽車、復(fù)式汽車、液化氣汽車、甲醇汽車等。它們是低公害、前途最 佳的新型汽車。同時(shí)，目前也還可改裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車為柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)汽車。雖然柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料費(fèi)用高，但co生成量少。如果對(duì)no x、粉塵排放量作相對(duì)的限制的話，那么柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車也是未來最 佳汽車。嚴(yán)格執(zhí)行國家質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，控制燃油標(biāo)準(zhǔn)。按國家規(guī)定，不合質(zhì)量的燃油不能使用，市場(chǎng)上不準(zhǔn)岀售低劣的燃油。 然而汽車不準(zhǔn)作用含鉛汽油這一禁令已下，但難以奏效。其主要原因 是廣大市民對(duì)這一政策了解不足，含鉛的7 0號(hào)和不含鉛的9 0號(hào)及 9 0號(hào)以上汽油，每噸差

19、價(jià)比較大，加之無有效措施和得力宣傳。另 外，個(gè)別城市周邊的地區(qū)乂沒有實(shí)行含鉛汽油的禁令。市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果 顯示含鉛汽油庫存數(shù)量還比較大，加之，車輛運(yùn)輸?shù)牧鲃?dòng)性，故使得 禁令難以實(shí)施。因此，對(duì)“禁令'的宣傳力度和推行力度應(yīng)大大加強(qiáng), 才能保證大氣環(huán)境的潔凈。3 結(jié) 語為了保護(hù)自然環(huán)境和國家資源，防止汽車尾氣對(duì)大氣環(huán)境的污染而引 起公害，保障人民生命安全與健康。國家特制定了環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，污 染物排放標(biāo)準(zhǔn)、污染物控制標(biāo)準(zhǔn)等等。筆者認(rèn)為：為了保證上述法規(guī) 的實(shí)施，還可以從下面幾個(gè)方面入手。實(shí)行車輛分流行駛：城市人口稠密區(qū)域，交通密度高，汽車尾氣的 排放在某一時(shí)間又比較集中，故會(huì)引起該地區(qū)域在某一時(shí)

20、間內(nèi)，大氣 污染的程度會(huì)急劇增加，造成危害人類的健康。這時(shí)可采取汽車分流 行駛。一方面可解決交通堵塞、乘車難；另外還可使該局部區(qū)域大氣 環(huán)境污染程度有所減少，更好地貫徹大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。一開辟地鐵，施行電力牽引行駛。尤其在大城市人口稠密的地區(qū)， 開辟地下通道，同時(shí)可解決乘車難問題以及減少大氣環(huán)境污染。今后現(xiàn)代化的城鎮(zhèn)建設(shè)，還應(yīng)考慮自身的循環(huán)、多功能的結(jié)構(gòu)形式。 合理設(shè)計(jì)城市居民的日常生活完全以步代車，汽車只用在城外，城內(nèi) 的風(fēng)能、太陽能、循環(huán)水等的高效利用也能使人們?cè)诤艽蟪潭壬蠑[脫 污染和不可再生資源的浪費(fèi)。加強(qiáng)和提高人們對(duì)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)一從自已做起，從家庭做起。上述汽車尾氣的排放是大氣環(huán)境污染的一個(gè)重要組成部分。但是，個(gè) 人與家庭的污染占大氣環(huán)境污染源一定的比例。人們生活中制造的垃 圾、廢氣、廢水在人們享受便利的同時(shí)也使大氣環(huán)境污染日益加劇，這是我們不可忽視的一部分。3. 結(jié)束語汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染是嚴(yán)重的，人們對(duì)尾氣凈化處理技術(shù)的研究也 越來越深入和廣泛與越來越系統(tǒng)。對(duì)于汽油車尾氣凈化的研究重點(diǎn) 是：c