Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển.. Trong số nh[r]
(1)TÁC HẠI CỦA
CÁC CHẤT Ô NHIỄM
TRONG KHÍ XẢ
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1 Giới thiệu
Quá trình cháy lí tưởng hỗn hợp hydrocarbure với khơng khí sinh CO2,
H2O N2 Tuy nhiên, không đồng hỗn hợp cách lí tưởng
tính chất phức tạp tượng lí hóa diễn q trình cháy nên khí xả động đốt ln có chứa hàm lượng đáng kể chất độc hại oxyde nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung NOx), monoxyde carbon (CO), hydrocarbure chưa
cháy (HC) hạt rắn, đặc biệt bồ hóng Nồng độ chất nhiễm khí xả phụ thuộc vào loại động chế độ vận hành Ở động Diesel, nồng độ CO bé, chiếm tỉ lệ không đáng kể; nồng độ HC khoảng 20% nồng độ HC động xăng cịn nồng độ NOx hai loại động có giá trị tương đương Trái lại, bồ hóng chất
nhiễm quan trọng khí xả động Diesel, hàm lượng khơng đáng kể khí xả động xăng
Những tạp chất, đặc biệt lưu huỳnh, chất phụ gia nhiên liệu có ảnh hưởng đến thành phần chất ô nhiễm sản phẩm cháy Thông thường xăng thương mại có chứa khoảng 600ppm lưu huỳnh Thành phần lưu huỳnh lên đến 0,5% dầu Diesel Trong trình cháy, lưu huỳnh bị oxy hố thành SO2, sau phận SO2 bị oxy
hố tiếp thành SO3, chất kết hợp với
nước để tạo H2SO4 Mặt khác, để tăng
tính chống kích nổ nhiên liệu, người ta pha thêm Thétrắtyle chì Pb(C2H5)4 vào
xăng Sau cháy, hạt chì có đường kính cực bé theo khí xả, lơ lửng khơng khí trở thành chất nhiễm bầu khí quyển, khu vực thành phố có mật độ giao thơng cao
Một thơng số có tính tổng qt ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm động hệ số dư lượng khơng khí a Hình 1.1 trình bày cách định tính
Hình 1.1: Biến thiên nồng độ chất ô nhiễm theo hệ số dư lượng khơng khí
1
0,8 1,2
CO HC
NOx
(2)6
việc với hỗn hợp nghèo có mức độ phát sinh ô nhiễm thấp Tuy nhiên, hỗn hợp nghèo tốc độ cháy thấp, đơi lúc diễn tình trạng bỏ lửa ngun nhân làm gia tăng nồng độ HC
Nhiệt độ cực đại trình cháy nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến thành phần chất nhiễm ảnh hưởng mạnh đến động học phản ứng, đặc biệt phản ứng tạo NOx bồ hóng
Nói chung tất thông số kết cấu hay vận hành động có tác động đến thành phần hỗn hợp nhiệt độ cháy gây ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến hình thành chất nhiễm khí xả
Trong thực tế sống, hàm lượng chất độc hại khí xả động đốt bé nên người sử dụng quan tâm tới nguy hiểm trước mắt gây Tuy nhiên phân tích liệu thay đổi thành phần khơng khí năm gần (bảng 1.1) cho thấy gia tăng đáng ngại chất ô nhiễm Nếu khơng có biện pháp hạn chế gia tăng cách kịp thời, hệ tương lai phải đương đầu với môi trường sống khắc nghiệt
Bảo vệ môi trường yêu cầu nước, khu vực mà có ý nghĩa phạm vi toàn cầu Tùy theo điều kiện quốc gia, luật lệ tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường áp dụng thời điểm với mức độ khắt khe khác
Ô nhiễm môi trường động phát nhà khoa học quan tâm từ đầu kỉ 20 bắt đầu thành luật số nước vào năm 50 Ở nước ta, luật bảo vệ mơi trường có hiệu lực từ ngày 10-1-1994 Chính phủ ban hành Nghị định số 175/CP ngày 18-10-1994 để hướng dẫn việc thi hành Luật bảo vệ môi trường
1.2.Ơ nhiễm khơng khí gì?
Chúng ta tham khảo định nghĩa sau Cộng đồng Châu Âu đưa vào năm 1967: "Khơng khí gọi nhiễm thành phần bị thay đổi hay có diện chất lạ gây tác hại mà khoa học chứng minh hay gây sự
khó chịu người". Theo định nghĩa thì:
- Các chất gây nhiễm gây nguy hại đến tự nhiên người mà khoa học thời điểm nhận biết hay đơn gây khó chịu chẳng hạn mùi hôi, màu sắc
(3)Đến nay, người ta xác định chất nhiễm khơng khí mà phần lớn chất có mặt khí xả động đốt Bảng 1.1 cho thấy gia tăng nồng độ cách đáng ngại số chất nhiễm bầu khí quyển:
Bảng 1.1 : Sự gia tăng chất nhiễm khí
Chất ô nhiễm
Thời kì tiền công nghiệp
(ppm)
Hiện (ppm)
Tốc độ tăng (%/năm)
CO2 270 340 0,4
N2O 0,28 0,30 0,25
CO 0,05 0,13
SO2 0,001 0,002
Tùy theo sách lượng nước, phân bố tỉ lệ phát sinh ô nhiễm nguồn khác khơng địng Bảng 1.2 1.3 giới thiệu tỉ lệ phát thải CO, HC NOx Nhật Mĩ
Bảng 1.2: Tỉ lệ phát thải chất ô nhiễm Nhật (tính theo %)
Nguồn phát nhiễm CO HC NOx
Ơ tơ 93,0 57,3 39
Sản xuất điện 0,1 0,1 21,5
Quá trình cháy công nghiệp
0,0 26,4 31,3
Các trình cháy khác
6,3 0,7 0,8
Cơng nghiệp dầu mỏ - 14,8 5,1
Các hoạt động khác 0,6 0,7 2,6
Tổng cộng 100 100 100
Bảng 1.3: Tỉ lệ phát thải chất nhiễm Mĩ (tính theo %)
Nguồn phát nhiễm CO HC NOx
Ơ tơ 64,7 45,7 36,6
Các phương tiện giao thông khác
9,0 7,2 10,5
(4)8
Công nghiệp dầu mỏ 5,2 5,3 1,7
Các hoạt động khác 12,0 25,0 8,4
Tổng cộng 100 100 100
1.3.Tác hại của chất ô nhiễm khí xảđộng cơ 1.3.1 Đối với sức khỏe người
- CO : Monoxyde carbon sản phẩm khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, sinh xy hố khơng hồn tồn carbon nhiên liệu điều kiện thiếu oxygène
CO ngăn cản dịch chuyển hồng cầu máu làm cho phận thể bị thiếu oxygène Nạn nhân bị tử vong 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO khơng khí lớn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO gây nguy hiểm lâu dài người: 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn tỉ số lên đến 50%, não người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh
- NOx: NOx họ oxyde nitơ, NO chiếm đại phận NOx hình
thành N2 tác dụng với O2 điều kiện nhiệt độ cao (vượt 1100°C) Monoxyde nitơ
(x=1) không nguy hiểm mấy, sở để tạo dioxyde nitơ (x=2) NO2 chất
khí màu hồng, có mùi, khứu giác phát nồng độ khơng khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 chất khó hịa tan, theo đường hô hấp sâu
vào phổi gây viêm làm hủy hoại tế bào quan hô hấp Nạn nhân bị ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O chất sở tạo ozone hạ tầng khí
- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt khí thải q trình cháy khơng hoàn toàn hỗn hợp giàu, tượng cháy khơng bình thường Chúng gây tác hại đến sức khỏe người chủ yếu hydrocarbure thơm Từ lâu người ta xác định vai trò benzen bệnh ung thư máu (leucémie) nồng độ lớn 40ppm gây rối loạn hệ thần kinh nồng độ lớn 1g/m3, đơi ngun nhân gây bệnh gan
- SO2: Oxyde lưu huỳnh chất háu nước, dễ hịa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 muối amonium theo đường hô hấp vào sâu
phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả đề kháng thể làm tăng cường độ tác hại
của chất ô nhiễm khác nạn nhân
(5)9
nguyên nhân gây bệnh ung thư hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ bề mặt chúng qua trình hình thành
- Chì: Chì có mặt khí xả Thétrắtyl chì Pb(C2H5)4 pha vào xăng để
tăng tính chống kích nổ nhiên liệu Sự pha trộn chất phụ gia vào xăng đề tài bàn cãi giới khoa học Chì khí xả động tồn dạng hạt có đường kính cực bé nên dễ xâm nhập vào thể qua da theo đường hô hấp Khi vào thể, khoảng từ 30 đến 40% lượng chì vào máu Sự hiện chì gây xáo trộn trao đổi ion não, gây trở ngại cho tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, đặc biệt nữa, tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Chì bắt đầu gây nguy hiểm người nồng độ máu vượt 200 đến 250mg/lít
1.3.2 Đối với mơi trường Thay đổi nhiệt độ khí
Sự diện chất ô nhiễm, đặc biệt chất khí gây hiệu ứng nhà kính, khơng khí trước hết ảnh hưởng đến q trình cân nhiệt bầu khí Trong số chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2 thành phần sản phẩm cháy nhiên liệu có chứa thành
phần carbon Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí diện chất khí gây hiệu ứng nhà kính giải thích sau:
Quả đất nhận lượng từ mặt trời xạ lại không gian phần nhiệt lượng mà nhận Phổ xạ nhiệt mặt trời vỏ trái đất trình bày hình 1.4 hình 1.5 Bức xạ mặt trời đạt cực đại vùng ánh sáng thấy (có bước sóng khoảng 0,4-0,73mm) cịn xạ cực đại vỏ trái đất nằm vùng hồng ngoại (7-15mm)
Các chất khí khác có dải hấp thụ xạ khác Do đó, thành phần chất khí có mặt khí có ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt mặt trời, đất khơng gian Carbonic chất khí có dải hấp thụ xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, xem suốt xạ mặt trời chất hấp thụ quan trọng tia xạ hồng ngoại từ mặt đất Một phần nhiệt lượng lớp khí CO2
giữ lại xạ ngược lại trái đất (hình 1.6) làm nóng thêm bầu khí theo hiệu ứng nhà kính (Serre)
Vùng thấy
0oC
30oC
(6)10
Hình 1.4: Phổ xạ từ mặt trời Hình 1.5: Phổ xạ từ mặt đất
Hình 1.6: Hiệu ứng nhà kính
Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic bầu khí nay, người ta dự đoán vào khoảng kỉ 22, nồng độ khí carbonic tăng lên gấp đơi Khi đó, theo dự tính nhà khoa học, xảy thay đổi quan trọng cân nhiệt đất:
- Nhiệt độ bầu khí tăng lên từ đến 3°C
- Một phần băng vùng Bắc cực Nam cực tan làm tăng chiều cao mực nước biển
- Làm thay đổi chế độ mưa gió sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất 2 Ảnh hưởng đến sinh thái
Sự gia tăng NOx, đặc biệt protoxyde nitơ N2O có nguy làm gia tăng
hủy hoại lớp ozone thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da gây đột biến sinh học, đặc biệt đột biến sinh vi trùng có khả làm lây lan bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sống sinh vật trái đất giống điều kiện Sao Hỏa
Mặt khác, chất khí có tính acide SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric,
acide nitric hòa tan mưa, tuyết, sương mù làm hủy hoại thảm thực vật mặt đất (mưa acide) gây ăn mòn cỏc cụng trỡnh kim loi
Bc xồ mƠt trâi Bức xạ mặt đất Bức xạ mặt trời Bức xạ mặt đất
(7)