В 1991 році викиди шкідливих речовин в атмосферу м. Києва складали 64,3 тис. тон від стаціонарних джерел і 172,2 тис. тон від пересувних засобів (переважно автомобілів), тобто майже 100 кг на кожного киянина в рік.

Загрозою безпеці людей є також дорожні аварії, за яких в світі щорічно гине понад 250 тис. чол. і ще 10 мільйонів травмуються.

1.2. Основні шкідливі речовини, що виділяються під час роботи двигунів автомобілів

Під час роботи автомобільних двигунів внутрішнього згоряння джерелами викидів шкідливих речовин є:

а) відпрацьовані гази;

б) картерні гази;

в) випаровування з системи живлення.

Серед цих джерел основним є відпрацьовані гази, які мають складний хімічний склад. У відпрацьовані гази входить більше 1000 різних шкідливих речовин, які чинять негативний вплив на людину і довкілля, 200 з них розпізнано. Основними є: оксид вуглецю (CO), вуглеводні (загальна формула СmHn), оксиди азоту (загальна формула NOx), альдегіди (загальна формула RCHO), сполуки сірки (основна – двооксид сірки SO2), тверді частинки (сажа – С), канцерогенні речовини, до яких належать складні ароматичні вуглеводні поліциклічної будови (основний елемент, якого найбільше, бенз(а)пірен – С20Н12), сполуки свинцю (РbО4).

В картерних газах і випаровуваннях містяться, в основному, вуглеводні.

Процентний розподіл між трьома джерелами шкідливих викидів характеризується такими даними: |

CO | СmHn | NOx

Відпрацьовані гази | 100 | 55 | 100

Картерні гази | - | 25 | -

Випаровування палива | - | 20 | -

Граничний вміст основних шкідливих речовин у відпрацьованих газах бензинових двигунів і дизелів наведено в таблиці 1.1.

Таблиця 1.

Граничний вміст основних шкідливих речовин у ВГ бензинових двигунів і дизелів

Назва речовин | Бензинові | Дизелі

Оксид вуглецю (CO), % | 10 | 0,3

Вуглеводні (СmHn), % | 2 | 0,5

Оксиди азоту (NOx), % | 0,6 | 0,2

Альдегіди (RCHO), % | 0,2 | 0,05

Двооксид сірки, мг/м3 | 0,003 | 0,015

Сажа, мг/м3 | 100 | 2000

Сполуки свинцю, мг/м3 | 60—

Канцерогени (бенз(а)пірен), мг/м3 | 25 | 10

1.2.1. Утворення основних шкідливих речовин та продуктів згоряння палива в атмосфері

До основних шкідливих речовин, які утворюються в атмосфері, відносяться речовини, що виникають в результаті термохімічних і фотохімічних реакцій. Основними з них є речовини, які виникають в результаті фотохімічних реакцій і складають фотохімічні тумани. Джерелом їх утворення, в основному, є відпрацьовані гази автомобілів. Утворюються ці речовини у атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання сонячної радіації.

Найважливішою первинною реакцією є реакція розкладання двооксиду азоту на оксид азоту і атомарний кисень, в результаті яких відбувається поглинання ультрафіолетового випромінювання сонячного спектру і реакція окислення оксиду вуглецю під впливом ультрафіолетового випромінювання.

NO2 > NO + О

CO + O2 > CO2 + O2

Атомарний кисень вступає в реакцію з молекулярним киснем, утворюючи озон.

О + O2 > O3

Окрім цих, під впливом ультрафіолетового випромінювання, мають місце такі реакції:

N + О2 > NO3 – нітрат

NO3 + O > NO2 + O3

SO2 + O3 > SO3 + O2

H2S + O3 > SO2 + H2O

CO + O3 > CO2 + O2

Реакція розкладання (дисоціації) NO2 спонукає протікання багатьох реакцій, зокрема появу вільних радикалів з вуглеводневих сполук. В цьому випадку NO2 є каталізатором для утворення вільних радикалів. Вільні радикали окислюючись утворюють альдегіди та інші речовини, які містять вуглець, а також аерозолі.

Озон спонукає реакції окислення вуглеводнів у атмосфері різних продуктів взаємодії:

Парафін + O3 >

Ацетилен + O3 >

Етилен + O3 >

Пропілен + O3 >

Олефін + O3 >

Окислення вуглеводнів і оксидів азоту приводить до виникнення пероксилацетнітратів (ПАН), пероксилбензолнітратів (ПБН) та ін. Основні з них:

ПАН

CH3 – C – O – O – NO2

| |

О

ПБН

C6H5 – C – O – O – NO2

| |

О

Таким чином основними складовими фотохімічних перетворень в атмосфері є оксиди азоту, озон, альдегіди, гідрати, речовини групи ПАН, карбонільні сполуки, аерозолі і т. ін.

1.2.2. Шкідливі речовини картерних газів та випаровування системи живлення

Крім відпрацьованих газів, джерелом забруднення навколишнього середовища при експлуатації бензинових двигунів є картерні гази та випаровування системи живлення, хоча їх кількість (за винятком вуглеводнів) відносно невелика. Відносно викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами, викиди з картерними за СО складають 2…8%, СmHn – 150…300%, NОх – до 2%. Випаровування бензину потрапляють в атмосферу з паливного бака, а для карбюраторних двигунів додатково з карбюратора.

Як показав аналіз повітря в дев'яти крупних містах СНД, склад вуглеводнів в повітрі ближчий до складу палива, ніж відпрацьованих газів, що свідчить про значну роль випаровувань і викидів з картерними газами в забрудненні атмосфери вуглеводнями.

Кількість шкідливих речовин, що викидаються з картерними газами дизеля менша, ніж у бензинового двигуна. Викиди NO складають 0,2%, CO – 0,3…0,5%, вуглеводнів – 0,1…3,0% від шкідливих викидів з відпрацьованими газами.

1.2.3. Вплив шкідливих речовин, які надходять у атмосферу під час роботи ДВЗ на людину і довкілля

Оксид вуглецю. Основний негативний вплив оксиду вуглецю на організм людини полягає у порушенні газового обміну в організмі. Гемоглобін крові в легенях у 240 разів швидше сполучається з оксидом вуглецю ніж з киснем, утворюючи карбоксигемоглобін (СОНb) і втрачає здатність переносити кисень від легенів до окремих органів і виносити з них вуглекислий газ. В якій мірі оксид вуглецю впливає на організм людини залежить від концентрації його в атмосфері і від тривалості дії. Вміст CO у повітрі 0,01% з тривалістю дії більше однієї години викликає головний біль, погіршення реакції та зменшення працездатності. Більші концентрації CO спричиняють тяжчі наслідки,