氨排放過高是什麼原因引起的?會造成哪些嚴重後果?

相關:北京農業少氨氣多 城市氨排放或被低估
另外@陳陽也在中國對酸雨的治理進展如何?提到氨氣濃度高會抑制酸雨的形成,但是也會造成其他嚴重後果,想更具體的了解一下~


謝邀。

大眾印象里,氨氣除了有點味道,幾乎人畜無害。但是,這不是事實。

一個普遍接受的結論是,大氣中氨的含量其實很豐富,主要來源有:牲畜排泄(39%)、自然來源(19%),揮發性化肥(17%)、生物質燃燒(13%),植物排放(7%),其他來源(5%)。在中國的華北平原,有研究認為有兩個主要來源,分別是化肥(54%)和家畜(46%)。我知道你們想說什麼,沒錯,家畜放屁確實是一個污染源。最近的研究顯示,大氣中的氨氣也有可能來自機動車排放。

我國高氨氣環境濃度和化肥的使用有很大的關係。


氨在大氣中的直接作用有兩個:參與顆粒物成核,為空氣中的污染物由氣體狀態變成顆粒態打基礎;形成二次無機氣溶膠。間接影響:形成消光物質(銨鹽),造成能見度下降,是霾形成的一個重要原因。


大氣中的顆粒物有兩個主要的來源,煙囪排放的所謂一次顆粒物,還有大氣中的氣體形成的二次顆粒物。


有理論認為,大氣中的水和硫酸可以先形成小分子團簇,然後形成一個穩定的凝結核。但是,在凝結核形成的過程中,氣體的凝結和揮發是同時存在的,這些團簇需要突破一定的能量和尺寸大小的壁壘才能穩定下來。此時,在一些物質,如有機物、氨、有機胺存在的情況下,能量壁壘也可以降低,有助於凝結核的穩定。這些小凝結核可以吸附空氣中的氣體長成更大的顆粒物;也可以在碰撞中互相結合長大,有點像滾雪球。以上過程產生的顆粒物往往在2.5微米以下,形成的就是二次PM2.5。

氨氣催生了更多的二次顆粒物。


氨也是二次無機顆粒物的重要組成部分。


氨氣在大氣中的化學變化初中學過:大氣中的氨氣可以和酸性物質反應形成銨鹽,以硫酸和硝酸為例:

2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4


NH3 + HNO3 → NH4NO3

硫酸銨為不揮發物質,硝酸銨為半揮發性物質。在空氣中可以進入顆粒相中,形成所謂的二次無機氣溶膠。在我國各地的PM2.5中,銨鹽的含量大多在5-20%之間。 這個比例似乎也不高嘛,但是,在有些地方,銨鹽對消光的貢獻可以佔到50%左右。也就是說,灰濛濛的天里有它很重要的貢獻。


說到這裡,有人會說,等等,硫酸和硝酸哪裡來的?它們來自空氣中的二氧化硫酸(主要來自燃煤)和氮氧化物(主要來自機動車,也有煤燃燒)的氧化。在脫除工業氮氧化物的過程中,一個手段是加入氨水,發生氧化還原反應形成無害的氮氣。但是這個辦法有可能增加大氣中氨氣的濃度。


按倒葫蘆起了瓢,嗯。這就是環境治理的窘境。


PS.

二次翻譯自 Secondary, 對應的是一次排放 Primary。「二次」翻譯得不準確也不夠嚴謹。比如上邊的這個例子,要是有好幾步反應,算是幾次污染物呢?所以翻譯成「次生」相對來說要好一些。

參考:

Y. Zhang, A.J. Dore, L. Ma, X.J. Liu, W.Q. Ma, J.N. Cape,
F.S. Zhang. Agricultural ammonia emissions inventory and spatial distribution
in the North China Plain Environ. Pollut. 158 (2010) 490–501.

Clarisse, L., Clerbaux, C., Dentener, F., Hurtmans, D., and Coheur,
P. F.: Global ammonia distribution derived from infrared satellite
observations, Nature Geosci., 2, 478–483,doi:10.1038/NGEO551, 2009.

Zhang, Q., Meng, J., Quan, J., Gao, Y., Zhao, D., Chen, P.,
and He, H.: Impact of aerosol composition on cloud condensation nuclei
activity, Atmospheric Chemistry and Physics, 12, 3783-3790, 2012.


一樓回答的數據我不知道哪來的,不過明顯是不準確的。華北那個數值比例大致是對的,但是有遺漏。
我們課題組剛剛做完2010年我國氨排放清單,畜禽養殖與化肥佔到了絕大部分,這裡也沒必要多說,反正與題目無關。原因就是化肥使用過程中土壤中的脲酶催化相關含氮物質生成氨然後揮發;牲畜養殖過程中生理過程排放(前邊說的放屁打嗝…)以及糞便尿液。
二樓那個圖應該是北大文章里的,個人認為北大那個清單做的很好,比我們做的好多了。。。
然後那個酸雨。。。我只能說指望用氨排放抑制酸雨,先不說可行不可行,光PM2.5就已經跪了。可行性,顯然也是no
氨首先是一類惡臭氣體,局部範圍濃度我國有惡臭氣體的規範;其次作為大氣中唯一一種鹼性氣體,對於大氣顆粒物形成有著至關重要的作用。
原理別人也說了,與NOx,SO2反應生成xx銨,也就是說如果沒有氨排放,空氣中的顆粒物少到可憐,PM2.5的控制就不是問題了,但是必須說的是,氨是無辜的,因為SO2,NOx才是人類最可控的排放污染物,來源於機動車燃煤鍋爐等等,氨只是一個配角,2010年的畜禽養殖排放量約為500萬噸,化肥的具體數據不在手上,總之這樣行業是關乎吃飯的!不能減量,只能優化,再加上從事這些產業的文化水平和分散程度問題,困難程度可想而知。
因此,大部分國家不將氨列為大氣污染物,不過相信隨著畜禽養殖業和種植業發展,會自然而然的受到控制。


《氨排放清單編製技術指南(試行)》
(徵求意見稿)http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201401/W020140124409251213136.pdf

部分原文:

後果(環保部網站):
水體中的氨氮是指以氨(NH3)或銨(NH4+)離子形式存在的化合氨。氨氮是各類型氮中危害影響最大的一種形態,是水體受到污染的標誌,其對水生態環境的危害表現在多個方面。與COD一樣,氨氮也是水體中的主要耗氧污染物,氨氮氧化分解消耗水中的溶解氧,使水體發黑髮臭。氨氮中的非離子氨是引起水生生物毒害的主要因子,對水生生物有較大的毒害,其毒性比銨鹽大幾十倍。在氧氣充足的情況下,氨氮可被微生物氧化為亞硝酸鹽氮,進而分解為硝酸鹽氮,亞硝酸鹽氮與蛋白質結合生成亞硝胺,具有致癌和致畸作用。同時氨氮是水體中的營養素,可為藻類生長提供營養源,增加水體富營養化發生的幾率。


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