Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Распространение твердых частиц в результате загрязнения аммиаком в США
В лишайников fuscescens Bryoria который чувствителен к загрязнению аммиака

Загрязнение Аммиак является загрязнение окружающей среды путем химического аммиака (NH 3 ) - соединение азота и водорода , который является побочным продуктом сельского хозяйства и промышленности. Распространенные формы включают загрязнение воздуха газообразным аммиаком, выделяемым гниющими заводами по производству сельскохозяйственных отходов и удобрений, в то время как естественные источники включают горящие угольные шахты Джарии , едкое озеро Натрон и гуано колоний морских птиц. Газообразный аммиак вступает в реакцию с другими загрязняющими веществами в воздухе с образованием мелких частиц из аммониясоли, влияющие на дыхание человека. Аммиак также может влиять на химический состав почвы в данной местности , что она оседает на и, например, ухудшить условия , налагаемые сфагнум и вересковых из торфяников . [1] [2] [3] [4]

Обнаружение аммиака облегчается за счет использования фильтрующих элементов и тканевых денудеров (газоотделителя). Также используются такие методы, как спутниковая съемка и анализ дождевой воды . [5] Многое еще неизвестно о влиянии загрязнения аммиаком, но рост выбросов беспокоит ученых. Уровень аммиака в атмосфере в 2010 году был более чем в два раза выше, чем в 1940 году. [6] В настоящее время многие страны признают аммиак одним из основных загрязнителей, и некоторые из них начали принимать меры по ограничению своих выбросов. [5]

Источники [ править ]

В таблице ниже перечислены источники загрязнения аммиаком и их процентный вклад в глобальные выбросы аммиака. Источники также классифицируются как антропогенные (созданные человеком) или естественные.

ИсточникОписаниеПроцент глобальных выбросовТип
сельское хозяйство1. Отходы животноводства содержат большое количество азота, потому что фермеры используют корм с высоким содержанием питательных веществ. Почти 80% этого азота попадает в навоз животных в виде аммония (NH 4 + ), который превращается в аммиак (NH 3 ) в результате улетучивания :

Около половины NH 4 + превращается в газообразный аммиак, который затем попадает в атмосферу или растворяется в стоках. Улетучивание увеличивается во влажной, теплой и кислой среде. [7] [8]

2. Использование искусственных удобрений, таких как навозная жижа , производится с высоким содержанием питательных веществ. Сюда входят соединения на основе азота, такие как аммоний (NH 4 + ), который, как и навоз, выделяется в виде аммиака в результате испарения (в атмосферу или со сточными водами). [8] [5]

Более 70%


(⅔ от домашнего скота)

(⅓ от удобрения)

Антропогенный
ОкеаныПри разложении отходов в океане аммоний попадает в морскую воду. Уровни поверхности могут выпустить его в атмосферу из-за улетучивания, которое увеличивается с сильными волнами, сильным ветром, высокой кислотностью и высокими температурами. [9] [10]15%Естественный
Лесные пожарыСжигание биомассы (органического вещества) приводит к выделению многих химикатов, которые иногда включают аммиак. Различная биомасса приводит к разным выбросам. При сжигании биомассы тропических лесов, таких как бассейн Амазонки , высвобождается наибольшее количество аммиака. [11] [5]10%Антропогенные и природные
АвтомобилиВ каталитические нейтрализаторы в двигателях снизить вредное химическое излучение, но и причиной аммиака будет выпущен в качестве побочного продукта. Причина этого в работе трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Более новые автомобили сократили выбросы аммиака за счет таких модификаций, как снижение температуры выхлопных газов и увеличение соотношения воздуха и топлива. [5] [12]<2%Антропогенный
Промышленные процессыПроизводственные предприятия могут выделять аммиак в качестве побочного продукта при химическом сжигании или в сточных потоках. [6]<2%Антропогенный
ДругойЧеловеческие отходы, отходы диких животных и разложение - все это способствует выбросам аммиака в результате улетучивания. [6]<1%Антропогенные и природные

Эффекты [ править ]

Аммиак снижает биоразнообразие наземных и водных экосистем, а также образует аэрозоли в атмосфере, которые могут вызвать осложнения для здоровья человека при вдыхании.

Биоразнообразие [ править ]

Выбросы газообразного аммиака попадают в почву и воду Земли как в результате влажного, так и сухого осаждения . Водный аммиак, другая форма соединения, может просачиваться прямо в землю или попадать в водные экосистемы. Загрязнение как наземных, так и водных организмов аммиаком снижает биоразнообразие в основном за счет процесса нитрификации .

Земные эффекты [ править ]

В наземных условиях аммиак увеличивает кислотность почвы (снижает pH) и вызывает эвтрофикацию (переизбыток питательных веществ). Оба они возникают в результате нитрификации. В этом процессе аммиак превращается в нитрат бактериями (обычно из родов Nitrosomonas и Nitrobacter ), выполняющих следующую двухстадийную реакцию:

Шаг 1: Аммиак (NH 3 ) окисляется до нитрита (NO 2 - ):

Шаг 2: Нитрит (NO 2 - ) окисляется до нитрата (NO 3 - )

Продукты этой реакции включают ионы водорода (H + ) , которые снижают pH почвы и приводят к подкислению. Повышенная кислотность почвы в экосистеме приводит к снижению защиты от холода, засухи, болезней и инвазивных видов. Другой продукт, нитрат (NO 3 - ), является ключевым питательным веществом для роста растений. Этот избыток нитратов от нитрификации аммиака благоприятствует нитрофильным растениям (тем, которые предпочитают высокие концентрации нитратов) и ставит в невыгодное положение другие. Например, увеличение популяций нитрофильных растений затеняет другие растения от необходимого солнечного света. Чувствительные группы растений, такие как лишайник и мохособенно восприимчивы к загрязнению аммиаком , и в основном страдают такие места обитания, как болота , торфяники , луга , пустоши и леса . [13] [14]

Водные эффекты [ править ]

В водных условиях аммиак вызывает потребность в азотном кислороде, эвтрофикацию и изменения в здоровье рыб. Азотная биологическая потребность в кислороде (NBOD) возникает как прямой результат нитрификации (см. Земные эффекты). Растворенный кислород (O 2 ) используется при нитрификации для реакции с NH 3 . Это приводит к тому, что организмам, которые зависят от него, становится меньше O 2 . Нитрификация также высвобождает нитраты, что приводит к эвтрофикации, как и в наземных условиях. Нитрофильные водоросли и макрофитысоздавать большие цветы в стоячей воде. Это создает нагрузку на ресурсы, а также может косвенно отравлять организмы через образование токсичных водорослей. Напротив, аммиак также может напрямую навредить организмам с проницаемой кожей, если они его впитают. Убийство рыбы и изменение роста рыбы, состояния жабр, веса органов и уровня гематокрита (красных кровяных телец) связаны с воздействием аммиака. [15]

Здоровье человека [ править ]

Газообразный аммиак, который не осаждается, образует аэрозоли, объединяясь с другими выбросами, такими как диоксид серы (SO 2 ) и оксиды азота (NO X ). Атмосферные реакции между диоксидом серы, оксидами азота, промежуточными продуктами и другими газами в конечном итоге приводят к образованию нитрата аммония (NH 4 NO 3 ) и сульфата аммония (NH 4 HSO 4 ) следующим образом:

Образующиеся аэрозоли аммония (NH 4 ) классифицируются как мелкие твердые частицы (PM2,5 или твердые частицы размером менее 2,5 микрон). Небольшой размер частиц PM2,5 позволяет им попадать в легкие и кровоток при вдыхании. Затем частицы аммония могут вызывать осложнения, включая астму , рак легких , сердечно-сосудистые заболевания, врожденные дефекты и преждевременную смерть человека. Более мелкие PM2,5 аммония могут также перемещаться на большие расстояния (100–1000 км) по сравнению с непрореагировавшим аммиаком (менее 10–100 км) в атмосфере. [4] Некоторые страны, такие как Китай, сосредоточились на сокращении выбросов SO 2 и NO X.выбросы, однако повышенное загрязнение NH 3 по- прежнему приводит к образованию PM2,5 и ухудшению качества воздуха. [16]

Методы мониторинга [ править ]

Загрязнение аммиаком обычно измеряется по его присутствию в атмосфере. Он не имеет автоматической релейной системы, как при измерении других загрязнителей, таких как углекислый газ ; поэтому пробы аммиака должны собираться другими методами, включая пакеты фильтров, тканевые денудеры, спутниковую съемку и анализ дождевой воды.

Пакеты фильтров [ править ]

Пакеты фильтров состоят из воздушного насоса, оснащенного фильтром из тефлона и стекловолокна . Насос всасывает воздух, а фильтры удаляют частицы аммиака. Фильтр из тефлона и стекловолокна покрыт лимонной кислотой, которая вступает в реакцию со слабощелочными частицами аммиака. Эта реакция по существу «склеивает» аммиак. Позже фильтр проверяется реактивом Несслера (индикатор аммиака), и спектрофотометр считывает количество присутствующего аммиака. [17]

Обмотчики ткани [ править ]

Денюдеры ткани работают за счет пассивного отбора проб (насос не используется, и сбор зависит только от потока воздуха). Труба, снабженная тканевыми фильтрами с обеих сторон, служит туннелем для диффузии воздуха. Ткань покрыта фосфорной кислотой, которая притягивает газообразный аммиак (основа). Воздух проходит через трубку, и аммиак прилипает к фильтрам, которые затем можно проверить на концентрацию NH 3 с помощью реактива Несслера и спектрофотометра. [17]

Спутниковая съемка [ править ]

Системы спутников измеряют газовые сигнатуры в атмосфере с течением времени. Сигнатура аммиака нанесена на карту, что дает оценку его распространенности в воздухе и того, где он наиболее сконцентрирован. НАСА использует спутниковые изображения для мониторинга выбросов аммиака с 2008 года [5].

Анализ дождевой воды [ править ]

Ведра дождя собираются и затем проверяются на содержание аммиака с использованием методов, описанных выше. Это обеспечивает концентрацию газообразного аммиака, захваченного водяным паром из атмосферы. [5]

Правила [ править ]

Хотя сейчас аммиак признан потенциально опасным загрязнителем воздуха, только некоторые страны приняли дальнейшие меры по сокращению своих выбросов. Стратегии сокращения в основном сосредоточены на контроле за методами ведения сельского хозяйства.

Политика [ править ]

С 1999 года в Европейском союзе действуют две политики по предотвращению загрязнения аммиаком. К ним относятся Гётеборгский протокол (1999 г.) и Директива о комплексной защите и контроле загрязнения (1999 г.). Директива о национальных потолочных значениях выбросов была также введена в действие в 2001 году ЕС с целью дальнейшего сокращения выбросов NH 3 . В 2012 году Гётеборгский протокол был пересмотрен, чтобы установить новые, более строгие потолочные ограничения на аммиак до 2020 года и включить все страны ЕС-27. Соединенное Королевство , в частности , заявил , что они планируют сократить выбросы на 16% к 2030 году, однако не новые политики были приняты. Другие страны, такие как Китай и США.признают аммиак в качестве загрязнителя, но не имеют политики, регулирующей его. [18]

Стратегии сокращения [ править ]

Нормативные акты по загрязнению аммиаком в основном сосредоточены на смягчении последствий за счет более эффективных методов ведения сельского хозяйства. Одно из предлагаемых изменений - хранение навоза и удобрений в больших резервуарах для хранения, чтобы предотвратить сток и улетучивание в воздух. Другая стратегия включает кормление скота менее белковым рационом. Это приведет к уменьшению количества азотных белков (включая аммиак), попадающих в навоз. Последняя идея - использовать меньше удобрений на основе мочевины и аммония, которые склонны к улетучиванию с образованием аммиака. [7] [18]

См. Также [ править ]

  • Азотный цикл
  • Процесс Габера-Боша

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ван Дамм, Мартин; Кларисс, Ливен (5 декабря 2018 г.), «Обнаружены точечные источники аммиака в промышленности и сельском хозяйстве» (PDF) , Nature , 564 (7734): 99–103, Bibcode : 2018Natur.564 ... 99V , doi : 10.1038 / s41586-018 -0747-1 , PMID  30518888 , S2CID  54458643
  2. ^ Саттон, Марк А .; Ховард, Клэр М. (5 декабря 2018 г.), «Спутник определяет источники аммиака во всем мире», Nature , 564 (7734): 49–50, Bibcode : 2018Natur.564 ... 49S , doi : 10.1038 / d41586-018-07584- 7 , PMID 30518893 
  3. ^ Марк Саттон; Стефан Рейс; Саманта Бейкер, ред. (2008), атмосферный аммиак , Springer, ISBN 9781402091216
  4. ^ a b «Аммиак | Информационная система по загрязнению воздуха» . www.apis.ac.uk . Проверено 15 ноября 2020 .
  5. ^ a b c d e f g Плаутц, Джейсон (13 сентября 2018 г.). «Аммиак, плохо изученный ингредиент смога, может стать ключом к ограничению смертельного загрязнения» . Наука . DOI : 10.1126 / science.aav3862 . ISSN 0036-8075 . 
  6. ^ a b c Bauer, Susanne E .; Цигаридис, Костас; Миллер, Рон (2016). «Значительное загрязнение атмосферы аэрозолями, вызванное выращиванием пищевых продуктов в мире» . Письма о геофизических исследованиях . 43 (10): 5394–5400. Bibcode : 2016GeoRL..43.5394B . DOI : 10.1002 / 2016GL068354 . ISSN 1944-8007 . 
  7. ^ a b «Удивительный способ, которым выхлопные газы с ферм вредят нашему здоровью» . Ensia . Проверено 14 ноября 2020 .
  8. ^ a b Дель Моро, Сара; Холкомб, Джесс; Хорнек, Дон; Салливан, Дэн. (2013). Улетучивание аммиака [презентация в PowerPoint]. Центр сельскохозяйственных исследований и распространения знаний Хермистон, Орегон. https://extension.oregonstate.edu/sites/default/files/documents/1/delmorofarmfairnh3.pdf
  9. ^ Paulot, F .; Джейкоб, диджей; Johnson, MT; Белл, Т.Г.; Бейкер, АР; Кин, WC; Лима, ID; Дони, Южная Каролина; Сток, Калифорния (2015). «Глобальная эмиссия аммиака в океане: ограничения, связанные с наблюдениями за морской водой и атмосферой» . Глобальные биогеохимические циклы . 29 (8): 1165–1178. Bibcode : 2015GBioC..29.1165P . DOI : 10.1002 / 2015GB005106 . hdl : 1912/7658 . ISSN 1944-9224 . 
  10. ^ US EPA, OW (2015-08-20). «Критерии водной флоры и фауны - аммиак» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 22 октября 2020 .
  11. ^ «Что останется в воздухе после пожара, зависит именно от того, что сгорело» . Эос . Проверено 14 ноября 2020 .
  12. ^ Ван, Chengxiong; Тан, Цзяньвэй; Харл, Гэвин; Гонг, Хуэйминь; Ся, Вэньчжэн; Чжэн, Тинтин; Ян, Дунся; Ге, Юньшань; Чжао, Юнькунь (2019-11-05). «Образование аммиака над трехкомпонентными катализаторами Pd / Rh во время колебаний от обедненной к богатой: влияние старения катализатора, температуры выхлопных газов, лямбда и продолжительности в богатых условиях» . Наука об окружающей среде и технологии . 53 (21): 12621–12628. Bibcode : 2019EnST ... 5312621W . DOI : 10.1021 / acs.est.9b03893 . ISSN 0013-936X . PMID 31577131 .  
  13. ^ Гатри, Сьюзен; Джайлз, Сара; Дункерли, Фэй; Табакчали, Хадил; Харшфилд, Амелия; Иопполо, Бекки; Манвилл, Катриона (16.09.2018). «Воздействие выбросов аммиака от сельского хозяйства на биоразнообразие: синтез данных» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ «Влияние азотных удобрений на pH почвы» . Горячая линия по овощным культурам . Проверено 14 ноября 2020 .
  15. ^ US EPA, ORD (2015-11-04). «Аммиак» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 14 ноября 2020 .
  16. ^ Фу, Сяо; Ван, Шусяо; Син, Цзя; Чжан, Сяое; Ван, Дао; Хао, Цзимин (13.06.2017). «Повышение концентраций аммиака снижает эффективность контроля за загрязнением частицами, достигаемую за счет сокращения выбросов SO2 и NOX в Восточном Китае» . Письма по экологическим наукам и технологиям . 4 (6): 221–227. DOI : 10.1021 / acs.estlett.7b00143 .
  17. ^ а б Фитц, Д.Р .; Pisano JT; Goorahoo, D; Krauter, CF; Малкина, ИЛ (2016). Пассивный денудер потока для оценки выбросов аммиака на молочной ферме, 11-я Международная конференция по инвентаризации выбросов, Сан-Диего, 2003. EPA.
  18. ^ a b «Выбросы аммиака (NH3) - Европейское агентство по окружающей среде» . www.eea.europa.eu . Проверено 15 ноября 2020 .
  • v
  • т
  • е
  • v
  • t
  • e