浅谈汽车尾气与城市空气污染.doc

环境工程概论课程论文
浅谈汽车尾气与城市空气污染

摘 要：本文就汽车尾气对大气造成污染的原因、污染现状及危害进行了分析，并从政策层面到技术层面为控制汽车尾气提出了切实可行的防治措施。
关键词：汽车尾气；大气污染；现状危害；防治措施

Abstract: This paper automobile exhaust air pollution caused by the pollution situation of the reasons, and the damage was analyzed, and the technical level to level from policy for the control car exhaust, and puts forward practical measures for the prevention and cure.
Key words: The automobile exhaust; Air pollution; Present situation harm; Prevention and control measures

前言
交通污染包括废气排放、噪声和振动三方面。相对而言，废气排放问题比较突出。就世界范围来说，很多发达国家的空气污染主要是交通尾气污染。我国也不例外，因为我国有着庞大的交通网络和几千万辆机动车。随着城区污染企业的向外搬迁，城市大气污染源越来越少，种类日趋单一，但由于机动车保有量的迅速增加，使得机动车排气污染在城市环境空气中的分担率不断提升，成为主要大气污染源之一。据有关部门数字统计，2009年第一季度全国机动车保有量为1.7亿多辆，平均日增3.2万辆。而另据国务院发展研究中心估计，中国汽车产业将会保持20~30年的快速增长，2020年将高达13103万辆。据报道，大气污染物中，60%~70%是车辆的排放物。因此，本文仅就交通对大气污染中最突出的汽车尾气排放污染进行讨论，以期引起人们的重视。因此，机动车辆是城市空气质量恶化的根本原因，空气污染是我国目前最需迫切解决的环境问题之一。
1 污染成因
有害物质及非大气组分的物质进入大气称为大气污染。大气污染物可分为颗粒物和气态物，其中气态物占90%。由交通机动车营运引起的大气污染主要是气态污染物，其主要成分为：CO、NOx、SO2、碳氢化合物等。机动车的尾气排放是通过车辆在不同交通设施、技术条件及工况下运行而实现的。具体来说，包括以下几个方面：
1.1 尾气产生机理
CO、碳氢化合物是烃燃料燃烧的中间产物，主要是在局部缺氧或低温条件下，由于烃不完全燃烧而产生；NOx是火花塞点火时瞬间高温高压下空气中的N2、O2反应产物；PbO是Pb(C2H5)4作为抗爆剂加进汽油中经燃烧后生成的，混在内燃机废气中排出。
1.2 车辆增多、流量上升加剧大气污染
汽车社会是工业社会发展到一定阶段，特别是随着轿车大规模进入家庭后出现的一种社会现象。国际上通常认为，一个地区进入/汽车社会的重要标志是每百户居民拥有汽车数量达到20辆左右。目前我国已有北京、深圳、东莞、广州等发达城市达到或接近这一标准。根据世界银行的研究，国民收入每增加1%，机动车拥有量就增加1.02%~1.95%，人均国民收入达到1000~2000美元时，小汽车拥有量增长进入高峰期。目前，我国的人均GDP已超过1000美元，正在向中等收入国家过渡，可以预计，未来5~10年内，我国将有更多的城市进入/汽车社会。由于各种机动车辆的大量增加，交通流量、道路扬尘密度、尾气排放量随之剧增，故大气污染上升。
1.3 道路结构制约、车速过低超标排放加剧大气污染
我国机动车保有量急剧增加，目前的道路设计、交通路网规划不合理、交通管理体系较落后，交叉口畸形、错位，T型交叉口多，旧城道路空间狭窄，人、车、路矛盾突出，上、下班时，城区时常出现交通拥堵。大多数机动车在城区行驶时处于低速、怠速的状态，这种状态下的车辆污染物排放量比正常行驶的车辆增大许多。一般来说，车辆低速运行时，无论烟度，还是CO和碳氢化合物都比高速运行时的污染物增大50%~70%，尤其当车速小于40 km/h时更加严重。
1.4 车辆尾气排放标准低、排放高加剧大气污染
据介绍，美国和日本在20世纪60年代中期开始控制新车排放，70年代中期开始推广无铅汽油，东欧在1996年开始执行02标准，泰国、俄罗斯、匈牙利等国也在1999年执行了02标准。而我国的汽车尾气排放标准低，目前执行的还是01标准。车辆污染控制水平仅相当于国外20世纪70年代的水平。汽车污染物排放比国际水平高10多倍。从当前情况来看，我国汽车不但排放技术水平低、排放标准低，而且大部分车没安装整机外尾气净化装置，致使大气污染日趋严重。
1.5 燃油品质差、油耗高、排放高加剧大气污染
我国车用燃油标准严重滞后于排放标准。目前，我国车用燃油的含硫量比发达国家的高出3~10倍。车用燃油制约着机动车排放控制水平的提高。如2007年我国机动车“国Ⅲ”排放标准已经在全国推行。到2010年底，许多省市依然无法全面推广“国Ⅲ”油品。而欧洲在推行“欧Ⅲ”、“欧Ⅳ”排放标准时，已经配套了相应全球燃油宪章中的第三类油品，保证了车辆排气净化装置和发动机不易失效、受损，污染物排放符合要求。
我国机动车燃油存在标号偏低，质量不稳，含硫量高等问题。另外，由于消费者出于对汽油价格差的考虑，很多车辆仍在使用不合压缩比标号的汽油，据了解使用90号汽油以上的汽车还不到汽车总量的50%。低压缩比降低了燃油效率，造成油品燃烧不充分而积炭增多，机械磨损严重，尾气排放恶化，大气污染加剧。
1.6 车辆质量差、造成高排放加剧大气污染
机动车尾气排放与其发动机、喷油器、气阀、活塞、正时皮带、曲轴等部件的质量和精度有关。如喷油器喷射质量不良，排气管排出的尾气量大且为黑烟；活塞精度不高，易造成气缸密封性差，气缸的压力达不到正常压力的80%，排气管排出的黑烟浓并伴有蓝烟，等等。此外，供油开始时间过迟，气门开启的高度降低、喷油泵调试不当等都会造成机动车尾气的大量排放。当今我国汽车制造业虽然采用了提高压缩比、多气门和可变配气系统、增压、空燃比传感器/氧传感器、进气道汽油喷射、气缸内汽油直接喷射、稀混合气分层燃烧、EGR等技术，并配合三效催化剂等排气后处理技术。这些技术措施对控制排放比较有效，但与发达国家相比还有明显差距。国产汽车耗油高、排放高。据悉，我国在用车在实际使用条件下，碳氢化合物和CO的平均排放因子均为美国同型在用车的4~5倍，是欧美新生产车的10倍以上。所以说汽车制造业整体科研、技术水平低是我国机动车高污染状况的根本原因。
1.7 监管职责不够清晰
各部门分工合作机制尚不明确。目前，我国机动车尾气污染控制的大部分工作由环保部门负责，其它部门的职责在《大气法》中的规定仍不明确。
各级尾气污染控制机构没有设立虽然部分地市已经成立机动车尾气污染常设专职机构，但管理模式分散，协调机制不完善。部分地市尾气监管职能由环境监测机构或环境监察机构代为执行，在协调联系各级各部门开展具体监管实施中存在一定的困难。
2 污染现状
机动车以燃料为动力，不论是烧汽油还是柴油，在燃烧过程中会不断排放尾气，而尾气中含有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、可吸入颗粒物(PM10)等有害成分，这些污染物中本身就有很强的毒性，有的还可通过相互作用形成二次污染。长期暴露在这些化学物质浓度较高的空气中，对人及动植物的健康危害非常大。2009年环境监测显示，全国机动车排放污染物5143.3万吨，其中一氧化碳(CO)4018.8万吨，碳氢化合物(HC)482.2万吨，氮氧化物(NOx)583.3万吨，颗粒物(PM)59.0万吨。表明机动车尾气污染对我国城市环境空气质量、市民健康与城市形象的影响日益严重。
机动车拥有量逐年增加，使我国一些大中城市的空气污染逐步由煤烟型转向汽车型。汽车源污染的严重性正在日益增加，其对大气污染所占的比重、特别是大城市正在发生结构性变化。如北京市机动车尾气排放对大气污染物中CO、NOx、碳氢化合物的分担率分别为63.4%、46%和73.5%。上海市中心地区机动车尾气排放对大气污染物中CO、NOx、碳氢化合物的分担率分别为86%、56%和96%。广州、天津、重庆等许多大中城市也出现类似情况。机动车尾气污染物CO、NOx、碳氢化合物等已成为我国大气污染的主要污染源。2005年全国SO2排放总量达2549万吨，居世界第一，比2000年增加了27%。酸雨频率大于40%的城市比例由2000年的52%上升至2005年的63.9%。据对2005年全国522个城市空气质量监测结果分析，达到国家环境空气质量一级标准的仅有22个城市，占统计城市数的4.2%；达到二级标准的有293个城市，占统计城市数的56.1%；处于中度或重度污染的有207个城市，占统计城市数的39.7%。从环境变化的趋势看，大气污染向上升化方向发展。据国家环保总局报道，2005年我国机动车尾气排放在城市大气污染中的分担率将继续提高，可达到79%左右。最为严重的是那些人口超过200万的特大城市。
3 污染危害
汽车排放对大气的危害汽车排放破坏大气生态循环系统：汽车排放造成的大气污染会破坏臭氧层，臭氧层的破坏造成太阳辐射过强，引起温室效应，导致高温天气，使全球水蒸发加快，进而改变气流的循环，从而气候变化加剧，引发热浪、飓风、洪涝及干旱。此外，汽油燃烧释放出的二氧化硫和氮氧化物在大气中分别转化成硫酸和硝酸，导致酸雨。酸雨不仅增加土壤酸度、破坏生态系统的平衡，而且还腐蚀建筑材料、金属构件和油漆等等，使建筑物、公路以及名胜古迹遭受损害。欧洲经济委员会的报告书称，因酸雨危害造成的经济损失额相当于全世界每人损失2~10美元。

4 防治措施
4.1 控制汽车数量
我国许多大中城市汽车的实际数量已经“超载”，针对机动车数量过多的现象，政府可采取宏观调控方法提高汽的价格，适当减少汽车的购买量，同时促进小型制造汽车的企业的转产，把汽车的数量控制在城市生态平衡允许的范围内。同时大力促进公共汽车、地铁等公共交通事业迅速发展，为市民提供良好的公共交通基础设施。此外，政府还应继续控制驾驶证的发放，逐步增加考核难度从而进一步汽车限制保有量的不断增加。
4.2 大力加强I/M(检查/维护)制度
控制在用车排放污染的策略中，目前世界公认最有效的措施是实施I/M制度。I/M制度是Inspection and Maintenance Program的缩写，其含义为在用车的检查/维护制度。它的作用主要表现在两个方面：一是它可以识别出有系统故障从而导致排放超标的高排车；二是它可以确定机动车的故障根源，对车辆进行维修，并督促车主加强维护，从而使机动车在其整个生命周期中，控制排放技术能一直发挥效用。汽车的发动机随着行驶里程的增加会出现燃烧室积碳、气缸压力减小、气门间隙变化、点火正时不准等现象，直接影响发动机燃烧质量，尾气排放的净化能力也会逐渐下降，从而造成汽车尾气排放恶化。通过对在用车的排放进行定期检测和随机抽查，促进车辆进行严格的维修、保养，使车辆保持正常的技术状态，稳定达到出厂时的排放水平。目前全国各地正在推广稳态工况法检测法，相比于双怠速法，该检测方法能够准确的模拟机动车运行的真实情况，同时对NOX的排放测定更为准确。
4.3 实行对在用机动车定期检测和抽测制度
环保部门与交警部门应密切配合针对部分路段车流密度大、不易设点路检而黑烟车又相对较多的实际，开展道路巡查，消除路检、抽检的工作盲点；加强对环保检测机构的管理，保证检测数据准确可靠。鼓励采用简易工况法、红外遥测等先进手段对在用车辆实施定期检测，并将检测信息纳入机动车年检系统，从根本上解决车主的作弊问题。
4.4 实施环保分类标志管理，加速淘汰高排放车辆
加快实施在用机动车环保分类标志管理是汽车尾气污染控制的重要抓手。广东、北京、上海、南京等多个省市已制定了环保标志分类管理办法，国家环保部也在近日发布了《关于印发<机动车环保检验合格标志管理规定>的通知》(环发[2009]87号)，为统一全国环保标志，实施区域限行打下基础。北京在奥运会期间通过奥运环保标志的管理、全面禁行“黄标车”等措施来保证空气质量，事实证明，收效显著。目前北京已全面实施环保标志管理，自2009年9月1日起，进京车辆必须具贴有环保标志，而黄标车在2009年10月1日后将禁止驶入六环以内。通过实施机动车环保标志制度，将对限制高排放的车辆进入中心城区，减少城区尾气污染，促进淘汰高污染老旧车辆，推动I/M制度的贯彻落实起到积极的作用。
4.5 鼓励在用车改造
由于我国目前不可能将所有不具备电喷技术的在用车予以淘汰，所以应鼓励那些经改造能达到现阶段排放标准的车辆进行在用车改造。如气缸内的燃料和空气经过压缩可变成高温高压的气体，燃烧后仍具有很高能量，将这些能量加以利用，转化成发动机的动力，既节省了燃料，又减少了废气排放量；在尾气排放管上加装一个气体收集和转化装置，收集尾气中的氮氧化物和硫氧化物，并将其转化成工业原料硝酸和硫酸，在减少对大气的污染的同时对资源进行了回收。
4.6 从减少不必要的出行入手，抓可避免的排放
短期内能够减少机动车排放的措施是有效地减少不必要的出行。不必要的出行主要包括空驶、半载、盲目出行。不必要的出行情况十分普遍，例如出租汽车空驶约为30%~40%，载货汽车空驶约为30%~40%，轿车单人出行约为40%~60%。造成这一情况的原因一方面是由于缺少统筹计划安排；另一方面也是由于对提高公众在这方面的环保意识的宣传不足。同时，缺乏相应的经济和行政管理手段。如果迅速加强这方面的工作，通过减少不必要的出行至少可以使机动车污染物排放量在较短时间内减少10%~20%。即可减少污染，改善空气质量，还能节省能源。
4.7 禁止非法占用机动车车道
中国主要城市中，机动车行驶速度较低，这导致了燃料的更高消耗。如果汽车以不到20公里/小时的速度在城市街道上行驶，其油耗是高速公路上自由行驶时油耗的2倍。导致汽车低速行驶的原因很多，其中各种活动占用机动车道是一个主要原因，如经商占道、仓库占道、工厂占道、施工占道、停车占道、垃圾占道等。
4.8 街道绿化
在人行道两侧和车辆分行线上，栽草植树或修建转盘，在转盘内栽草植树，一方面可以美化城市环境，另一方面可以吸附、吸收一些粉尘和有害气体，降低环境污染。

4.9 提高汽油质量
要求机动车使用无铅汽油，从源头减少尾气中毒性物质的排放量；在汽油中掺入添加剂，改变燃料成分：掺入15%以下的甲醇燃料，或采用含10%水份的水—油燃料，在一定程度上减少或消除CO、NOx、HC和铅尘污染；使用润滑添加剂—机械摩擦改进剂：在机油中添加一定量(3%~5%)的石墨、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5%左右的发动机燃油；采用绿色燃料：将“植物柴油”按照比例掺入到普通柴油中，可大大减少发动机工作时排放的硫化物、碳氢化合物、CO和烟尘含量。大力推广车用乙醇汽油：乙醇和汽油以一定的比例混合而成的汽车燃料，CO排放量可降低33%左右，HC排放量可降低13.4%。
4.10 采用先进汽车尾气处理技术
尾气处理技术中常采用机外净化技术，即在汽车的排气系统中安装各种净化装置，采用物理、化学方法减少排气中的污染物。可分为催化器、热反应器和过滤收集器等。物理处理方法中的废气再循环系统，是通过一套阀门的开闭根据发动机状况进行控制，将一小部分废气导入燃烧室内的可燃混合气中，以起到延缓燃烧过程和吸收热量的作用。由于尾气中的氮氧化合物在高温下生成，废气再循环系统可以降低燃烧时的最高温度，通过还原反应降低氮氧化合物的排放量。
汽车尾气净化催化是尾气处理技术中较为有效的手段，通常选择贵金属催化剂和稀土汽车尾气净化催化剂。贵金属催化剂主要选用铂、钯等，具有活性高、寿命长、净化效果好等优点，但由于贵金属价格昂贵，难以广泛推广。稀土汽车尾气净化催化剂价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长，在汽车尾气净化领域备受青睐，主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主，由于氧化铈的氧化还原特性，可以有效地控制排放尾气的组分，能在还原气氛中供氧或在氧化气氛中耗氧。二氧化铈还在贵金属气氛中起稳定作用，保持催化剂较高的催化活性。另外，低温等离子体技术处理汽车尾气具有处理效率高、运行成本低、不产生二次污染等优点，已成为等离子体学科研究前沿与热点。而采用低温等离子体和催化剂协同作用技术处理有害气体更具优势，并能取得良好的污染物去除效果。
4.11 进行公众舆论导向，提高公民环保意识
建立安全的步行和骑车环境鼓励步行和骑车，建立安全、便捷的公共交通鼓励公共交通。利用多种形式介绍机动车尾气污染的危害性和积极防治尾气污染的必要性、重要性，提高人们的环境保护意识，促使大家积极参与，自觉自愿接受并执行有关的交通污染控制措施。
结束语
汽车尾气是造成城市大气污染的重要因素之一，尤其在规模较大、发展程度较高的城市，如北京、上海等，因此控制机动车尾气污染刻不容缓。以上解决措施从政策层面到技术层面为控制机动车尾气提出了建议，指出了发展方向。总之，解决机动车尾气所造成的空气污染刻不容缓，是改善城市整理环境质量，也是建设和谐社会的必由之路，机动车尾气排放的控制措施还需从管理、监督、技术等各方面继续探索和完善。
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