Ammoniakföroreningar - Ammonia pollution
.jpg)
Ammoniakförorening är förorening av den kemiska ammoniak (NH 3 ) - en förening av kväve och väte som är en biprodukt från jordbruk och industri. Vanligaste formerna inkluderar luftförorening genom ammoniakgasen som avges av röta jordbruksflyt och gödselmedel fabriker medan naturliga källor inkluderar de brinnande kolgruvor av Jharia , kaustik Lake Natron och guano av havsfågelkolonier. Gasformig ammoniak reagerar med andra föroreningar i luften för att bilda fina partiklar av ammoniumsalter som påverkar andningen hos människor. Ammoniakgas kan också påverka markkemi av orten att det lägger sig på och kommer till exempel försämra villkoren i den vitmossa och ljung av torvmark .
Ammoniakdetektering underlättas genom användning av filterförpackningar och tygdämpare (en gasseparator). Tekniker som satellitavbildning och regnvattenanalys används också. Mycket är fortfarande okänt om effekterna av ammoniakföroreningar, men stigande utsläppsnivåer gäller forskare. Ammoniaknivån i atmosfären var mer än dubbelt så stor 2010 som den var 1940. Ammoniak erkänns nu av många länder som ett stort föroreningar och vissa har börjat vidta åtgärder för att begränsa sina utsläpp.
Källor
Tabellen nedan visar källor till ammoniakföroreningar och deras procentuella bidrag till globala ammoniakutsläpp. Källorna klassificeras också antingen som antropogena (som härrör från människor) eller som naturliga.
| Källa | Beskrivning | Procent av globala utsläpp | Typ |
|---|---|---|---|
| Lantbruk |
1. Boskapsavfall innehåller stora mängder kväve eftersom jordbrukare använder näringstätt foder. Nästan 80% av detta kväve hamnar i djurens gödsel som ammonium (NH 4 + ), som omvandlas till ammoniak (NH 3 ) genom förflyktigande :
Ungefär hälften av NH 4 + omvandlas till ammoniakgas, som sedan kommer in i atmosfären eller upplöses i avrinning. Förångning ökar i fuktiga, varma och sura miljöer. 2. Användning av konstgödsel såsom i uppslamning tillverkas för att ha höga näringsinnehåll. Detta inkluderar kvävebaserade föreningar såsom ammonium (NH 4 + ), som, i likhet med gödsel, släpps som ammoniak genom förångning (i atmosfären eller i avrinning). |
Över 70%
(⅔ från boskap) (⅓ från gödsel) |
Antropogent |
| Hav | Sönderfall av avfall i havet släpper ut ammonium i havsvattnet. Ytnivåer kan släppa ut detta i atmosfären genom förångning som ökar med grova vågor, starka vindar, hög surhet och höga temperaturer. | 15% | Naturlig |
| Skogsbränder | Förbränning av biomassa (organiskt material) resulterar i utsläpp av många kemikalier som ibland inkluderar ammoniak. Olika biomassor resulterar i olika utsläpp. Förbränning av tropisk skogsbiomassa, såsom Amazonasbassängen , släpper ut den största mängden ammoniak. | 10% | Antropogent och naturligt |
| Bilar | De katalytiska omvandlare i motorer reducerar skadlig kemisk emission, men också orsaka ammoniak att frigöras som en biprodukt. Drift av en trevägs katalysatoromvandlare orsakar detta. Nyare fordon har minskat ammoniakutsläppen genom modifieringar som sänkta avgastemperaturer och ökade förhållanden mellan luft och bränsle. | <2% | Antropogent |
| Industriella processer | Produktionsanläggningar kan frigöra ammoniak som en biprodukt genom kemisk förbränning eller i avloppsvatten. | <2% | Antropogent |
| Övrig | Avfall från människor, avfall från vilda djur och nedbrytning bidrar alla till ammoniakutsläpp via förångning. | <1% | Antropogent och naturligt |
Effekter
Ammoniak minskar den biologiska mångfalden i terrestriska och akvatiska ekosystem och bildar också aerosoler i atmosfären som kan orsaka människors hälsokomplikationer vid inandning.
Biodiversitet
Gasformiga ammoniakutsläpp kommer in i jordens jord och vatten genom både våt och torr deponering . Vattenhaltig ammoniak, en annan form av föreningen, kan sippra direkt i marken eller rinna ut i vattenlevande ekosystem. Både mark- och vattenföroreningar i ammoniak minskar den biologiska mångfalden främst genom nitrifikationsprocessen .
Terrestriska effekter
I markbundna miljöer ökar ammoniak markens surhet (minskat pH) och orsakar övergödning (överflöd av näringsämnen). Båda dessa inträffar som ett direkt resultat av nitrifikation. I denna process omvandlas ammoniak till nitrat av bakterier (vanligtvis av släktarna Nitrosomonas och Nitrobacter ) som utför följande tvåstegsreaktion:
Steg 1: Ammoniak (NH 3 ) är oxiderad till nitrit (NO 2 - ) efter:
Steg 2: Nitrit (NO 2 - ) oxideras till nitrat (NO 3 - )
Produkterna från denna reaktion inkluderar väte (H + ) -joner som sänker markens pH och leder till försurning. Ökad markens surhet i ekosystemet leder till minskat skydd mot kalla temperaturer, torka, sjukdomar och invasiva arter. Den andra produkten, nitrat (NO 3 - ), är ett viktigt näringsämne för växttillväxt. Detta överskott av nitrat från ammoniaknitrifikering gynnar nitrofila växter (de som föredrar höga nitratkoncentrationer) och nackdelar andra. Till exempel skuggar en ökning av nitrofila växtpopulationer andra växter från nödvändigt solljus. Känsliga växtgrupper som lav och mossa är särskilt känsliga för ammoniakföroreningar och livsmiljöer som myrar , torvmarker , gräsmarker , hedmarker och skogar påverkas främst.
Vattenlevande effekter
I vattenmiljöer orsakar ammoniak kvävehaltigt syrebehov, övergödning och förändringar i fiskens hälsa. Kvävefritt biologiskt syrebehov (NBOD) uppträder som ett direkt resultat av nitrifikation (se markeffekter). Upplöst syre (O 2 ) används i nitrifiering att reagera med NH 3 . Detta resulterar i mindre O 2 tillgängliga för organismer som är beroende av den. Nitrifikation frigör också nitrat vilket leder till eutrofiering som i markmiljöer. Nitrofila alger och makrofyter skapar stora blommor i stående vatten. Detta lägger resurser på stress och kan också indirekt förgifta organismer genom bildning av giftiga alger. Däremot kan ammoniak också direkt skada organismer med permeabel hud om de absorberar den. Fiskdöd och förändringar i fisktillväxt, gilltillstånd, organvikter och hematokritnivåer (röda blodkroppar) är kopplade till ammoniakexponering.
Mänsklig hälsa
Gasformig ammoniak som inte deponeras bildar aerosoler genom att kombinera med andra utsläpp såsom svaveldioxid (SO 2 ) och kväveoxider (NO X ). Atmosfäriska reaktioner bland svaveldioxid, kväveoxider, mellanprodukter och andra gaser resulterar så småningom i bildning av ammoniumnitrat (NH 4 NO 3 ) och ammoniumsulfat (NH 4 HSO 4 ) genom följande:
Dessa resulterande ammonium- (NH 4 ) aerosoler klassificeras som fina partiklar (PM 2,5 eller partiklar mindre än 2,5 mikrometer i storlek). PM2.5-partiklarnas lilla storlek gör att de kan komma in i lungorna och blodomloppet genom inandning. Ammoniumpartiklar kan då orsaka komplikationer inklusive astma , lungcancer , hjärt-kärlproblem, fosterskador och för tidig död hos människor. Den mindre ammonium PM2.5 kan också färdas längre avstånd (100–1000 km) jämfört med oreagerad ammoniak (mindre än 10–100 km) i atmosfären. Vissa länder som Kina har fokuserat på att minska SO 2 och NO X- utsläpp, men ökad NH 3- förorening resulterar fortfarande i PM2.5-bildning och minskar luftkvaliteten.
Övervakningstekniker
Ammoniakföroreningar mäts oftast av dess närvaro i atmosfären. Den har inget automatiskt reläsystem som med andra mätningar av föroreningar som koldioxid ; Därför måste ammoniakprover samlas in med andra metoder, inklusive filterpaket, tygdämpare, satellitavbildning och analys av regnvatten.
Filtrera förpackningar
Filterpaket består av en luftpump utrustad med ett teflon- och glasfiberfilter . Pumpen suger in luft och filtren tar bort ammoniakpartiklar. Teflon- och glasfiberfiltret är belagt i citronsyra som reagerar med de lätt basiska ammoniakpartiklarna. Denna reaktion "limer" i huvudsak ammoniaken på plats. Senare testas filtret med Nesslers reagens (en ammoniakindikator) och en spektrofotometer avläser mängden ammoniak som är närvarande.
Tygdämpare
Tygduvor fungerar genom passivt provtagning (ingen pump används och uppsamling beror bara på luftflöde). Ett rör utrustat med tygfilter på vardera sidan fungerar som en tunnel för luft att diffundera igenom. Tyget är belagt med fosforsyra som drar till sig ammoniakgas (en bas). Luft strömmar genom röret och ammoniak fastnar filtren som sedan kan testas för NH 3 koncentrationer med användning av Nesslers reagens och en spektrofotometer.
Satellitbild
System av satelliter mäter gassignaturer i atmosfären över tiden. Ammoniakens signatur är kartlagd och ger en uppskattning av dess förekomst i luften och var den är mest koncentrerad. NASA har använt satellitbilder för att övervaka ammoniakutsläpp sedan 2008.
Analys av regnvatten
Regnskopor uppsamlas och testas sedan för ammoniak med tekniker som beskrivs ovan. Detta ger koncentrationen av ammoniakgas som fångas i atmosfärisk vattenånga.
Regler
Även om ammoniak nu erkänns som en potentiellt farlig luftförorening, har endast vissa länder vidtagit ytterligare åtgärder för att minska sina utsläpp. Minskningsstrategier fokuserar främst på kontroll av jordbruksmetoder.
Politik
Den Europeiska unionen har haft två strategier på plats sedan 1999 för att förhindra ammoniakföroreningar. Dessa inkluderar Göteborgsprotokollet (1999) och direktivet om integrerat skydd och kontroll av föroreningar (1999). Det nationella utsläppstakdirektivet trädde också i kraft 2001 av EU för att ytterligare minska NH 3- utsläppen. Göteborgsprotokollet reviderades 2012 för att fastställa nya, strängare takgränser för ammoniak fram till 2020 och för att inkludera alla EU-27-länder. Den Storbritannien i synnerhet har meddelat att de planerar att minska utsläppen med 16% fram till 2030, men ingen ny politik har antagits. Andra länder som Kina och USA erkänner ammoniak som förorening men har ingen politik för att reglera den.
Reduktionsstrategier
Reglerna om föroreningar av ammoniak fokuserar främst på att mildra genom bättre jordbruk. En föreslagen förändring är att hålla gödsel och gödsel i stora lagringstankar för att förhindra avrinning och förångning i luften. En annan strategi handlar om att mata husdjursdieter med mindre täthet i protein. Detta skulle resultera i att mindre kväveproteiner (inklusive ammoniak) hamnar i gödsel. En sista idé är att använda mindre urea- och ammoniumbaserade gödningsmedel som är benägna att flyga in i ammoniak.