当前位置: 华文问答 > 科学

氨排放过高是什么原因引起的?会造成哪些严重后果?

2014-09-28科学

谢邀。

大众印象里,氨气除了有点味道,几乎人畜无害。但是,这不是事实。

一个普遍接受的结论是,大气中氨的含量其实很丰富,主要来源有:牲畜排泄(39%)、自然来源(19%),挥发性化肥(17%)、生物质燃烧(13%),植物排放(7%),其他来源(5%)。在中国的华北平原,有研究认为有两个主要来源,分别是化肥(54%)和家畜(46%)。我知道你们想说什么,没错,家畜放屁确实是一个污染源。最近的研究显示,大气中的氨气也有可能来自机动车排放。


我国高氨气环境浓度和 化肥的使用 有很大的关系。


氨在大气中的直接作用有两个:参与颗粒物成核,为空气中的污染物由气体状态变成颗粒态打基础;形成二次无机气溶胶。间接影响:形成消光物质(铵盐),造成能见度下降,是霾形成的一个重要原因。


大气中的颗粒物有两个主要的来源,烟囱排放的所谓一次颗粒物,还有大气中的气体形成的二次颗粒物。


有理论认为,大气中的水和硫酸可以先形成小分子团簇,然后形成一个稳定的凝结核。但是,在凝结核形成的过程中,气体的凝结和挥发是同时存在的,这些团簇需要突破一定的能量和尺寸大小的壁垒才能稳定下来。此时,在一些物质,如有机物、氨、有机胺存在的情况下,能量壁垒也可以降低,有助于凝结核的稳定。这些小凝结核可以吸附空气中的气体长成更大的颗粒物;也可以在碰撞中互相结合长大,有点像滚雪球。以上过程产生的颗粒物往往在2.5微米以下,形成的就是二次PM2.5。


氨气催生了更多的二次颗粒物。


氨也是二次无机颗粒物的重要组成部分。


氨气在大气中的化学变化初中学过:大气中的氨气可以和酸性物质反应形成铵盐,以硫酸和硝酸为例:

2Np + pSO4 → (Np)2SO4


Np + HNO3 → NpNO3


硫酸铵为不挥发物质,硝酸铵为半挥发性物质。在空气中可以进入颗粒相中,形成所谓的二次无机气溶胶。在我国各地的PM2.5中,铵盐的含量大多在5-20%之间。 这个比例似乎也不高嘛,但是,在有些地方,铵盐对消光的贡献可以占到50%左右。也就是说,灰蒙蒙的天里有它很重要的贡献。


说到这里,有人会说,等等,硫酸和硝酸哪里来的?它们来自空气中的二氧化硫酸(主要来自燃煤)和氮氧化物(主要来自机动车,也有煤燃烧)的氧化。在脱除工业氮氧化物的过程中,一个手段是加入氨水,发生氧化还原反应形成无害的氮气。但是这个办法有可能增加大气中氨气的浓度。


按倒葫芦起了瓢,嗯。这就是环境治理的窘境。


PS.

二次翻译自 Secondary, 对应的是一次排放 Primary。「二次」翻译得不准确也不够严谨。比如上边的这个例子,要是有好几步反应,算是几次污染物呢?所以翻译成「次生」相对来说要好一些。


参考:

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.