CC BY
11
ЗА РУБЕЖОМ
УДК 621.43.068:668.74
3,4-БЕНЭПИРЕН В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ОСОБЕННО ДВУХТАКТНЫХ)
Н. Яскулла, К. Веттиг, Э. Риттер
Исследовательское общество «Борьба с выхлопными газами» при Научном совете ГДР
Борьба с загрязнением атмосферного воздуха выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания становится все более насущной проблемой в высокоразвитых промышленных странах. Большое внимание уделяют ей в ГДР. Задача гигиенистов и моторостроителей вначале сводилась лишь к уменьшению концентрации окиси углерода — наиболее известного токсического вещества, содержащегося в выхлопных га-, зах. После того как знания о других вредных составных частях выхлопных газов расширились, стали принимать меры к их ликвидации. Согласно советским рекомендациям, с выхлопными газами автомашин 3,4-бензпирен не должен выбрасываться.
Возрастающее число автомашин в стране и связанное с этим увеличение опасности для здоровья людей, более жесткие требования к автомобилям и двигателям, идущим на экспорт, заставили заняться исследованием всех компонентов выхлопных газов, в том числе и 3,4-бензпирена, наших типов двигателей. В соответствии с государственным планом борьбы с выхлопными газами и по инициативе исследовательского общества по борьбе с выхлопными газами на автозаводе Берлин—Адлерсхоф был создан пункт по определению выхлопных газов, включая и 3,4-бензпирен. До сих пор в ГДР не было возможности проводить на испытательном стенде наиболее важные измерения вредных веществ и, в частности 3,4-бензпирена в выхлопных газах. Теперь этот пробел восполнен. На испытательном стенде испытан серийный 3-цилиндровый двухтактный двигатель типа АШЕ/312 (рабочий объем цилиндра 991 см3). Исследуемый выхлопной газ после выхода из выхлопной трубы попадает в аппаратуру для отбора проб, которую затем проверяют на содержание в ней 3,4-бензпирена. Параллельно с взятием проб при помощи фильтра пункт по проверке выхлопных газов получает сведения о других компонентах вредных веществ в выхлопных газах, анализируемых различными приборами. В качестве фильтра после многочисленных предварительных опытов применяли бумагу из стекловолокна. Анализ 3,4-бензпирена в твердых составных частях выхлопных газов проводили методом хроматографии в тонком слое. Опыт, полученный при анализе 3,4-бензпирена в пыли больших городов, "\УеШд использовал для определения 3,4-бенэпирена в выхлопных газах автомобилей.
вб
После предварительных испытаний установки провели сначала исследования без охлаждения выхлопных газов. Условия опыта должны были соответствовать нормальному выхлопу газов в атмосферу. Кроме того, требовалось сравнить результаты опыта с известными из литературы данными измерений, когда перед фильтрацией выхлопной газ, очевидно, не охлаждали.
После оценки этих результатов в дальнейших опытах стали использовать установку для охлаждения выхлопных газов. Из-за зависимости содержания 3,4-бензпирена от температуры выхлопных газов перед
Рис. 1. Выхлоп 3,4-бензпирена в течение часа езды в зависимости от нагрузки. 1 — для холостого хода: дана позиция винта для регулирования смеси на карбюраторе; 2 — скорость на прямой дороге.
отборным фильтром погрешность этих опытов достигала 18%. Усовершенствование установки может привести к более удачным результатам.
При химическом определении содержания 3,4-бензпирена была достигнута погрешность, не превышавшая 10%, что соответствует международным данным. В качестве горючего брали двухтактную смесь ги-цетного масла VK-экстра 1 : ЗЗ'/з-
Содержание 3,4-бензпирена в выхлопных газах анализировали на предприятиях, расположенных в районе высокоинтенсивного движения городского транспорта. В рамках исследования действия различных примесей горючего на выделение вредных веществ производили также измерения выхлопа 3,4-бензпирена. Предложенные проф. А. Брандтом, директором кафедры гигиены труда при университете Карла Маркса в Лейпциге, примеси горючего PPG и Б-эффективного вещества были добавлены как в двухтактные смеси, так и в чистый VK-экстра. В работе Brandt указывается, что с помощью названных примесей горючего содержание 3,4-бензпирена в выхлопных газах может быть исключено совсем или значительно уменьшено. Это доказывают и наши исследования.
Кроме того, была изучена примесь «Андекс Б» фирмы «Phoenia Products Ltd», Бельгия.
Результаты исследований, показывающие соотношения нагрузок двигателя в условиях эксплуатации городского транспорта, приведены на рис 1. Налицо совершенно четкая максимальная величина абсолютного выхлопа 3,4-бензпИ|рена (в мкг/час) при малых нагрузках. Наибольшее относительное содержание 3,4-бензпирена (в мкг/м3) в выхлопных газах обнаружено при движении автомобиля на холостом
ходу. По первым результатам влияние регулировки карбюратора и соотношения смеси масло — горючее на абсолютный выхлоп 3,4-бензпирена меньше, чем различия в выхлопе его, полученные на отдельных предприятиях.
Зависимость уровня 3,4-бензпирена от охлаждения выхлопного газа до температуры ниже точки плавления 3,4-бензпирена (178°) приведена на рис. 2. Уменьшение содержания 3,4-бензпирена с повышением температуры можно объяснить двумя причинами, которые, однако, нельзя было исследовать в настоящей работе.
Во-первых, 3,4-бензпирен находится в смеси с другими веществами, что может вызвать значительное снижение его точки плавления. По меньшей мере часть 3,4-бензпирена может еще находиться в жидкой фазе при температуре более 110° и тем самым избежать адсорбции на фильтре. Во-вторых, усиленное внезапное охлаждение благоприятно сказывается на повторном кольцевом соединении алифатических радикалов, ведущих к образованию 3,4-бензпирена.
Результаты исследования примесей горючего приведены на рис. 3. Эти опыты должны были бы иметь значение с гигиенической точки зрения, так как применение примесей горючего, очевидно, оказывает решающее влияние на содержание 3,4-бензпирена. Эффективность примесей при добавлении их к обычной двухтактной смеси относительно мала, выхлоп 3,4-бензпирена увеличивается даже при применении примеси «Андекс Б». Напротив, использование примесей PPG и Б-эффектив-ного вещества вместо гицентного масла обусловливает снижение содержания 3,4-бензпирена в выхлопных газах. Очевидно, решить проблему 3,4-бензпирена в выхлопных газах можно, если заменить используемое до сих пор смазочное масло Б-эффективным веществом. Для этого необходимо установить, насколько изменяются остальные вредные вещества в выхлопных газах и какие появляются соотношения относительно смазочных свойств, образования отложения на запальных свечах и в месте сгорания и т. д.
При этом следует также учитывать экономические вопросы (положение с сырьем, расходы, производительность и т. д.).
s^/fо \т Ц/го ^/00
a\so
^
tisc
I*7
^.20
1 1 1
V Рабочий уиомент: п •/750об/*1ин= 455'мм./час */4.5Wc
\
я V
У 1
ч
$1 ы Ь 5
и ЭО /ОО ПО /20 /30 /40 /50 Температура (в градусах)
Рис. 2. Зависимость содержания 3,4-бенз-пирена от температуры выхлопного газа перед отборным фильтром.
/ г 3 4 S Б п - /250 об//иш W- 32,5 ах/ vac /Уе --/Ол.С
/ 2 3 4 5 6
П - /750об/мин v --45,5хм/час /Уе -20У1.С
Рис. 3. Выхлоп 3,4-бензпирена при использовании примесей горючего.
/ — двухтактная смесь 1:33 'Л; 2 — двухтактная смесь и 5% PPG; 3 — VK-экстра и 3% PPQ; 4 — двухтактная смесь+5% Б-эффектнвного вещества; 5 — VK-экстра и 3% Б-эффективно-го вещества; 6 — двухтактная смесь и 0,3% примесь «Андекс Б».
Сравнение выхлопа 3,4-бензпирена двигателя AWE-312 с данными литературы
Данные литературных источников Данные, полученные при испытании мотора А\УЕ-312
Авторы число обо- Замечания Замечания
ротов (в нагрузка выхлоп 3,4-бензпирена нагрузка выхлоп 3,4-бензпирена
минуту) и н S so®
и а£
Kühn, 2000 15 Л. с. 2,8 мг на 1 л горючего~0,27 мг на 1 м3 3-цилиндро- 1 750 14,4 Л. с. 0,007 мг на 1 м3 выхлопного Выхлопной
Tomingas вый двухта- газа газ не
ктный мо- охлажден
тор DKW
900 см3
Выхлопной 1 750 14 л. с. 0,047 мг на 1 м3 выхлопного Выхлопной
газ охлаж- газа газ
ден до 150° охлажден
Deschner 1 ООО Полная 3,15 мкг на 1 м3 выхлопного газа Исследова- 1 250 Большая 23 мкг на 1 м3 выхлопного Выхлопной
2 000 » 3,06 » » » » » » ния проводи- газа газ не
3000 » 2,50 » » » » » » лись на охлажден
1 000 Холостой 14,5 » » » » » » 4-цилинд- 1750 » 8 мкг на 1 м3 выхлопного Полная
ход ровом газа нагрузка
моторе 2 000 0,6 мкг на 1 м3 выхлопного не была
газа измерена
Выхлопной 900 Холостой 126 мкг на 1 м3 выхлопного
газ не ход газа
охлажден
Kotin 500 Холостой 120 мкг/мин= 7200 мкг/час Форд У=8- 600 Холостой 1 380 мкг/ час Выхлопной
с соав- ход мотор ход газ не
торами 1000 Холостой 61 » » =3660 » » 900 Холостой 760 » » охлажден
ход ход
1 000 Полный ход 0 1 250 Большая 1 295 » »
2 500 ) > 0 нагрузка
1 750 Большая 622 > »
нагрузка
2 000 Большая 49 » »
нагрузка
П родолжение
Данные литературных источников Данные, полученные при испытании мотора AWE-312
Авторы число оборотов (в минуту) нагрузка выхлоп 3,4-бензпиреиа Замечания s * о н £ >• О О X ч 3 о а SS- нагрузка выхлоп 3,4 бензпирена Замечания
В. А. Го-фмек-лер с соавторами 800 1 ООО Холостой ход Холостой ход 0 0,8 мкг на 1 м3 выхлопного газа=36 мкг в 1 час Хорошо отрегулированный карбюратор 600 900 Холостой ход Холостой ход 308 мкг на U3=1380 мкг/час 126 мкг на \м3= 760 мкг/ час Выхлопной газ не охлажден
800 1000 Холостой ход Холостой ход 0,41 мкг на 1 м3 выхлопного газа=13,2 мкг/час 0,04 мкг на 1 м3 выхлопного газа= 1,8 мкг/час Произв. карбюратор
30 км/час 40 » » 50 » » 60 » » 3,9 мк/м3= 174 мкг/час 1,8 » » 150 » » 1,3 » » 150 » » 0,5 » » 90 » > Произв. карбюратор Исследованный мотор SIL—164 32 км/час 45 » » 57 » » 98 мкг на 1 ж3=3360 мкг/час 15 мкг на 1ж3= 720 мкг/час 5 мкг на 1ж3= 240 мкг/час Езда по прямой
Эти опыты были проведены с охлаждением выхлопных газов. При 1250 об/мин и мощности 10 л. с. средняя температура неохлажденного выхлопного газа составляла 115°, а температура охлажденного — 85°. При 1750 об/мин и 20 л. с. температура была соответственно 170 и 120°.
Величины эмиссии 3,4-бензпирена, взятые из различных литературных источников, и соответствующие величины измерения, полученные на моторе AWE-312, приведены в таблице. Разноречивые данные авторов объясняются тем, что провести безоговорочное сравнение четырехтактных и двухтактных двигателей, с одной стороны, и больших с малыми двигателями, с другой, невозможно, так как очень велико влияние условий проведения опыта на величину измерения (см. рис. 2). Тем не менее все же нужно признать, что двигатель AWE-312 обладает, например, преимуществом перед двигателем DKW. Абсолютный выхлоп 3,4-бензпи-рена у него на холостом ходу значительно ниже абсолютного выхлопа двигателя, исследованного Kobin с соавторами. Чрезвычайно низкие показатели эмиссии по сравнению с другими отмечены В. А. Гофмеклером с соавторами, причем по сравнению со всеми другими измерениями данные холостого хода, полученные этими авторами, значительно ниже тех, которые зарегистрированы при движении транспорта. Сравнение двухтактных и четырехтактных двигателей позволяет заключить, что было бы неверно без тщательных испытаний судить о более высоком содержании канцерогенных веществ в выхлопных газах двухтактных двигателей, учитывая, что число измерений на различных двигателях внутреннего сгорания еще очень мало. То, что подобные умозаключения нельзя обобщить даже после проведенных измерений, становится ясным, если рассмотреть сообщение Н. О. Hettehe об испытаниях, имевших место в институте Batelle во Франкфурте-на-Майне: так, на двухтактных двигателях в выхлопных газах не удалось обнаружить 3,4-бензпирен. Сравнение возможно лишь тогда, когда все измерительные центры будут пользоваться единой методикой, как это будет скоро в странах СЭВ.
Настоящая работа представляет собой начало развития метода, ведущего от определения эмиссии вредных веществ к систематическому уменьшению загрязнения воздуха канцерогенными составными частями выхлопных газов.
Пункт испытания выхлопных газов в Адлерсхофе (ГДР) в состоянии проводить измерения основных вредных веществ в выхлопах двигателей внутреннего сгорания и в содружестве с заводами-изготовителями будет исследовать новые или усовершенствованные автомобильные двигатели.
При этом возникает множество проблем относительно веществ, способствующих возникновению рака. Для разрешения этих проблем необходимо усовершенствование двухтактных двигателей, однако здесь не достигнуто полной ясности. Это касается основных исследований реакций возникновения, распада и равновесия 3,4-бензпирена в в месте сгорания, выхлопе и при выходе выхлопного газа в атмосферу. Вместе с тем следует установить величину частиц сажи, выходящей из выхлопных газов, так как известно, что 3,4-бензпирен и другие канцерогенные углеводороды содержатся в воздухе в твердой форме и чаще всего в сочетании с пылью или сажей.
В зависимости от величины частиц 3,4-бензпирен по-разному глубоко проникает в дыхательные пути человека или совсем не проникает туда.
Задачей специалистов по вопросам гигиены воздуха является определение соотношения отдельных углеводородов, находящихся в атмосферном воздухе, на основе чего можно сделать вывод об их происхождении. До сих пор неясно, в какой мере действие различных агентов в воздухе на канцерогенные углеводороды может увеличивать или уменьшать эффект возникновения опухоли. При этом особая роль при-
надлежит продуктам, обнаруживающимся вследствие фотоокисления углеводородов.
Результаты подобных исследований позволят принять новые или улучшить принятые меры к устранению канцерогенных составных частей выхлопных газов.
ЛИТЕРАТУРА
Brandt A., Dtsch. Gesundh.-Wes., 1965, Bd 20, S. 1202. — D e s с h n e r E., Über das Auftreten von 3,4-Benzpyren im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen. Dissertation an der TH Karlsruhe, 1960. — H e 11 с h e H. О., VDI-Ber., 1957, Bd 25, S. 75. — К о -tin P., Falk H. L„ Thomas M., Arch, industr., Hyg., 1954, v. 9, p. 164.— Kühn M., Tom in gas R., Staub, 1965, Bd 25, S. 86. — W e 11 i g K., Z. ges. Hyg., 1964, Bd 10, S. 15.
Поступила 19/VII 1966 r.
УДК 613.633-074
НОВЫЙ АНГЛИЙСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ВЕСОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА
Доктор техн. наук проф. Л. И. Барон (Москва)
В отличие от нашей практики действующие ряд лет нормативы допустимой запыленности в Англии, как и в некоторых других странах, даны не в весовом, а в счетном выражении; иначе говоря, нормировано не предельное весовое содержание, а число пылевых частиц в единице объема рудничного воздуха. Соответствующую базу получил и пылевой контроль — в Англии текущие измерения запыленности производятся счетным методом, с использованием термопреципитатора. Недостаточная представительность и достоверность упомянутых критериев запыленности отмечалась неоднократно. Так, рецензируя отчет о
___медико-санитарном об<_лу-
живании и исследованиях в
МШ^ШШШШЛШ ' пР°Филактике пневмоконио-
за в английской угольной 1| промышленности за 1963 г.,
It - - автор этих строк, в частно-
^ЯЯК^ШЁГШ,, сти, указывал \ что «приня-
тая система (пылевого контроля на английских угольных шахтах) не может считаться надежной».
В свете сказанного нам было особенно интересно ознакомиться с любезно направленными английскими Общий вид прибора для определения запылен- коллегами в наш адрес данности рудничного воздуха. ными о недавно сконструированном в Англии новом приборе для определения запыленности рудничного воздуха не счетным, а весовым методом. Поскольку конструкция его разработана горным научно-исследовательским центром (Mining Research Establishment, со-
1 Новые книги за рубежом. Серия Б. Техника, 1965, № 4, с. 105.
S2
