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1、汽车排放与大气污染第1页，本讲稿共22页第一节 大气质量标准 所谓大气质量标准，是指大气中对人体有害的所谓大气质量标准，是指大气中对人体有害的气体的浓度（或比例）达到什么样的一个水平就会气体的浓度（或比例）达到什么样的一个水平就会对人体的健康带来危害对人体的健康带来危害。换言之，借用一个量化的借用一个量化的指标，来反映大气质量状况与人体健康的关系指标，来反映大气质量状况与人体健康的关系。我国1982年制定了第一个大气环境质量标准，在此基础上，1996年10月1日又公布了新的环境空气质量标准（GB30951996），见下表。第2页，本讲稿共22页注：适用于适用于城市地区城市地区；适用于适用于牧区
2、和牧业牧区和牧业为主的半农为主的半农半牧区、桑半牧区、桑蚕区蚕区；适用于适用于农业和林业农业和林业区区。第3页，本讲稿共22页环境空气质量功能区一类区：一类区：自然保护区、林区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区。二类区：二类区：城镇规化中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三类区：三类区：特定工业区。环境空气质量标准的各项污染物浓度限值分为三环境空气质量标准的各项污染物浓度限值分为三级，分别适用于上述三类分区级，分别适用于上述三类分区。第4页，本讲稿共22页2003年北京市大气中主要污染物年日平均值第5页，本讲稿共22页第二节 汽车排放污染物及危害汽车排放污染物的
3、分类及来源汽车排放污染物的分类及来源汽车排放污染物的危害汽车排放污染物的危害第6页，本讲稿共22页一、汽车排放污染物的分类及来源 汽车排放污染物主要来自发动机所排出的废气、曲轴箱的窜气及燃油箱中溢出的燃油蒸汽。其中发动机排出的废气是主要的污染源。汽车排出的有害气体的浓度与汽车的运行工况有关。第7页，本讲稿共22页二、汽车排放污染物的危害一氧化碳一氧化碳 （CO）碳氢化合物（碳氢化合物（HC）氮氧化物氮氧化物 （NOx）光化学烟雾光化学烟雾硫的氧化物硫的氧化物微粒微粒第8页，本讲稿共22页1、一氧化碳（CO）COCO是是一一种种无无色色、无无刺刺激激的的气气体体，通通常常认认为为COCO是是由由
4、于于被被人人吸吸入入体体内内才才显显示示影影响响的的。吸吸入入的的COCO很很容容易易和和血血红红蛋蛋白白结结合合并并输输送送到到体体内内。COCO急急性性中中毒毒症症状状是是由由于于阻阻碍碍血血红红素素带带氧氧，造造成成体体内内缺缺氧氧而而引引起起的的窒窒息息状状态态。这这种种内内窒窒息息状状态态一一旦旦解解除除，症症状状也也就就随之消失。（国标：随之消失。（国标：4.0%)4.0%)关关于于有有无无COCO慢慢性性中中毒毒症症状状尚尚待待研研究究。煤煤气气配配管管工工有有记记忆忆力力减减退退症症状状。说说明明存存在在着着慢慢性性中中毒毒问问题题。从从地地区区大大气气污污染染角角度度来来考考
5、虑虑COCO污污染染的的时时候候，必必须须把把24h24h以以内内吸吸气气中中的的COCO浓浓度度限限制制在在5ppm5ppm以以下下。由由于于COCO在在大大气气底底层层停停留留时时间间长长，累累积积浓浓度度常常易易超超过过允允许许值值，因因此此要特别重视大气中要特别重视大气中COCO的危害性。的危害性。第9页，本讲稿共22页2、碳氢化合物（HC）当前比较一致的看法是当前比较一致的看法是(HC)对人类危害主要是环芳香烃，尤对人类危害主要是环芳香烃，尤其是苯并比其是苯并比(一种五个环的稠环芳香烃一种五个环的稠环芳香烃(C20H12，主要来自于煤焦油和，主要来自于煤焦油和沥青沥青)，30年代就证
6、实它是一种很强的致癌物质。目前已有不少的年代就证实它是一种很强的致癌物质。目前已有不少的研究报告谈到，汽车排气中发现这种成分。当然，致癌原因尚不研究报告谈到，汽车排气中发现这种成分。当然，致癌原因尚不清楚。清楚。另另外外、排排气气中中含含有有少少量量甲甲醛醛和和丙丙烯烯醛醛等等醛醛类类物物质质对对眼眼睛睛及及呼呼吸吸器器官官有有强强烈烈的的刺刺激激作作用用。当当甲甲醛醛和和丙丙烯烯醛醛等等醛醛类类物物质质的的浓浓度度超超过过10ppm时时，就就会会对对眼眼睛睛及及呼呼吸吸器器官官有有强强烈烈的的刺刺激激作作用用；当当浓浓度度超超过过250ppm时时，会会引引起起头头痛痛、恶恶心心、贫贫血血；超
7、超过过10000ppm会会急急性性中中毒毒。（国国标标：1000ppm）汽车排气中的汽车排气中的HC与与NOx是生成光化学烟雾的主要成分。是生成光化学烟雾的主要成分。第10页，本讲稿共22页3、氮氧化物（Nox）NOx是是NO、NO2、N2O3、N2O、N2O5、N2O4及及NO3的混合物，汽车排的混合物，汽车排出的出的NOx主要是主要是NO、NO2。NO达到一定浓度时，会引起中枢神经瘫痪。达到一定浓度时，会引起中枢神经瘫痪。NO2具有特殊刺激性臭味，它使人中毒的症状是肺气肿，并伴有具有特殊刺激性臭味，它使人中毒的症状是肺气肿，并伴有独具特点的闭塞性纤维支气管。对于健康人，在独具特点的闭塞性纤
8、维支气管。对于健康人，在16ppm的的NO2环境中环境中停留停留10min肺气流阻力便明显上升。关于肺气流阻力便明显上升。关于NO2对人及生物的危害见表对人及生物的危害见表13。NOx是光化学烟雾的主要物质之一。是光化学烟雾的主要物质之一。第11页，本讲稿共22页4、光化学烟雾 光化学烟雾的形成是一个十分复杂的过程，美国通用汽车光化学烟雾的形成是一个十分复杂的过程，美国通用汽车公司的卡普兰在实验室模拟出了光化学烟雾的形成，提出了光公司的卡普兰在实验室模拟出了光化学烟雾的形成，提出了光化学烟雾的形成机理。化学烟雾的形成机理。第12页，本讲稿共22页4、光化学烟雾 光化学烟雾的形成需要两个条件，即
9、光化学烟雾的形成需要两个条件，即一定的一定的HC和和Nox浓度浓度及及强强光的照射光的照射。光化学烟雾是有害气体产生的二次污染物，多发时段是夏、。光化学烟雾是有害气体产生的二次污染物，多发时段是夏、秋之间，常发地点：大气不流畅的大城市及盆地。午后秋之间，常发地点：大气不流畅的大城市及盆地。午后23点时光化点时光化学烟雾的浓度最高。学烟雾的浓度最高。光化学烟雾的主要产物是臭氧光化学烟雾的主要产物是臭氧O3及过氧酰基硝酸盐及过氧酰基硝酸盐(RCHO),除此之外，除此之外，还生成各种游离基、醛、酮、硫酸盐雾等。光化学烟雾对人体健康的还生成各种游离基、醛、酮、硫酸盐雾等。光化学烟雾对人体健康的危害不能
10、简单理解为其生成物对人体的影响，而是组成光化学烟雾各危害不能简单理解为其生成物对人体的影响，而是组成光化学烟雾各物质的共同作用结果。光化学烟雾主要组成物质的浓度越高，光化学物质的共同作用结果。光化学烟雾主要组成物质的浓度越高，光化学烟雾越严重。所以常用烟雾越严重。所以常用O3的浓度来表示光化学烟雾的强弱。关于光的浓度来表示光化学烟雾的强弱。关于光化学烟雾对人体的危害见表化学烟雾对人体的危害见表14。第13页，本讲稿共22页光化学烟雾对人体的危害 大气臭氧层是大气中臭氧集中的层次，一般指高度在大气臭氧层是大气中臭氧集中的层次，一般指高度在10105050千米之间的大气层，也千米之间的大气层，也有
11、指有指20203030千米之间臭氧密度最大的大气层。在臭氧层里臭氧的浓度实际也是很稀千米之间臭氧密度最大的大气层。在臭氧层里臭氧的浓度实际也是很稀的。即使在臭氧浓度最大处，所含臭氧对空气的体积比也不过为百万分之几。将的。即使在臭氧浓度最大处，所含臭氧对空气的体积比也不过为百万分之几。将它折算到它折算到标准状态标准状态（气压（气压1013.251013.25百帕、温度百帕、温度273K273K），臭氧的总累积厚度为），臭氧的总累积厚度为0.150.150.450.45厘米，平均为厘米，平均为0.300.30厘米。厘米。熱成層熱成層(80km-800km)；中間層中間層(50km-80km)；平流
12、層；平流層(11km-50km)；對流層對流層(0km-11km)第14页，本讲稿共22页5、硫化物 燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应便生成了硫的氧化物。汽车尾气中的硫化物主要是SO2。一般说来该成分柴油机的排出量比汽油机大。SO2是产生酸雨的主要物质。所幸的是汽车的SO2排出量远比燃煤低，但同样不能忽视它对大气环境的影响。第15页，本讲稿共22页6、微粒 微粒是指除去化合物的水以外所有固态的碳基颗粒、液态的燃油与润滑油及无机物微粒是指除去化合物的水以外所有固态的碳基颗粒、液态的燃油与润滑油及无机物（如附聚在碳基颗粒表面的（如附聚在碳基颗粒表面的SO2、NO2、H2SO3、铅等）的总称。、铅等）
13、的总称。微粒是柴油机排放的一种主要形式，通常柴油机的排放量要比汽油机高微粒是柴油机排放的一种主要形式，通常柴油机的排放量要比汽油机高3060倍倍。汽车尾气中的微粒主要有铅化物、碳烟及油雾三种。汽车尾气中的微粒主要有铅化物、碳烟及油雾三种。一般情况下，一般情况下，210m的微粒吸入人体后可被排除，对人体的影响不大；的微粒吸入人体后可被排除，对人体的影响不大；2 m以以下的微粒容易在肺部沉积；下的微粒容易在肺部沉积；0.10.5 m的微粒对人体的危害最大，除致癌作用外，的微粒对人体的危害最大，除致癌作用外，还会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。还会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。微粒
14、的颗粒越小，在空气中悬浮的时间越长，这就增加了被人体吸入及在大气中受阳微粒的颗粒越小，在空气中悬浮的时间越长，这就增加了被人体吸入及在大气中受阳光和其他物质作用而产生光化学反应的机会。实验表明，柴油机排出的微粒光和其他物质作用而产生光化学反应的机会。实验表明，柴油机排出的微粒90%以上小以上小于于1 m。球状微粒在静态空气中的沉降速度分别是：球状微粒在静态空气中的沉降速度分别是：10 m 0.3cm/s；1.0 m 0.003cm/s；0.1 m 0.00009cm/s。第16页，本讲稿共22页6、微粒油雾 汽车排出的油雾有两种表现形式，即白烟和蓝烟。研究表明，发动机排出的白烟和蓝烟主要与燃烧
15、室的温度有关，当温度当温度低于低于 通常是冒白烟；通常是冒白烟；当温度当温度 时冒蓝烟。时冒蓝烟。白烟：白烟：主要出现在冬季低温启动及暖机前期，此时气缸中的温度较低，着火不好，未经燃烧的燃油和润滑油以液滴状存在，其直径约1.3 m左右，随废气排出便形成白烟。蓝烟：蓝烟：发动机冷启动后，暖机过程的进程中，燃烧室的温度逐渐上升，白烟便逐渐变为蓝烟，最后完全消失。温度上升，油滴直径减小，油的直径约为0.4 m以下，即是蓝烟。白烟和蓝烟本无区别，是油滴直径的不同所产生不同阳光折射率而表现的一种视觉差。第17页，本讲稿共22页第三节 汽车排放污染物的生成机理 一、一氧化碳（CO）的生成机理 CO是燃料燃
16、烧的中间产物，如果有足够的空气，CO是可以继续与O2进行反应生成CO2。那么，汽车尾气中的CO是如何产生的呢？这显然与发动机的燃烧过程有关。第18页，本讲稿共22页二、碳氢化合物HC的生成机理 HC是燃料在高温缺氧的情况下裂解而成的，它和CO一样，一旦有足够的空气，他便会继续燃烧最终生成H2O和CO2。第19页，本讲稿共22页三、氮氧化物Nox的生成机理 汽车排出的NOx主要是NO和NO2。NOx是N2和O2在高温高压的作用下形成的。第20页，本讲稿共22页四、硫的氧化物的生成机理 燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应生成硫的氧化物。汽车尾气中硫的氧化物主要是SO2。一般说来，该成分柴油机的排出量比汽油机大。第21页，本讲稿共22页五、微粒的生成机理 汽车尾气中的微粒主要有铅化物、碳烟和油雾三种。铅化物：铅化物主要来自于添加到汽油中的铅化物：铅化物主要来自于添加到汽油中的抗暴剂抗暴剂四乙铅。四乙铅。碳碳 烟烟：碳氧是分子较大的燃料在高温高压：碳氧是分子较大的燃料在高温高压缺氧的情况下裂解的产物。缺氧的情况下裂解的产物。油油 雾：油雾是低温燃烧时未燃烧的燃油直雾：油雾是低温燃烧时未燃烧的燃油直接排出。接排出。第22页，本讲稿共22页