机动车尾气排放污染的种类主要与汽车发动机当中混合气体的形成过程、燃烧过程以及排气过程当中的化学反应有很大的关系,此外排放的污染物的多少还与产生的蒸汽等不同因素有一定的关系。排放的污染物主要包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、颗粒物(PM)和醛类等。这其中汽油车与柴油车因为发动机不同,燃烧方式不同,产生的污染物质也有不同。表1比较了汽油车和柴油车排放污染物含量的比较结果,可以看出汽油发动机的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx);柴油发动机的污染物主要是氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)等。
表1 汽油车与柴油车排放污染物含量的比较结果
成分 |
柴油车 |
汽油车 |
CO(%) |
0.05~0.35 |
0.5~2.5 |
HC(10-6) |
200~1000 |
2000~5000 |
NOx(10-6) |
700~2000 |
2500~4000 |
SO2(%) |
<0.02 |
0.008 |
PM(g/m3) |
0.10~0.30 |
0.005~0.05 |
在城市主要的交通路段和居民小区等人口密集的区域,机动车所排放的污染物会给人们的健康以及大气环境都带来极为严重的危害。机动车不同排放污染物与多种因素有关,下面简要概述不同污染物产生的机理及危害。
(1)一氧化碳(CO)
一氧化碳是无色、无刺激性气味的特征使人很难察觉,由于极难溶于水,且不易与其他物质产生化学反应,能在大气中停留较长时间并形成累积,是大气中分布最广泛的污染物。城市中CO主要来自机动车尾气排放污染,其产生的主要原因是机动车燃料不完全燃烧形成的产物,在于气缸中氧气不充足,燃烧不充分,导致燃料不充分产生大量的CO,若气缸中氧气充足,燃料将会燃烧生产CO2。此外,一氧化碳的生成还受到进气温度、大气压力、进气管真空度、怠速转速和发动机工况的影响。
CO经过呼吸道进入人体内,会与血液中的血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白,导致血液的携氧能力下降,引起头晕、头痛、心跳加速等症状,CO浓度较高时会损坏中枢神经系统,甚至会使人窒息身亡。此外,CO还会引起胎儿的生长受损或智力低下,对心脏病、贫血症以及呼吸道疾病患者的伤害性更大。
(2)二氧化碳(CO2)
二氧化碳(CO2)以其自身所具有的较强的吸热和隔热功能,成为是世界上最主要的温室气体之一。吸热功能强,使二氧化碳(CO2)能够在大气中吸收太阳辐射中更多的红外线能量,而隔热功能强又使其能够编制出一张“阻热网”,在这张大网的包裹下,地球表面的热量很难向宇宙空间发散,从而导致“温室效应”。地球表面温度升高,引发了如全球气候变暖、冰川融化、海平面升高、海洋灾害频发、厄尔尼诺极端天气等全球性的环境问题。
(3)碳氢化合物(HC)
碳氢化合物(HC)是燃油、润滑油不完全燃烧或裂解形成的产物。内燃机产生的废气排放、曲轴箱窜气、燃料系统的蒸发都是机动车尾气中HC的来源。汽车在常规行驶的过程中,其发动机产生的HC主要是从气缸壁的周围产生的,汽车发动机在工作循环内排放气体中的HC的浓度值会出现两次峰值,这两次峰值一次是在排气门打开初期的排气时候,另外一次是在排气完成刚结束的时候。
HC属于挥发性有机化合物,容易在太阳光的照射下形成光化学烟雾,对动植物和人体产生直接危害。
(4)氮氧化物(NOx)
氮氧化物(NOx)是在内燃机气缸内生成的,是燃料高温燃烧过程中剩余的氧与氮化合形成的产物,其排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。氮氧化合物(NOx)中对污染贡献最大的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
NOx在强烈的紫外线照射下,会与活性较高的烯烃(CnH2n)和少数芳香烃(CnH2n-6)类化合物产生光化学烟雾现象,由此产生的大量臭氧(O3)、醛类(R-CHO)、硝酸类(HNO3)等污染物扩散到空气中,对人体尤其是眼部和呼吸道具有极强的刺激性,引发眼部红肿、呼吸困难、头痛、慢性呼吸道疾病恶化、老人和儿童心肺功能异常等不良症状。
(5)二氧化硫(SO2)
SO2的排放量主要取决于燃料的含硫量,由于柴油的含硫量高于汽油,所以柴油机比汽油机排放的SO2一般要多些。SO2目前是环境酸化的主要元凶,在一系列作用下能和水滴、粉尘形成酸雾,形成酸雨,不仅对环境产生极强的酸化侵蚀,而且SO2还会形成悬浮颗粒物由呼吸道进入肺部,导致呼吸困难,诱发慢性呼吸道疾病,严重的还会引起肺水肿等心肺疾病。
(6)颗粒物(PM)
机动车尾气中的固体颗粒物主要由于机动车燃料燃烧不完全生成碳烟以及油微粒。
由于碳烟的多孔隙性与吸附活性,能吸附空气中各种有害物质、病原微生物等致癌物进入人体,容易引起呼吸道疾病,阻塞人体皮肤的毛孔和汗腺,引发皮肤炎,或刺激眼部造成眼结膜炎甚至损伤角膜,对人体健康的危害极大。油微粒绝大多数是直径小于1μm的固态物质和液态物质,以气溶胶、烟雾、尘埃等存在空气中。
(7)含铅化合物(Pb)
机动车燃油排放的铅尤其是氧化铅(PbO)为有毒物质,且大部分颗粒直径为0.5µm或更小,可以通过呼吸系统进入人体,铅颗粒较大的会吸附在呼吸道粘液里,混在痰中吐出;铅颗粒较小的会沉积在肺的深部组织,在人体内积累到一定程度后,会对肺、心脏等造成损害,引发贫血、注意力不集中等疾病,严重时还会导致不育症或高血压。