Аналіз вихлопних газів автомобілів на вміст оксидів нітрогену та сульфур (ІV) оксиду

Початкові явища при гострому отруєнні — загальна слабкість, запаморочення, оніміння ніг. При легкому отруєнні ці явища протягом декількох хвилин зникають при виході на свіже повітря. При сильнішому — до названих симптомів приєднуються нудота, блювота, що іноді повторюється. Одночасне запаморочення і загальна слабкість посилюються, особа блідне, кров'яний тиск знижується, наступає стан напівнепритомності. При отруєннях середньої тяжкості різка слабкість і запаморочення продовжуються багато часів. При важкому отруєнні — це синюшність губ; м'який, слабкого наповнення пульс; легкий озноб; зміна кольору крові; через декілька годин явища, що виникли, стихають. [6, с. 107]

Токсична дія. Порівняльна токсичність N0 і NO2 залежить від їх концентрації і тривалості дії. При 1—5мг/дм3 N0 більш токсичне N02. При 0,2—0,7мг/дм3, але тривалій дії (6—8 год.), навпаки, NO2 більш токсичне. NO2 володіє вираженою дратівливою і припікаючою дією на дихальні шляхи, особливо глибокі, що приводить до розвитку токсичного набряку легенів; пригноблює аеробне і стимулює анаеробне окислення в легеневій тканині. Не унеможливлено загальної дії, зокрема за рахунок тих, що всмоктуються в кров з поверхні легких продуктів клітинного розпаду.

Тварини. Для білих мишей при 2-годинній інгаляції ЛК50 = 0,9мг/дм3. При 0,0095—0,019мг/дм3 (1г)  знижується вміст в крові еритроцитів і гемоглобіну, збільшується рівень білірубіну і метгемоглобіну (0,0019мг/дм3 не впливає на ці показники); при 0,006мг/дм3 (2г) різко підвищується смертність після зараження пневмококовою інфекцією. Для білих щурів ЛК50 — 0,22мг/дм3 (1г), 0,31мг/дм3 (30 хв.), 0,79мг/дм3 (5 хв.). На розтині — набряк і гнійні осередки в легенях. Вдихання 0,004—0,013 мг/дм3 протягом 17 год. знижує здатність легеневої тканини протистояти інфекції, а 0,038мг/дм3 (протягом 72 год.) і 0,032мг/дм3 (протягом 2—24 год.) викликають гіпертрофію миготливого епітелію бронхіолей і втрату ними вій. При 0,0019мг/дм3 (4 год.) виявлені зміни легеневої тканини, що супроводжувалися утворенням пероксидів ліпідів. У кроликів ЛК50- 0,60мг/дм3 (15 хв.); при 0,12мг/дм3 — роздратування очей. Тригодинна інгаляція 0,028—0,048мг/дм3 пригноблює фагоцитарну активність  альвеолярних моноцитів; продукцію ними інтерферону і знижує стійкість до інфекції; 0,015мг/дм3 збільшує кількість внутрішньо альвеолярних макрофагів. У собак при 0,11—0,12мг/дм3 сонливість, порушення дихання, смерть протягом 4—5 год.; при 0,019—0,076мг/дм3 (6 год.) збільшення вмісту метгемоглобіну в крові; 0,0095мг/дм3 не викликає метгемоглобінемії, але руйнує клітинні мембрани і мітохондрії альвеолярних клітин і лейкоцитів. Після вдихання 0,095—0,12мг/дм3 (2-5 год.)  збільшується смертність мавп від інфекції, той же ефект — при безперервному вмісті тварин протягом місяця при 0,019мг/дм3 або 2 місяців при 0,0095мг/дм3.

При повторній дії 0,068мг/дм3 (8 год. в день, 5 днів в тиждень, 6 тижнів)  частина щурів, морських свинок, кроликів і мавп гине. При 0,03мг/дм3 (4 год. в день, 6 разів на тиждень ) і 0,05мг/дм3 (цілодобово протягом 2—4 тижнів )  знижується рухова активність щурів, збільшується споживання кисню; на розтині — катаральний бронхіт, осередковий набряк альвеол, емфізема, гіпертрофія і гіперплазія епітелію бронхів і бронхіолей. При 0,017—0,026мг/дм3 ( 4 год. день, 5 днів в тиждень )  через 10 днів виявлені запальні зміни по всьому дихальному тракту щурів. У морських свинок, що цілодобово містилися при таких же концентраціях 4—6 тижнів, виявлені збільшення активності альдолази і молочнокислої дегідрогенази в легенях, печінці, нирках; збільшення анаеробних і зменшення аеробних ізоферментів в легенів; значні ультраструктурні і функціональні зміни в пневмоцитах. У вагітних щурів, що вдихають 40—50%, суміш NO2 з 8 по 10 і з 12 по 16 день вагітності, знижувалися середня маса і розмір ембріонів, порушувався нормальний розвиток ребер і хребта.

Хронічна дія 0,0057мг/дм3 (2 год. в день, 5 днів в тиждень)  викликає у мишей протягом 15—17 тижнів виснаження, зменшення вмісту еритроцитів і гемоглобіну, фагоцитарній активності лейкоцитів; у морських свинок до кінця року — осередкове хронічне запалення легенів і метаплазія альвеолярного епітелію. Цілодобовий вміст протягом 90 днів при 0,022мг/дм3 супроводжується значною смертністю щурів, морських свинок, кроликів і мавп. При 0,0095мг/дм3 (6 год. щодня протягом року) збільшується число випадків виникнення злоякісних новоутворень в легких лінійних мишей. Можливо, це пов'язано з проникненням в організмі нітрозо амінів. Дію 0,005мг/дм3 (цілодобово, 5 днів на тиждень, 9 місяців або по 5 год. щодня, 5 днів в тиждень, 3 місяці)  викликає у щурів збільшення маси легенів, зниження вмісту в них ліпідів та жирних кислот, активності холіноестерази в плазмі і еритроцитах. Цілодобовий вміст для щурів протягом 2—3 років при 0,0038мг/дм3 супроводжується зменшенням або зникненням вій епітелію бронхіолою, гальмуванням нормального відторгнення епітеліальних кліток і появою кристалоїдних включень цитоплазми. При 0,0024мг/дм3 (12 год. щодня, 3 місяці) порушується астральний цикл щурів, подовжуються терміни вагітності, знижується розмір плоду; при 0,0009мг/дм3 (6-18 год. щодня, 3—6 місяців) у мишей, щурів і морських свинок знижується імуностійкість. При 0,0006мг/дм3 (цілодобово 3 місяці) у щурів збільшується латентний період рефлекторних реакцій; на розтині — катаральний бронхіт, пері бронхіальна пневмонія і помірний пневмосклероз; при 0,0001-0,00015мг/дм3 ці зрушення відсутні, не виявлено також змін в хропаксії м'язів, активності холіноестерази, вмісті SH-груп.

Людина. Відчуття запаху і невеликого роздратування в роті і зіві спостерігалося при 0,008мг/дм3, а у ряді випадків - при 0,0002мг/дм3; максимальна невідчутна концентрація — 0,00011мг/дм3; поріг по зміні світловій чутливості ока 0,00014мг/дм3 (5 хв.); концентрація, що не діє на світлову чутливість ока, 0,000087мг/дм3; при вдиханні через рот поріг вищий — 0,00027мг/дм3. При 0,014мг/дм3 наголошується роздратування очей і носа; при 0,095мг/дм3 роздратування через 1 хв. і зменшення дифузії С02 в легенів через 15 хв.; при 0,12мг/дм3 роздратування і задишка. Тривалість перебування при 0,019мг/дм3 обмежується 1 год., при 0,038 — 20 хв., при 0,051 — 10 хв.; при повторенні дії наступало звикання. Випробовувані не відчували запаху і роздратування при поступовому збільшенні концентрації від 0 до 0,05мг/дм3 протягом 54 хв. При вищих концентраціях спостерігаються важкі отруєння, аж до смертельних. Вдихання протягом 5 хв. 0,51—0,76мг/дм3 викликає бронхопневмонію; 0,95мг/дм3 — набряк легенів протягом 5 хв. З дією чистими N02 пов'язують отруєння, що спостерігалися у сільськогосподарських робочих в не вентильованих силосних баштах. Раніше подібні випадки приписували дії СО або недоліку О2. [6, c. 108]

Патологоанатомічні зміни при отруєнні людини, особливо в органах дихання, — повнокров'я і набряк слизистих оболонок дихальних шляхів, набряк легенів, мозаїчно розташовані ділянки емфіземи, ателектазу, крововиливання, розрив альвеол. Інші внутрішні органи повнокровні, з дрібним крововиливанням. При мікроскопії — злущення епітелію трахеї і бронхів, ділянки катарального, фібринозного і геморагічного запалення легенів, тромби в судинах легенів, дегенеративні і некротичні зміни в печінці, нирках, головному мозку. У людей, що працювали при 0,0008—0,005мг/дм3 (3—5 років) виявлені запальні зміни слизистої оболонки ясен, хронічні бронхіти, емфізема легенів, пневмосклероз, ускладнений остмоідними нападами, бронхоектазії, тенденція до брадикардії і гіпотонії; збільшення вмісту гемоглобіну і еритроцитів, підвищення максимальної осмотичної резистентності еритроцитів, гранулоцитоз, прискорення згортання крові, зниження активності каталази, вміст цукру і рівня альбуміну і глобулінів в крові .

Розподіл в організмі і перетворення. У верхніх дихальних шляхах не затримується, затримка в легенів кролика складала близько 80%. За рахунок подальшого утворення HNO2 і HNO3 в крові може накопичуватися нітрит. [6, с. 109]

1.5.5 Вплив викидів нітрогену оксидів та сульфур (IV) оксидів на довкілля

Оксиди  сульфуру та нітроген оксидів, що потрапляють у атмосферу внаслідок роботи ТЕС і автомобільних двигунів, сполучаючись з атмосферною вологою, утворюють дрібні крапельки сульфатної та нітратної кислот, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами.

Хімізм :

N2O5 + H2O = 2HNO3 [22, c. 15]                                                                                                1.24

SО3+ Н2О  H2SO4                                                                                       1.25

Ці дощі мають шкідливу дію на фактори навколишнього середовища:             

- врожайність багатьох сільськогосподарських культур
знижується на 3—8 % внаслідок ушкодження листя кислотами;  

- кислі опади спричинюють вимивання з ґрунту кальцію, калію й магнію, що викликає деградацію фауни та флори;

- деградують і гинуть ліси (особливо вразливими до дії кислотних дощів виявилися кедр, бук і тис);

- отруюється вода озер і ставків, у яких гине риба (в першу чергу цінні види — лосось, форель що) і численні види комах;

- зникнення комах у водоймах  призводить до зникнення птахів і тварин, які ними живлять;

- зникнення лісів у гірських районах (Карпати) зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів;

- різко прискорюється руйнування пам'ятників архітектури, житлових будинків, особливо тих, що оздоблені мармуром, вапняком;

- вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом, спричинює захворювання, дихальних шляхів, подразнення очей тощо.
[3, с. 173]

Забруднення повітря впливає на організм людини, тварин і рослинність, завдає шкоди народному господарству, викликає глибокі зміни в біосфері.

Потрапляючи спільно з оксидами нітрогену і іншими інгредієнтами в атмосферу і взаємодіючи з водяними краплями хмар і випадного дощу утворює   кислоти, солі кислот, що приводить до утворення кислотних дощів з рН < 4,5.

1.5.6 Шляхи розв’язання проблеми шкідливих викидів автомобілів

Одне з рішень проблеми шкідливих викидів автомобілів складається в удосконаленні складу палива або заміні його спиртами та природним скрапленим газом.

Зелений автомобіль

На сьогоднішній день виробники автомобілів, в основному, приймають у розрахунок шість видів альтернативного палива, котрі використовуються або можуть бути використані в якості палива. У них є свої переваги або недоліки.

Природний газ

Природний газ (метан), котрий традиційно використовується для приготування їжі, достатньо давно використовується в якості автомобільного палива. Зараз ряд компаній запропоновують послуги по переведенню традиційних моделей автомобілів на природний газ.

Переваги:

1. Газ набагато дешевше за бензин.

2. Метан - найбільш екологічно чистий з усіх вуглеводневих видів палива.

Недоліки:

1. У більшості країн світу, де продаються "газові" автомобілі, недостатньо розвинута сіть газових автозаправок, через це тривалі автомобільні мандри стають неможливими. Через цю ж причину на газ часто переводять муніципальний транспорт, який суворо "прив'язаний" до одного населеного пункту, де вже існує газова інфраструктура.

Бензин-електрика

Зразки подібних автомобілів (у США їх називають "гібридними"\hybrid) існують і успішно продаються з 1999 року. Принцип їх дії достатньо простий - під одним капотом знаходиться традиційний бензиновий двигун та електромотор. Бензиновий двигун вмикається тоді, коли машина набирає швидкість, наприклад шосе (в цей час здійснюється підзарядка акумуляторів), електричний - при повільному русі з багатьма зупинками (наприклад, при їзді в місті). Різні виробники особисто створюють спеціальні "гібридні" моделі, або "заганяють" "гібридні" системи під капот звичайних моделей.

Переваги:

1. Подібні автомобілі набагато економніші своїх традиційних аналогів.

2. "Гібриди" наносять значно меншу шкоду навколишньому середовищу.

Недоліки:

1. Гібридні автомобілі нині на $4-9 тис. дорожчі своїх традиційних аналогів.

Електрика

Перші електромобілі з'явилися ще у 1920-ті роки, проте тільки в останнє десятиріччя вдалося створити ринково привабливі моделі подібних машин. Кожний такий автомобіль оснащений електричним двигуном і акумуляторами, котрі треба підзаряжати, підключаючи їх до звичайної розетки. Нині електромобілі начинають випускати невеликі компанії, наприклад, нещодавно американська Tesla Motors повідомила про початок виробництва двох місцевої спортивної машини, котра розганяється до швидкості 100 км\г за 4 секунди і здібна подужати без підзарядки відстань у 320км.

Переваги:

1. Повна відсутність проблем с паливом.

2. Електрика кардинально дешевша за бензин.

Недоліки:

1. Проблеми з ремонтом та обслуговуванням - небагато автомайстернів здібні ремонтувати подібні автомобілі.

2. Більшість існуючих моделей дозволяють пересуватися  лише на короткі відстані, наприклад, у містах США їх популярно використовують для поїздок по крамницях.

Спирт (етанол)

Спирт споконвічно був популярний у якості автомобільного палива. У 1896 році американський винахідник Генрі Форд\Henry Ford виготовив свій перший автомобіль (носив ім'я "Квадрицикл"\Quadricycle), двигун якого робив на спирту. Цікаво, що Форд тоді не оцінив попит германських інженерів Карла Бенца и Вільгельма Даймлера, котрі за десятиріччя до цього створили автомобіль, що працював на бензиновому двигуні. У 1908 році Форд випустив у продаж свою відому "Модель Т"\Model T - перший в історії масовий автомобіль, котрий міг робити на бензині, етанолі та суміші двох видів палива.

Переваги:

1. E85 можуть використовувати багато моделей автомобілів, чия ціна не відрізняється від вартості бензинових аналогів,

2. У ряді випадків E85 може бути дешевше звичайного бензину,

3. З екологічної точки зору спирт є практично ідеальним видом палива - він виробляється з відновлювальних джерел та згорає, не залишаючи після себе шкідливих вихлопів,

4. Використання спирту позитивно відображається на стані підготовленого для його використання автомобіля. Етанол містить більше кисню, чим бензин, за рахунок цього згорання відбувається більш "чисто". Використання палива, збагаченого етанолом, дозволяє легше завести машину у холодну погоду.