柴油發電機排氣管污染物質對身體健康和環境的作用剖析

引言：柴油機廣泛用于柴油發電機以及各種非道路工程機械設備中，因為在使用中產生大量的細顆粒物和CO、HC、NOₓ等有害物質，所以需要高效地并對進行控制。內容介紹了顆粒物的造成全過程以及對人體的傷害，具體描述了根據使用生物性柴油、含氧量燃料添加劑及其它改性材料然料改進汽柴油質量和通過調節油泵氣門、噴油壓力等油泵主要參數減少細顆粒物排出的點燃控制系統研究成果，重點圍繞應用柴油機顆粒過濾器的細顆粒物基本控制系統以及再造方式及種類進行了比較，并討論了未來的發展大方向。

一、柴油機污染物來源
柴油發電機排氣管里面含有一氧化碳、氮氧化合物、氮氧化物、二氧化硫、細顆粒物等排氣管污染物質。國外環保總局將柴油機排出的40多種多樣化學物質納入了“風險空氣污染源明細”（HAPs），如：室內甲醛、溴化氫、1,3－丁二烯、苯、苯系物類和砷、鉛、汞、錳等金屬化學物質。

1、一氧化碳（CO）
一氧化碳是烴燃燒的副產物（如下圖1），一氧化碳由呼吸系統進到人體血液后，會與血液里的紅血蛋白Hb融合，產生碳氧血紅蛋白，造成攜氧能力差，使身體發生反映，如英語聽力會因耳里的內耳神經元細胞氧氣不足而受損等。吸進過量一氧化碳會令人產生氣短、嘴唇發黑、呼吸不暢或死亡。盡管對人體健康沒什么副作用的一氧化碳閥值還不確定，但是長期消化吸收一氧化碳對城鎮居民健康是一個安全威脅。

2、氮氧化物（NOx）
氮氧化物要在燃氣輪機氣缸內絕大多數氣體中產生的（如下圖2），氮氧化物的消耗量在于燃燒溫度、時間與噴油量等多種因素。從燃燒現象看，排出的氮氧化合物95%之上有可能是一氧化氮，其他是指二氧化氮。人受一氧化氮危害的例子尚未發現，但二氧化氮是一種深棕色呼吸系統化學氣體，對人體健康危害非常大。NOX與有機化合物發生反應產生活性氧，是一種可以損害呼吸道的金屬氧化物。

3、氮氧化合物（CnH2n+2）
氮氧化合物（如下圖3所顯示）和氮氧化物在環境空氣中受明顯自然光紫外線燈照射后，造成繁雜的氧化反應，形成一種新的污染物質產生光化學污染，造成急性支氣管炎、心肌梗塞、結核病和心臟衰弱者身亡事件后會顯著提高。

4、細顆粒物（PM）
細顆粒物（如下圖4所顯示）對人體健康健康的危害主要是針對心臟和呼吸系統危害，如：太早身亡、呼吸困難和心腦血管疾病；心肺功能改變和呼吸道癥狀提升；肺內材料結構更改；呼吸道防御力功能下降等。微小細顆粒物是造成心腦血管病和呼吸疾病的重要原因，會對身體健康造成嚴重威脅。柴油機排出來細顆粒物（PM）特別小，可以透過肺泡壁層，帶有可以誘發生物體基因突變物質致癌物質，依據美國醫學毒物學項目報告書，柴油機排出的細顆粒物中，有98％直徑小于10μm（PM10），94％低于2.5μm（PM2.5），92％低于1μm（PM1)。

國外環保總局的分析表明，在職業危害實驗中，有相當多的數據表明，過去頻繁使用柴油機的不同職業工人肺癌發病率與柴油機廢氣排放接觸有顯著的關聯性。美國對中國柴油機所排出的細微顆粒的風險評估研究發現，環境質量中每多10mg/m3，從而而引發的癌病致死率就可能增加1％。

二、顆粒物的不良影響剖析
細顆粒物根據呼吸道進到人體后，不但能透過鱗狀上皮細胞，而且能進到血液循環系統，其所包含的多種多樣成分能夠產生更為嚴重的危害性。細顆粒物隨吸氣進到呼吸系統并沉積于支氣管、氣管及支氣管中，根據機械性損傷、氧化還原反應和所引起的免疫力炎性反應等形式造成呼吸道疾病，進而引起內分泌系統和全身炎癥反應。經常接觸高濃度細顆粒物可引起成年人和小孩肺功能受損，并提高慢性阻塞性肺病患病率，體現為慢性阻塞性肺病的住院治療率和死亡率提升。群體病例對照研究說明細顆粒物可能增加小兒哮喘患病率，并與成人急性哮喘發作相關。

除開造成呼吸道疾病，細顆粒物也對內分泌系統、中樞神經系統、泌尿系統具有一定的不良影響，從而引起基因突變和癌癥的發生。細顆粒物與心腦血管疾病發病率和死亡率提升相關，研究發現：細顆粒物可引發身心健康自我的交感神經功能問題，進而誘發心血管疾病的出現，其對于自主神經紊亂產生的影響呈計量檢定依賴感。細顆粒物對心血管疾病危害存有時節和人群的差別。谷少華等根據對7 434例心腦血管疾病搶救病例的數據分析表明：冷季節時末見細顆粒物對心腦血管疾病搶救人次的危害有統計意義；暖季時，空氣PM10每上升10μg/m3，心腦血管疾病搶救人數增加約2.00%，在其中男性和≥65歲年齡段群體心腦血管疾病搶救人數各自增加約2.41%和1.86%，末見PM10對于女性和<65歲年齡段人群危害有統計意義。

空氣中細顆粒物濃度上升也會導致人群里神經內科疾病的提高。其對于中樞神經系統造成的危害主要是通過系統化氧化應激反應、炎癥現象和細胞中鈣穩定失衡等病理機制對中樞神經系統造成毒副作用效用，造成執行功能損傷或衰落，乃至誘發或加重神經退行性疾病。的病例對照研究表明，空氣中PM2.5與PM10的含量每上升10μg/m3，住戶因神經內科疾病搶救的人數各自增加約0.75%和0.35%。細顆粒物對幼兒神經心理生長發育危害的研究發現，大氣顆粒物曝露會讓少年兒童神經心理生長發育產生不利影響，造成包含少年兒童學習困難、自閉癥譜系障礙和兒童睡眠障礙等諸多問題。

血睪屏障為體細胞精子形成提供一定的免疫微環境，細顆粒物長期性曝露可導致男性Sprague Dawley（SD）大白鼠的生殖系統功能問題，并破壞血睪屏障的完整性。建立SD大白鼠的細顆粒物長期性曝露實體模型，探討了PM2.5長期性曝露對SD大白鼠生殖系統功能產生的影響以及體制，結果顯示：高劑量組與小劑量組雌鼠懷孕幾率比對照實驗組各自低50%和30%，男性精子的數量和質量降低，生精小管構造混亂，下腔靜脈精子數降低，一部分次級線圈精母細胞掉下來至下腔靜脈，睪丸組織中Conneₓin43基因表達降低，血睪屏障毀壞。選用液相色譜儀-質譜分析合用關鍵技術研究了PM2.5對大白鼠男性睪丸的新陳代謝破壞作用和生殖毒性體制，細顆粒物造成氨基酸和核糖核苷酸代謝障礙，甾體激素代謝失調和脂質代謝異常等一系列問題，但這些關鍵通道有可能是PM2.5生殖毒性的關鍵所在分子結構事情。

上皮細胞間皮細胞轉換是惡性腫瘤發展的主要全過程，歸肺細顆粒物能促進肝癌細胞內Smad1蛋白質的受體轉錄因子，引起和推動上皮細胞間皮細胞轉換。可以將柴油機細顆粒物應用于正常的支氣管炎鱗狀上皮細胞，從外皮生長發育承受體、磷酸肌醇-3蛋白激酶、蛋白激酶的改變討論柴油機顆粒物潛在性致癌物質機制及對細胞毒性危害，確認柴油機顆粒物存有準確的細胞毒性，外皮生長發育承受體表述提升可能會在細顆粒物造成肝癌變的過程當中起到至關重要的作用。除此之外，細顆粒物根據發炎損傷氧化損傷等機制誘發惡性腫瘤產生，提升肝臟和生殖系統腫瘤，如乳癌、宮頸癌、子宮內膜癌和卵巢癌等疾病的患病率。

匯總：
柴油發電機熱效率高，廣泛運用于道路運輸及各類工業與經濟領域，但在使用中產生大量細顆粒物及NO₂等有害物質，近些年柴油機顆粒物的排出控制系統變成國家政府和科研人員的關注熱點，現階段用以細顆粒物及NO₂排出掌控的技術性主要包括點燃前控制系統、點燃中控制系統和燃燒之后控制系統。點燃前控制系統和點燃中控制系統歸屬于機身凈化技術，前面一種主要通過改進汽柴油質量，可使用含氧量然料和其它改性材料然料完成對細顆粒物排出的操縱，后面一種主要通過調節油泵氣門、噴油壓力和油泵方法等油泵主要參數完成對細顆粒物排出的操縱；燃燒之后控制系統又稱主機凈化技術，主要通過應用柴油機顆粒過濾器（DPF）和柴油機空氣氧化催化器（DOC）等額外裝置或設備對可燃物質進行處理和催化反應處理細顆粒物排出控制系統。本論文最先詳細介紹細顆粒物形成過程以及傷害，關鍵具體描述各種各樣點燃控制系統對細顆粒物排出的控制方法以及對細顆粒物排出的危害，匯總近些年柴油機細顆粒物排出操縱的研究進展。