NH3來源及其對環(huán)境影響

NH3來源及其對環(huán)境影響摘要：NH3（氨氣）是大氣中最重要的堿性氣體，可以與二氧化硫、氮氧化物等酸性物質(zhì)反應(yīng)生成的銨鹽，就形成了霧霾中最主要的兩種銨鹽——硫酸銨、硝酸銨。大氣中氨氣的主要來源為農(nóng)業(yè)源、非農(nóng)業(yè)源以及人類的人為排放。NH3的日變化較為規(guī)律，早晚大氣氨濃度較低。NH3的季節(jié)性變化濃度整體呈現(xiàn)春夏季高冬季低的趨勢。本文總結(jié)了有關(guān)氨氣日變化、季節(jié)性變化、來源、分布以及產(chǎn)生的危害性的現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：氨氣

霾污染

大氣污染前言：NH3是大氣中最重要的堿性氣體，是一種無色但具有強(qiáng)烈刺激氣味的氣體。NH3的濃度因地區(qū)、季節(jié)等因素差異較大。中國地區(qū)的NH3濃度與化肥施用量和溫度呈正相關(guān)，夏季較高，冬季較低[1]。氨氣不僅在大氣中通過光化學(xué)反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨等氣溶膠粒子，降低大氣能見度、引發(fā)灰霾污染、損害人體健康；還會增加大氣氮沉降導(dǎo)致土壤和水體酸化、降低陸地和水體生態(tài)系統(tǒng)多樣性，影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能[1,2]。本文總結(jié)了關(guān)于氨氣日變化、季節(jié)性變化、來源、分布以及危害性的研究現(xiàn)狀。氨氣的時間變化1.1氨氣的日變化氨的日變化受到輻射源排放和溫度、濕度、風(fēng)速等氣象參數(shù)的影響[1]。NH3的日變化較為規(guī)律，早晚大氣氨濃度較低，午后最高。日間變化規(guī)律主要與溫度相關(guān)，溫度對氨揮發(fā)的影響是多方面的:在一定范圍內(nèi)升高溫度可以促使液相中氨態(tài)氮和銨態(tài)氮的平衡向氨態(tài)氮的方向遷移;溫度升高有利于增加氨的擴(kuò)散速率;由于影響氨氣濃度的因素較多導(dǎo)致不同區(qū)域氨氣的濃度也有較大差異。但他們在日變化濃度上都呈現(xiàn)出早晚較低、午后最高的變化趨勢。1.2氨氣的季節(jié)性變化排放源和溫度的變化對NH3的濃度有一定的影響。研究表明，大氣NH3濃度與溫度存在一定的的相關(guān)關(guān)系。由于溫度的變化幅度隨季節(jié)變化的幅度最大，對于中國大多數(shù)地區(qū)，不同季節(jié)溫度最高能相差幾十倍，是影響大氣NH3濃度最重要的氣象因子。我國區(qū)域NH3濃度整體呈現(xiàn)春夏季高冬季低的趨勢。這是由于春夏季大氣中88%的NH3來源于土壤施肥以及其他農(nóng)業(yè)活動[2]。作為NH3排放的主要來源，超過65%的施肥和超過50%的牲畜排放發(fā)生在春季和夏季。尤其在氮施肥后氨濃度急劇增加。冬天可能是由于氣溫較低，NH3揮發(fā)減少，農(nóng)業(yè)活動也較少導(dǎo)致濃度偏低，也可能歸因于寒冷天氣條件下氣體到顆粒的轉(zhuǎn)化[1]。氨氣濃度在空間上的分布我國氨的排放量呈逐年增長的趨勢，尤其是改革開放以來農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)以及家禽飼養(yǎng)的快速發(fā)展，氨的年排放量也迅速增加。我國氨排放量最大的是河南、四川和山東。排放的地域分布很不均勻，每年排放密度大于4t/km2的有上海、山東、河南、江蘇、天津和北京。NH3濃度最低的地區(qū)在青藏高原、內(nèi)蒙古北部和新疆省，這是由于人口稀少、耕地面積小且氮肥投放少，每年全國氨的排放密度為1.2t/km2[4]。總的來說，氨氣排放量的增加是由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們對生活水平的要求提高，導(dǎo)致工業(yè)、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)上各種工業(yè)生產(chǎn)、廢物處理，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)上氮肥的使用量提升、土壤性質(zhì)的改變和牛羊集中化養(yǎng)殖，可能導(dǎo)致區(qū)域氨氣濃度增加，迅速超過環(huán)境閾值，破壞大氣平衡[1]。氨的來源本文從三個方面總結(jié)了氨來源，第一方面是氮?dú)馔ㄟ^兩種自然作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，即氮循環(huán)的硝化作用產(chǎn)生氨氣。第一種途徑是通過銨鹽和硝酸鹽的直接沉積，他們通過雨水以可溶物和微塵的形式進(jìn)入到土壤中，當(dāng)過量的銨鹽通過此途徑加入到土壤中時會導(dǎo)致土壤酸化和富養(yǎng)化，改變了植被并提高了大氣層中的氨氣含量。第二種途徑是通過細(xì)菌的固氮作用將分子態(tài)的氮還原成氨，從而提高大氣中氨的濃度。這種固氮作用使世界上氨氣釋放量大約每年增加1t[5]。第二方面是農(nóng)業(yè)方面的各種生產(chǎn)活動，農(nóng)業(yè)氨排放是我國氨排放的最主要來源，約占全國氨排放總量的80%，其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)是我國氨排放最大的貢獻(xiàn)源，其次就是種植業(yè)含氮化肥的使用[6]。對歐洲各國氨排放量的統(tǒng)計表明，動物對氨排放量的貢獻(xiàn)達(dá)到了75%以上[4]。氮肥的使用對大氣中氨氣的濃度影響也十分顯著，特別是到農(nóng)田施肥季節(jié)，氨氣的濃度總是急劇上升的。第三方面是燃燒、化學(xué)工業(yè)、汽車的使用及其他人類的認(rèn)為排放。根據(jù)數(shù)據(jù)表明每年通過燃燒產(chǎn)生的全部氨大約在2.1~8.1t。生產(chǎn)化肥的化學(xué)工業(yè)和制冷系統(tǒng)的應(yīng)用都產(chǎn)生氨[5]。其他人為排放包括道路交通、工業(yè)排放、人類和寵物的排泄物、污水、垃圾填埋場等也能夠產(chǎn)生大量的氨氣。氨的危害性4.1氨對環(huán)境的影響NH3作為大氣中含量最高的堿性氣體，在大氣污染化學(xué)中也扮演著重要的角色。NH3如果以氣態(tài)形式存在于空氣中，它的停留時間很短暫，大概只有幾個小時到幾天。這是由于它極易被空氣中水蒸氣吸收，與大氣中的酸性氣體反應(yīng)生成以NH4+存在的氣溶膠，如(NH4)2SO4、NH4NO3等，或經(jīng)過氣體干沉降的形式降落到植被、土壤或水體表面。以NH4+形式存在的氣溶膠在大氣中的活性很低，但停留時間很長(1-10天），可以在大氣中進(jìn)行長距離輸送，導(dǎo)致區(qū)域污染。NH4+是大氣氣溶膠的重要組成部分，(NH4)2SO4和NH4NO3等是大氣顆粒物PM10和PM2.5的主要成分，NH4+對顆粒物的形成有重要貢獻(xiàn)。大氣顆粒物對于空氣質(zhì)量、大氣能見度、氣候變化、地球輻射熱量平衡及人體健康都會產(chǎn)生不同的影響，大氣顆粒物濃度的持續(xù)累積，是導(dǎo)致霾污染的主要原因[2]。

最新研究發(fā)現(xiàn)，大氣NH3促進(jìn)了大氣二次顆粒物的形成和增長，是霾污染形成的催化劑，在大氣中一次污染物向二次污染物轉(zhuǎn)化過程中最重要的媒介。PM直接排放到大氣中（主要PM）約占觀測到的PM2.5質(zhì)量的40~50%。大氣中的氣體到顆粒的轉(zhuǎn)化過程（包括有機(jī)的和無機(jī)的）導(dǎo)致了次級PM的形成，占了剩余的50~60%[1]。作為大氣中唯一的堿性氣體，氨氣在于與二氧化硫、氮氧化物等酸性物質(zhì)反應(yīng)生成的銨鹽，就形成了霧霾中最主要的兩種銨鹽——硫酸銨、硝酸銨。數(shù)據(jù)顯示，在重污染天氣中，硫酸銨、硝酸銨的質(zhì)量總和約占PM2.5的40%~60%，越嚴(yán)重的污染天氣，則比例越高。氨與二氧化硫、氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物VOCs反應(yīng)生成二次有機(jī)氣溶膠顆粒物SOA，從而影響全球輻射平衡、降低空氣能見度[7]。參考文獻(xiàn)[1]竇應(yīng)鉑,徐瑩瑩.大氣氨氣濃度、來源及危害研究進(jìn)展[J].石化技術(shù),2022,29(05):178-180.[2]周焱博.中國典型地區(qū)氨氣濃度時空分布研究[D].南京信息工程大學(xué),2017:1-32.[3]董婧,孫長虹,王永剛,王旭,李明蔚,伍娟麗.北京市典型農(nóng)業(yè)區(qū)域大氣環(huán)境氨濃度動態(tài)變化分析[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報,2017,7(03):262-267.[4]孫慶瑞,王美蓉.我國氨的排放量和時空分布[J].大氣科學(xué),1997(05):79-87.[5]姚善卓,張玲玲,李友杰.氨氣來源及氨氣傳感