作为现代交通工具,人们与汽车的关系越来越紧密,汽车在给人们带来便利的同时,也给人们带来了危害。汽车作为一个流动的载体,是空气污染的主要污染源之一。根据有关分析,汽车尾气成分有很多种,其中对人体健康危害最大的主要有:一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、碳氢化合物(HC)、光化学烟雾、铅化物和碳烟颗粒物(PM)等。
1.汽车有害排放物及其危害
汽车尾气是燃油在发动机气缸内燃烧做功后从排气管排出的废气。这些有害物质能够造成人们的呼吸道疾病、生理机能障碍以及鼻黏膜组织病变,急性污染中毒甚至会导致心脏病恶化而猝死。同时,汽车尾气中所含的多种物质进入人体会产生持续刺激,可能引发癌症。
(1)一氧化碳 一氧化碳是城市大气中数量最多的污染物(约占大气污染物总量的1/3)。发达国家城市空气中的一氧化碳有90%是由汽车排放的。
对于内燃机发动机,一氧化碳是因为空气不足或其他原因造成燃油不完全燃烧时产生的。一氧化碳是无色无味的气体,吸入人体后,易于与血液中的血红蛋白结合,其亲和能力比氧大210倍,故很快形成碳氧血色素,使血液丧失输氧能力,致使人体缺氧,引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状,严重时造成死亡。
(2)碳氢化合物 碳氢化合物很大一部分来自汽车尾气中的未燃烧部分及汽油挥发排放,约占有害污染物的55%。近年来研究表明,汽车尾气中的高分子重芳香烃可使人致癌。
(3)氮氧化物 城市中的氮氧化物大部分来源于矿物燃料的燃烧过程,包括燃煤和燃油锅炉以及汽车内燃机的排放。汽车排放的氮氧化物所占的比例很高,美国为32%~55%,日本东京为36%。
氮氧化物是被高温燃气氧化成的NO、NO2等氮氧化合物的总称,它在高温富氧状态下容易生成。氮氧化物由于氧化程度的不同呈白色、黄色到暗褐色。氮氧化物进入肺后,形成亚硝酸和硝酸,对肺组织产生很强的刺激作用,引起肺炎、肺水肿,吸入高浓度的氮氧化物后甚至会引起中枢神经的瘫痪。
(4)光化学烟雾 汽车尾气中的重要成分氮氧化物和碳氢化合物在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物。在这种复杂的光化学反应过程中,主要生成光化学氧化剂及其他多种复杂的化合物,统称为光化学烟雾。
光化学烟雾刺激人的眼、鼻、气管和肺等器官,使人产生眼红流泪、气喘咳嗽、头晕恶心等症状。
洛杉矶是世界上第一个出现严重光化学污染事件的城市。洛杉矶盆地位于美国的西海岸,它既是一个有名的汽车城,也是有名的烟雾城。洛杉矶首次光化学烟雾发生在20世纪40年代,当时洛杉矶的250多万辆汽车是产生空气污染的最大元凶。洛杉矶的居民和游客饱尝这种烟雾之苦,它刺激眼睛,灼伤咽喉和肺部,引起胸闷,其影响对人体健康是长期的。有调查表明,在洛杉矶长大的儿童肺功能因此下降了10%~15%。据估计,洛杉矶空气污染对人体健康造成的损失大约在100亿美元。
1971年,日本东京也发生了较严重的光化学烟雾事件,使一些学生中毒昏迷。与此同时,日本的其他城市也发生了类似的事件。此后,日本的一些大城市连续不断出现光化学烟雾事件。日本环保部门对东京几个城市的主要污染物进行调查发现,汽车排放的CO、NOX、HC这三种污染物占总排放量的80%,可见,汽车排放的尾气是产生光化学烟雾的罪魁祸首。
1997年夏季,拥有80万辆汽车的智利首都圣地亚哥也发生了光化学烟雾事件。由于光化学烟雾的作用,迫使政府对该市实行紧急状态:学校停课、工厂停工、影院歇业,孩子、孕妇和老人被劝告不要外出,使智利首都圣地亚哥处于“半瘫痪状态”。在北美、澳大利亚和欧洲地区也先后出现过这种烟雾。
除了汽车排放造成的严重光化学污染事件外,随着汽车的发展和数量的增加,在世界各地多次发生其他的污染事件,比较严重的就有欧洲雅典、美洲的墨西哥和亚洲的曼谷等。
雅典是一个人口超过400万的城市,—面临萨罗尼克海湾,三面环山,复杂的地理气候条件使得污染物在雅典盆地不易扩散。20世纪70年代末以来,雅典市区的汽车尾气排放量大大增加,在这里,地中海气候常出现逆温,阳光强烈,气温较高,再加上风速比较小,所以在大气中很容易出现高浓度的污染物,特别有利于臭氧和二氧化氮的形成。以1991年为例,空气质量超过健康标准对人体健康构成危害的天数高达180天,而且臭氧和二氧化氮浓度较高,又多次出现于夏季高温,生病住院的人数成百上千地增加。
墨西哥城有2200万人口,3.5万家工厂和400万辆汽车。由于地处海拔2250m的高原,墨西哥城空气中的氧气浓度只有海平面的1/4。这意味着燃料的燃烧效率非常低,加之当地的亚热带气候,墨西哥城光照充足,导致光化学反应强烈,臭氧浓度特别高。1992年11月,墨西哥城西部臭氧浓度达到令人震惊的1200μg/m3,在某些月份里,臭氧浓度几乎每天都超过世界卫生组织(WHO)的指导值,其中半数以上的日子超过WHO指导值的两倍。墨西哥城最严重的污染是以臭氧为标志的光化学污染,导致光化学反应产生臭氧的物质包括挥发性有机物、氮氧化物及一氧化碳。
泰国首都曼谷的空气污染问题主要是悬浮颗粒物,特别是可吸入颗粒物,以及一氧化碳和铅。这些空气污染问题主要发生在曼谷的交通主干道附近区域,其浓度足以对人体健康产生严重影响。世界卫生组织规定的年平均铅浓度范围是0.5~1.0μg/m3,曼谷的大气中铅浓度已达到2.0μg/m3以上,而铅的来源主要是机动车使用的含铅汽油,因此,含铅汽油已被淘汰。
(5)碳烟等颗粒物 由于汽油、柴油燃烧不充分,汽车排放出的尾气中含有大量直径等于或小于2.5μm的细微颗粒物。这些细粒子很容易随着呼吸进入人体肺部,又被称为“入肺颗粒物”。其中,有30%~50%的元素是碳(炭黑)和有机碳,这些微小粒子长期飘浮在空气中,使空气变得浑浊,对阳光有散射作用,使空气能见度下降。有机碳中大部分为挥发性有机化合物,在紫外线照射下,产生氧化反应,变成醛、酮类化合物,还会生成过氧乙酰硝酸酯和臭氧等氧化物,是形成光化学烟雾的主要条件。
2.汽车排放污染的控制措施(www.xing528.com)
汽车排放污染的防治可以从两方面入手:一是控制技术,主要是提高燃油的燃烧率,安装防污染处理设备和开发新型汽车;二是行政管理手段,严格汽车排放标准,采取报废更新,及时淘汰旧车。
(1)加强汽车技术改进,减少尾气污染
1)改变汽车的动力系统。治理汽车尾气污染的最根本途径是改变汽车的动力系统。
在新的汽车动力系统中,采用电动汽车或其他代用燃料汽车可使汽车不产生或只产生很少的污染气体。
甲醇汽车是另一种新型环保汽车,它是以酒精类的甲醇作为燃料的汽车。甲醇汽车的最高时速、输出功率等性能与普通汽车差不多,但排出废气中的铅、氮的氧化物却减少1/2,并且基本不冒黑烟。用作燃料的甲醇来源很广,可以从天然气、劣质煤、油砂、木材等凡是能产生一氧化碳和氢气的物质中提炼产生。发展环保型汽车,可以减少对环境的污染;而且,甲醇生产有工艺简单、设备少、运输方便等特点。另外,汽车的代用燃料还可采用二甲醚、天然气等。
2)改善现有的汽车动力装置和燃油品质,尽量采用柴油机。单纯从污染的角度看,柴油车、汽油车都有污染,但在不采取任何措施的情况下,汽油车的污染更严重。这是因为在所有的污染物中,汽油车的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氢化合物(HC)排放量都比柴油车大,氮氧化物(NOx)则基本处于同一量级,只有碳烟颗粒柴油车比汽油车多。近20年来,随着中冷增压、缸内直喷、共轨等技术的应用,柴油机的技术水平已有了飞跃式发展。
改善燃烧室结构,对汽车发动机采用曲轴箱通风系统、废气再循环系统、蒸发排放控制系统等新设计,均可大大减少污染物的排放量。
另外,在发动机调试时采取相应减少喷油提前角和改善喷油器质量的措施,也可减少汽车污染物的生成。
3)发动机机外净化措施。目前,广泛采用一些先进的机外净化技术对汽车产生的废气进行净化以减少污染,此途径可以达到较好的效果。机外净化技术就是在汽车的排气系统中安装各种净化装置,采用物理的、化学的方法减少排气中的污染物,可分为催化器、热反应器和过滤收集器等。
(2)提高汽车尾气排放标准 鉴于汽车尾气的危害,人们认识到需要对汽车尾气排放加以法规限制。1960年,美国加利福尼亚成立了第一个防止大气污染的加州大气资源局(CARB),并于1966年率先实施了防止大气污染的法规。
1970年,美国议员马斯基提出了“大气净化法”(也称为“马斯基法”)。大气净化法要求从1975年起,强行控制和减少汽车排放的有害物质。这一法规虽经美国通用等几大汽车公司以技术上存在问题为理由提出延期,但终于在1976年6月正式生效。现在,大气净化法已被很多国家参照实施。
目前,国外执行的汽车排放标准主要有欧、美、日三大体系,其中以欧洲标准应用较广。
为遏制交通污染,欧盟1992年推行了“欧Ⅰ”汽车尾气排放标准,1996年实施了“欧Ⅱ”汽车尾气排放限值,2000年出台了“欧Ⅲ”标准,逐步加大了限制二氧化碳气体排放量的力度。2005年1月,欧盟启用“欧Ⅳ”汽车尾气排放标准,要求各成员国修改有关立法,以税收政策惩罚尾气超标的汽车。根据“欧Ⅳ”标准,柴油发动机汽车尾气排放的颗粒物每千米必须限制在25mg以内。标准还要求各成员国为柴油车增加特殊的过滤装置,减少颗粒物对空气的污染。欧盟最近出台的法令要求,每辆上路行驶的车辆必须装有“车载检测系统”,在排放超标时提醒驾驶人及时进厂维修,不必等到每年一度的检验。现在,欧盟已提出更为严格的“欧Ⅴ”标准。
自20世纪90年代以来,我国的汽车尾气治理提上日程,治理步伐不断提速。目前,国家已制定了环境质量标准、污染物排放标准、污染物控制标准等。1993年,我国颁布了相当于欧洲20世纪70年代的汽车尾气排放标准;2000年1月1日该标准提高为欧洲20世纪90年代初的标准,即“欧Ⅰ标准”,不达标的汽车不得生产销售。北京从2008年起率先执行“欧Ⅲ”排放标准。
(3)加强对在用车的管理 加强在用车的维护与修理。在用车检查和维护制度对于减少汽车污染非常重要。应通过制定严格合理的在用车检查和维护制度、改进检测与维修设备、明确管理部门职权、加强人员技术培训等方面的工作,使其发挥出应有的功效。
另外,还需要通过合理方式加速老旧车辆的淘汰。老旧汽车排放控制水平较低,随着车辆使用时间的延长,其排放性能还会进一步恶化。由于自然淘汰速度太慢,而强制淘汰又难以公平合理,因此,采取合理的措施加速老旧车辆的淘汰就显得尤为重要。今后,既要严格执行汽车报废标准,也要借鉴国际经验,通过经济等手段引导大家淘汰老旧汽车。
(4)减少汽车使用量 鼓励发展公共交通,减少汽车使用量是控制汽车尾气污染的途径之一。因此,要大力发展包括公共汽车、地铁、城铁在内的公共交通,并且提高公交车的运行速度和换乘便捷性能,以减少汽车的使用量。
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