耿永生
(高碑店市环境保护局，河北高碑店050000)
摘 要：概述了汽车尾气的危害和污染现状，综述了汽车尾气的控制技术及处理新技术，介绍了汽车将适应的排放标准要求。
关键词：汽车尾气；危害；控制技术
中图分类号:X51 文献标识码:A 文章编号:1673-9655(2010)06-0062-08
在现代文明的今天，汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具。自从1886年第一辆汽车诞生以来，它给人们的生活和工作带来了极大的便利，并逐渐发展成为近现代物质文明的支柱之一，车与人类的生活越来越分不开。但是，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染：汽车尾气危害人体的健康，腐蚀城市建筑，破坏城市景观，对人类生存环境造成了严重影响。
伴随汽车工业的快速发展，我国机动车保有量也日益增加，汽车尾气排放已渐渐成为空气的主要污染源。特别是经济发达、人口集中、高楼密集、空气流动性差的大中城市，近年来已经遭受或正在遭受着汽车尾气污染。如果不加以控制，必将会使人居环境严重恶化，对人身心健康构成极大威胁。
1 汽车尾气概述
1 1 汽车排放污染物及其危害
尾气污染主要是指柴油、汽油等机动车燃料因含有添加剂和杂质，在不完全燃烧时，所排出的一些有害物质对环境及人体的污染和破坏[3]。汽车发动机排放的尾气中有一部分毒性物质在燃料不完全燃烧或燃气温度较低时产生较多。尤其是在次序起动、喷油器喷雾不良、超负荷工作运行时，燃油不能很好地与氧化合燃烧。另一部分有毒物质，是由于燃烧室内的高温、高压而形成的。
汽车排放的尾气中含有上千种化学物质，除空气中的氮、氧和水蒸汽为无害成份外，其余均为有害成份。这些有害物质可分为气体和颗粒物两大类。
气体包括：一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、硫氧化合物、挥发性有机物和臭氧等。
颗粒物包括：碳黑、焦油和重金属等。
1 1 1一氧化碳
汽车发动机若进气不足或燃油喷射时间过长，使得气缸内燃油不能完全燃烧，则汽车尾气中将产生C O。CO与血液中的血红蛋白结合的速度比O2快250倍。C O经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合
后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，导致人体缺氧，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，引起头晕、头痛、呕吐等中毒症状[1]。重者危害血液循环系统，导致生命危险。即使是微量吸入C O，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。交通高峰时段常常出现CO的污染峰值，汽车内浓度有时比车外更高。
1 1
2 氮氧化合物
氮氧化合物主要是指一氧化氮和二氧化氮，它是发动机大负荷工作时，在燃烧室高温富氧的环境中产生的一种褐且有臭味的气体。氮氧化合物吸入肺部后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生强烈的刺激和伤害，以致引起肺部病变。当空气中氮氧化合物含量达10~20ppm时，可刺激鼻粘膜、咽喂、气管、眼角膜等，引起呼吸道干涩不适，流泪及红眼病等病症；当氮氧化合物超过500pp m时，几分钟内就可使人出现肺气肿而死亡[1]。在二氧化氮浓度为9 4m g/m3的空气中暴露10m i n，即可造成人的呼吸系统功能失调。此外，氮氧化物还会导致酸雨和光化学烟雾污染，在水系中的沉降会造成富营养化。
1 1 3 碳氢化合物
是不完全燃烧的排放物，包括未燃和未完全燃
环境科学导刊 2010,29(6):62-69CN53-1205/X ISSN1673-9655
收稿日期:2010-07-22
烧的燃油和机油蒸汽，气态时是VOC s，固态则为颗粒物。单独的碳氢化合物只有在浓度相当高的情况下，才对人体产生伤害，一般影响不大。但碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫外线照射下发生化学反应，形成光化学烟雾。当光化学烟雾中的化学氧化剂超过一定浓度时，即对人体产生较强刺激性，人体吸入后可明显感觉到呼吸系统不适，引起急性喘息症[1]。
1 1 4 硫氧化合物
主要是指SO2，它是形成酸雨的主要成分，严重污染河流、湖泊等水系，殃及野生动植物的生存安全，破坏生态系统的自然酸碱平衡，并严重腐蚀建筑物。对人类会造成气管壁绷紧，使呼吸道疾病加重，患有心肺疾病和哮喘病的人尤其敏感。汽车尾气中SO2主要来源于柴油车的排放。
1 1 5 挥发性有机物
包括多环芳烃(PAH)、苯系物、烯烃等，是光化学烟雾形成的前体物。苯已被证明是致癌物质,WHO认为即使微量的苯，对人体健康也是有害的。除尾气排放外，汽车燃油箱和加油过程中也会排放挥发性有机物。
1 1 6 臭氧
光化学烟雾主要的生成物是臭氧，具有强氧化性，可使空气能见度降低，橡胶制品开裂损坏，植物受害。臭氧刺激呼吸系统的黏膜，导致咳嗽、呼吸困难，削弱肺功能，对室外锻炼的人特别有害。臭氧还引起一些常见症状，如头疼、眼鼻喉刺痒、深呼吸时胸部不适等。臭氧会增加人对过敏源如花粉的敏感性，也降低人体对细菌和病毒的抵抗力，如易引起感冒、肺炎等[4]。
1 1 7 铅
铅是有毒的重金属元素，为了改善燃油的抗爆性，人们在汽油中添加含铅物质四乙基铅或甲基铅，导致汽车尾气排放时产生含铅化合物。城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。铅化合物以颗粒状排入大气中，是污染大气的有害物质。人体长期吸入含铅颗粒浓度较高的空气后，铅会逐渐在体内积累。当达到一定程度时，铅阻碍血液中红血球的生长，致使人体正常造血功能降低，血液、心肺器官等发生病变。而铅对脑细胞和中枢神经的损害更是不可逆转的，铅侵入人体大脑时会引起头疼、精神恍惚，严重时甚至会出现昏迷、惊厥等铅中毒症状。由于铅尘比重大，通常积聚在1m左右高度的空气中，因此对儿童的威胁最大，直接影响儿童的智力发育。
1 1 8 炭烟微粒
是指柴油发动机燃烧不完全所排出的黑烟雾状的炭烟颗粒。炭烟微粒能影响大气、道路的能见度，并含有少量带有特殊臭味的乙醛，吸入后使人感到恶心和头晕。微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道也有较大伤害。固体悬浮颗粒的成分很复杂，并具有较强的吸附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到临界浓度时，便会激发形成恶性肿瘤。此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎，甚至造成角膜损伤。
1 2 汽车尾气污染现状
目前，全世界的汽车保有量已超过6亿辆，预计到2010年，全球汽车数量将增到10亿辆。2007年上半年中国机动车保有量达1 5亿辆，并以每天上万辆的速度递增。
北京大学环境科学与工程学院教授朱彤研究发现，城市道路中心85%的一氧化碳、75%的二氧化氮和50%的碳氢化合物都来自机动车尾气，而它们正是城市大气污染的罪魁祸首。北京的机动车保有量目前已达到310万辆，每天还在以1000辆至1200辆的速度增长，汽车尾气排放给北京的环境带来很大压力。广州市空气污染来源中机动车尾气占22%，工业污染源占20 4%，建筑工地扬尘占19 2%，汽车尾气被市民评为 最不可忍受的污染物 。位列我国第一批环保模范城市的深圳市，大气污染中机动车尾气
污染已占70%，每年排放的各种有害物质达20多万,t并且还在以每年超20%的速度上升[3]。研究表明，汽车尾气的排放主要在0 3~2m，正好是人体的呼吸范围，对人体健康损害非常严重，而一辆轿车一年排出的有害废气是自身重量的3倍。
不久前联合国专业机构发布的一份亚洲城市空气污染报告指出: 汽车加剧亚洲城市空气污染，每年导致约60万人死亡 。这一触目惊心的数字已引起世界各国的共同关注。据法国一份题为 城市大气污染带来的健康冲击 的报告指出：在法国，每年有9000多人被大气污染夺取生命，其中汽车尾气是各种污染源中的 第一杀手 。有关专家经过8个月的调查后发现，在法国30岁以上
汽车尾气污染及其控制技术 耿永生
的人中，有6%到11%的肺癌死亡病例是由排放到大气中的污染颗粒造成的；另外还有7%左右因心脏和呼吸系统疾病死亡的案例与城市污染直接相关。
继1943年洛杉矶发生世界上最早的光化学烟雾事件后，在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现了这种烟雾。我国虽然只在少数城市发现过光化学烟雾，但随着城市汽车数量的急剧增加，我国很多城市也都存在着潜在的威胁。据有关部门初步测算，去年深圳机动车共排放碳氢化合物约2 3万,t一氧化碳17万,t氮氧化物4 5万,t 而排放总量以10%左右的速度增加。由于深圳北部受山脉阻隔，遇到夏秋静风、光照强烈的天气，如不采取切实有效的措施加以控制，很有可能出现 光化学烟雾 污染事
件[2]。
多项研究表明：城市机动车尾气污染已上升为主要的大气污染，过去以二氧化硫为主煤烟型污染正转变为以一氧化碳、氮氧化物为主的机动车尾气污染和以二氧化硫为主的煤烟型污染并重的格局。汽车尾气造成的污染已严重威胁着人类赖以生存的自然环境。
2 汽车尾气的控制技术
国外已采取各种措施来减少汽车尾气污染，如积极改革燃料和改进燃烧结构，研究高效的尾气处理装置，试制无公害汽车等。我国正在大力发展交通运输工业，汽车尾气污染问题已引起了人们的足够重视，因此应及早开展控制污染的各项科学技术研究和改进措施。
由于汽车运行严重的分散性和流动性，给净化处理技术带来一定的限制。除了开发在机内净化技术外，还要大力开发机外净化处理技术。这应从两个方面入手：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采取开发新型发动机；二是行政管理手段，报废更新，淘汰旧车，开发新型的汽车，从控制燃料使用标准入手。
2 1 汽车燃油的改用
严格执行国家技术标准，控制燃油质量。车用燃料对车辆排放有很大影响，故要有计划地改善燃油品
质，包括取消低辛烷值汽油，提高汽油辛烷值，引进使用汽油发动机清洁剂，大力推广乙醇汽油等。
(1)节约能源，有利环境，大力推广车用乙醇汽油。
根据有关专家指出，开发乙醇代替汽油，是一项有利于保护环境和资源的新课题。因乙醇是一种以小麦、玉米等原料生产的变性燃料乙醇和汽油以一定的比例混合而成的汽车燃料，它与纯汽油比较，汽车尾气中一氧化碳量可降低1/3左右，碳氢化合物降低13 4%。此计划推广使用，将对改善城市大气污染，保障人民健康起到重要作用。
汽车油箱结构美国已开始推行低硫汽油，同时有关汽油的排放气体毒物控制程序也已启动，到2010年，乙醇用量可望增加到1288~1373万t/a。欧洲议会已发布指令，目标是到2010年，运输燃料消费量的5 75%来自生物燃料。乙醇在市场上将起越来越大的作用。欧洲的乙醇用量可望提高到107~150万t/a。中国的乙醇汽油产业虽然起步较晚，但推进速度却很可观。2001年4月，国家发改委宣布在全国推广使用乙醇汽油，并将河南、黑龙江、辽宁、吉林列为试点省份。仅过了一年，安徽、湖北、山东、河北和江苏也加入推广的行列。至此，推广乙醇汽油的范围已经扩大到全国九省，成为中国推进可替代能源发展的战略手段之一[11]。
(2)采用无铅汽油，以代替有铅汽油，可减少汽油尾气毒性物质的排放量。
首先应抓汽车油的改用。铅的污染程度与交通密度(每小时通过的车辆数)以及汽油中铅的含量有密切关系。以无铅汽油代替四乙基铅汽油。这种汽油是用甲醛树丁醚作渗合剂，它不仅无铅，而且汽车尾气排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物均会减少。
(3)选用恰当的润滑添加剂 机械摩擦改进剂。
在机油中添加一定量(比例为3%~5%)石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂，加入到引擎的机油箱中，可节约发动机燃油5%左右。此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧完全。尾气排放中,CO和碳氢含量随之下降，可减轻对大气环境的污染。
(4)掺入添加剂，改变燃料成分。
汽油中掺入15%以下的甲醇燃料，或者采用含10%水分的水-汽油燃料，都能在一定程度上减少或者消除CO、NOx、HC和铅尘的污染效果。
2 2 发动机内部净化处理措施
(1)燃烧室系统的优化。燃烧室形状的设计原则是面容比要小，即尽可能紧凑。紧凑的燃烧室可使燃烧时间缩短，实现快速燃烧。
环境科学导刊 第29卷 第6期 2010年12月
(2)推迟点火提前角，提高点火能量。点火提前角对发动机的动力性、经济性、排放特性和噪声有重要影响，推迟点火提前角是一种简单易行也最普遍应用的排放控制技术。提高点火能量可以提高着火的可靠性，扩大混合气着火界限。为此，无触点的高能电子点火系统得到了广泛的应用。
(3)改善喷油器的质量，控制燃烧条件(燃比、燃烧温度、燃烧时间)，可使燃料燃烧完全，从而可减少CO和碳氢化合物及煤烟。调整喷油泵的供油量，可降低发动机的功率，使雾化的燃料有足够的氧气进行完全燃烧，从而也可以减少CO和HC及煤烟的生成。
(4)废气再循环。废气再循环仅对降低NOx 有效,NOx是燃油在高温燃烧中的生成物，废气再循环就是根据发动机的不同工况，将废气中的一部分(3%~15%)引入燃烧室，用以降低气缸的燃烧和温度速度，发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接，使排出的气体经过再次循环，以降低氮氧化物的排放量。
(5)改善现有的汽车动力装置系统和燃油供给系统。采用设计优良的发动机，提高燃油使用效率等都能使汽车尾气污染减少。研究发现，采用发动机控制单元ECU(Eng i n e Con tro lUn it)控制进入发动机中的气体比例，可以显著改善尾气排放并减少燃油消耗。ECU是一个微型计算机，内有集成电路以及其它精密的电子组件，作用相当于一个 中枢神经 ，里面储存了大量对应不同天气环境与发动机工作状况下理想的燃油供应值和点火正时值组合。 中枢神经 通过对来自众多传感器的进气管空气流量、温度
、节气门的开启角度、曲轴转速等数据进行汇集、分析和计算，在千分之几秒内调整油量来配合实时的环境和工作状况，再在形成理想比例的混合气进入气缸后发出点火指令，保证气缸内的燃料完全燃烧，减少了废气排放物和燃油消耗。
电子控制燃油喷射系统(简称电喷)取代了进气管道中的化油器，也就是取消了节流用的喉管，减少了进气阻力，从而改善发动机的充气状况。同时，利用传感器检测发动机的各种状态，经微机的判断计算，向进气道或是进气门口处定时定量喷射燃料的方法供油，解决了燃料雾化和混合气在进气管中的分配等问题，并能按发动机不同的工作状况，较为精确地供给发动机最佳比例的混合气。在闭环控制系统中采用氧传感器反馈控制，可使空燃比的控制进一步提高，在汽车运行的各种条件下均可得到适当的修正，使发动机在各种工况均能得到最佳的空燃比。目前大多数发动机采用的多点喷射方法更可将最佳空燃比的混合气平均分配给各个汽缸，大大改善发动机的动力性、经济性和排放性能，使发动机功率提高5%~10%，功耗降低5%~15%，排放污染大大降低，从而使汽油燃烧更充分，让三元催化净化器在其最佳工作范围内工作[10]。
2 3 发动机外部尾气净化措施
采用一些先进的机外净化技术对汽车产生的尾气进行净化以减少污染，这也是目前广泛采用的、大量适用于在用车和新车的净化技术。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。即汽车尾气由原有毒气体，变成为无毒气体，再排放到大气中。从而可减少对大气环境的污染。
(1)物理方法一般都是和化学方法相结合使用的，主要是优化净化装置的结构、增加表面积、增加耐热稳定性，但单独使用物理方法很难净化具有复杂化学成份的汽车尾气。例如水洗，通过水箱使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气的淋浴，可直对粘在碳粒上的有毒物质，使碳粒子胀大而给予去除。
(2)化学方法主要是催化法和贮存法。贮存法是通过化学手段把有害物质保存起来。催化法采用的催化剂有氧化锰-氧化铜；氧化铬-氧化镍-氧化铜等金属氧化物和白金属(铂)等贵金属。它们都可以净化CO、H C。催化反应器设置在排气系统中排气歧管与消音器之间。
催化法得到了人们广泛的关注和发展，美国、日本等发达国家近20a的实践已证明，使用催化转化器是达到严格限量标准的机外净化的最好途径。其原理与香烟滤嘴颇为相似，但更复杂。这类装置外形为蜂窝结构的圆筒，筒内有许多规则和不规则的细孔。在电子显微镜下看圆筒的横截面，就像微型 煤饼 ，在这些横截面上涂上特殊工艺调配的催化剂，当汽车发动机里的有害气体经过这些小孔时，便能与催化剂发生氧化和还原反应，变成无害的水汽、二氧化碳和氮气[7]。
由于汽车发动机处于工作状态时空燃比并不是恒定的，因此汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物类和
氮氧化物3种污染物的含量将随着时间发生波动。催化剂要想达到预计的效果就需要汽车尾气中
汽车尾气污染及其控制技术 耿永生
的一氧化碳、碳氢化合物类和氮氧化物3种污染物以及氧的含量处于等当点时(即氮氧化物还原成氮气时能够提供的氧与汽车尾气中的氧量之和恰好与一氧化碳和碳氢化合物类发生氧化时所需要的氧量相等)，一氧化碳、碳氢化合物类和氮氧化物3种污染物才可能被催化剂同时消除。三效催化剂就是一种近期出现的高效的催化剂，它是一种能够使汽车尾气中的一氧化碳和碳氢化合物类进行催化氧化生成二氧化碳和水，使氮氧化物进行催化还原生成氮气的一种催化剂。
2 4 大力发展无污染的动力能源车
控制汽车尾气污染最根本和最终的途径是改变汽车的动力。开发并采用多种燃料的新型汽车，如开发电动汽车及代用燃料汽车，是今后汽车的发展方向。此途径使汽车根本不产生或只产生很少的污染气体。目前所研究的替代燃料主要有天然气、含氧化合物、氢能及电能。从技术、工艺、结构、原理上设计和改进车辆发动机的充分燃烧状况，使出厂车辆尾气排放达标。
以氢为燃料的电池电动车、太阳能汽车、电动汽车、复式汽车、液化气汽车、甲醇汽车等，它们是低公害、前途最佳的新型汽车。同时，目前也还可改装汽油发动机的汽车为柴油发动机汽车。虽然柴油
发动机燃料费用高，但CO生成量少。如果对NOx、粉尘排放量作相对的限制的话，那么柴油发动机汽车也是未来最佳汽车[5]。城市应大力发展无污染有轨和无轨电车、太阳能汽车、高能蓄电池电动汽车以及无污染的高效化学能源车。
在混合动力和代用燃料研究方面，发达国家(如日本、美国)投入了大量人力、财力，现在日本已经推出了第二代油电混合汽车，百公里耗油已经降到3L的水平，大大降低了尾气排放量和使用成本。欧洲国家对电动汽车的研究起步比较早，在欧洲，已经出现以燃料电池为动力的电力汽车，它只产生水和二氧化碳，完全不产生废弃污染。但是电动汽车还面临诸多问题，远没有达到实用水平[7]。由我国东风电动车辆股份有限公司研发的东风混合动力公交车，目前已完成最终产品的定型样车试验并通过验收，这将成为中国第一代混合动力汽车。
2 5 加强行政管理，配套法规和标准，严格执法和健全法制
(1)严格执行国家质量技术标准，控制燃油标准。
按国家规定，不合格质量的燃油不能使用，市场上不准出售低劣的燃油。然而汽车不准使用含铅汽油这一禁令虽已下，但难以奏效。主要原因是广大市民对这一政策了解不足，且含铅的70号和不含铅的90号及90号以上汽油，每吨差价比较大。另外，个别城市周边的地区还没有实行含铅汽油的禁令。市场调查结果显示，含铅汽油库存数量还比较大，加上车辆运输的流动性大，使得禁令难以实施。因此，
对 禁令 的宣传力度和推行力度应大大加强。
(2)管制正在运行的机动车辆。
对正在运行的机动车辆，规定必须安装尾气净化装置，城市车管部门检测验证、发证后才能行驶。道路监控是改善汽车污染排放的有效方法之一。通过对路面行驶车辆的监控，筛选出超标车辆，督促超标车主对车辆进行维修治理，使车辆尾气排放达标，从而起到控制汽车污染排放的目的。
对此，世界各国先后采取了不少技术措施和组织措施，如新加坡对进入城市的汽车设卡监测检查尾气装置，达标后才放行。为了避免尾气排放不达标的新增汽车进入城市，城市环保局应与公安局联合执法，定期对汽车销售市场出售的汽车进行抽检，杜绝尾气排放超标的汽车销售，将尾气污染消除在萌芽状态。
(3)发展公共交通，控制私人汽车拥有量。
为了保护城市环境，私人汽车的拥有率必须控制在适度的水平，世界上许多国家或城市采取控制汽车价格，征收高额汽车购买和财产税，限制私人汽车的拥有量。此外，按照 污染者付费 的原则，汽车使用者应当支付汽车排污的社会成本[6]。
开辟地铁，施行电力牵引行驶。尤其在大城市人口稠密的地区，开辟地下通道，同时可解决乘车难问
题以及减少大气环境污染。今后现代化的城镇建设，还应考虑自身的循环、多功能的结构形式。合理设计城市居民的日常生活完全以步代车，汽车只用在城外。城内的风能、太阳能、循环水等的高效利用也能使人们在很大程度上摆脱污染和不可再生资源的浪费。
(4)实行车辆分流行驶。
城市人口稠密区域，交通密度高，汽车尾气的排放在某一时间又比较集中，故会引起该地区域在某一时间内，大气污染的程度会急剧增加，危害人类健康。可采取汽车分流行驶，既可解决交通堵塞、乘车难，还可使该局部区域大气环境污染程度
环境科学导刊 第29卷 第6期 2010年12月
发布评论