Surveillance NH3

L'ammoniac (NH3) est un polluant atmosphérique courant que beaucoup de gens ne réalisent peut avoir d'importantes implications environnementales. Bien qu'il soit absent de nombreux critères mondiaux de qualité de l'air, y compris ceux de l'Organisation mondiale de la santé, l'ammoniac joue toujours un rôle crucial à la fois dans la nature et l'industrie. Ce gaz incolore, connu pour son odeur distincte et âcre, est produit naturellement par les organismes vivants et est essentiel à la croissance des plantes et à la santé du sol dans le cadre du cycle de l'azote. Cependant, lorsqu'il n'est pas géré correctement, l'ammoniac peut contribuer à des défis environnementaux tels que la pollution de l'air et de l'eau. Comprendre l'ammoniac, ses utilisations et son impact environnemental est essentiel pour prendre des décisions éclairées concernant notre interaction avec ce puissant composé dans notre vie quotidienne et nos industries. 

Plongeons dans le monde de l'ammoniac et explorons son importance dans la nature et les activités humaines. Cet article couvre des informations sur l'ammoniac, ses sources dans l'air ambiant, les niveaux permis, l'impact sur la santé et l'environnement, les mesures correctives possibles, la nécessité de surveiller l'ammoniac et différentes méthodes de surveillance de NH3.

L'ammoniac (NH3) est un gaz toxique contenant un azote et trois atomes d'hydrogène. Il se trouve naturellement à des niveaux traces mais peut également être généré par des processus industriels. L'ammoniac est utilisé dans la production d'engrais, de réfrigération et de produits de nettoyage. Il est utilisé comme matière première pour produire des composés tels que le monoxyde d'azote. L'ammoniac est un gaz incolore à température ambiante avec une odeur très âcre et irritante détectable à des concentrations aussi faibles que 1–5 ppm dans l'atmosphère.

L'ammoniac (NH3) est un gaz toxique qui peut irriter les yeux, le nez, la gorge et les voies respiratoires. L'inhalation de grandes quantités de NH3 peut être fatale. Ce gaz hautement réactif, corrosif et alcalin se dissout facilement dans l'eau pour former de l'hydroxyde d'ammonium. Bien qu'il ne soit pas hautement inflammable, il peut exploser lorsqu'il est exposé à une chaleur intense. Ces dangers potentiels soulignent la nécessité de prudence et de vigilance lors de la manipulation de l'ammoniac. 

L'ammoniac dans l'atmosphère :

Le NH3 est le gaz alcalin le plus abondant dans l'atmosphère, libéré naturellement par le sol à partir de processus bactériens et de matière organique en décomposition, y compris les plantes, les animaux et les déchets animaux.  

Dans l'atmosphère, l'ammoniac réagit avec des polluants acides, tels que les produits des émissions de SO2 et de NOx, pour produire de fines aérosols contenant des ions ammonium (NH4+). Bien que la durée de vie atmosphérique de NH3 soit relativement courte, il peut être transporté sur des distances de moins de 10 à 100 km, tandis que NH4+ peut être transféré sur des distances beaucoup plus longues (100->1000 km) (Asman et al. 1998, Fowler et al. 1998).

La transformation du gaz ammoniac dans l'atmosphère est basée sur la réaction chimique avec des espèces de gaz acides qui forment des aérosols de sel NH4+, également connus sous le nom de PM2.5 inorganique secondaire. L'ammoniac gazeux réagit d'abord avec l'acide sulfurique (H2SO4) pour former du sulfate d'ammonium ((NH4)2SO4), et si une plus grande quantité d'ammoniac est disponible, il réagit ensuite avec l'acide nitrique (HNO3) pour former du nitrate d'ammonium (NH4NO3). Ces réactions dépendent fortement de la concentration atmosphérique d'ammoniac (NH3), d'oxydes d'azote (NOx), d'oxydes de soufre (SOx), de la température et de l'humidité. 

En plus de la pollution de l'air, l'ammoniac dans l'air, lorsqu'il est absorbé par l'eau, contribue à l'acidité, à la salinisation et à l'oxydation des sels d'ammonium dans les rivières, ce qui affecte la vie marine. En raison de l'abaissement des émissions de SOx dans les zones urbaines, le nitrate d'ammonium formé par réaction avec HNO3 est la principale source de particules fines, spécifiquement libérées par les sources agricoles.

Les sources principales d'ammoniac sont les processus agricoles, en particulier la fabrication d'engrais et la gestion des déchets d'élevage. Le fumier animal, qui contient du NH3, est mélangé avec d'autres matières organiques inutiles, telles que le foin et le ruissellement d'eau, pour créer une boue. Cette combinaison est laissée au repos jusqu'à ce qu'elle se transforme en un engrais naturel. L'ammoniac est produit naturellement comme un sous-produit de ce processus. En conséquence, ces opérations agricoles entraînent une augmentation significative des concentrations de NH3 au printemps. L'agriculture est estimée responsable de 80 % à 95 % des émissions d'ammoniac dans les pays développés, qui réagissent ensuite avec le H2SO4 mentionné ci-dessus provenant du SO2 et le HNO3 des NOx pour produire des PM. En fait, l'ammoniac agricole représente jusqu'à 50 % des particules en suspension dans les villes européennes et 30 % (États-Unis) de la pollution de l'air PM2.5. (Katie et al., 2022)

Il se trouve également dans de nombreux produits de nettoyage ménagers et industriels. 

• Émissions des véhicules : Les émissions de NH3 des véhicules sont co-émises avec des oxydes d'azote (NOx) et peuvent avoir une voie de formation de particules plus efficace dans les environnements urbains que le NH3 provenant des activités agricoles, qui ont tendance à être émises dans des régions rurales à faibles NOx. La combustion de l'essence émet 0,30-0,47 g/kg d'ammoniac dans l'atmosphère. La combustion du diesel contribue à 0,34–0,50 g/kg. (Qijun et al., 2020).

Deux sources principales d'émissions de NH3 provenant des véhicules routiers sont les véhicules à essence équipés de catalyseurs et les véhicules diesel légers et lourds qui s'appuient sur la réduction catalytique sélective (RCS). 

• Usine de traitement des eaux usées : L'ammoniac dans les eaux usées fait référence à l'azote sous forme d'ammoniac libre et d'ammonium ionique, qui est principalement produit par la décomposition de matières organiques contenant de l'azote dans les eaux usées résidentielles, la synthèse de l'ammoniac et d'autres eaux usées industrielles, ainsi que le drainage agricole. 

L'oxydation de NH4+-N réduit la concentration d'oxygène dissous dans l'eau, entraînant une eau sombre et malodorante et une réduction de la qualité de l'eau, ce qui affecte la survie des animaux et des plantes aquatiques. 

Le traitement des déchets d'eaux usées peut produire une grande quantité d'ammoniac. S'il n'est pas surveillé et contrôlé, cela peut être fatal.

• Notions de base sur la production d'ammoniac : L'ammoniac (NH3) est un produit chimique important utilisé pour fabriquer des engrais, des plastiques, des colorants et de nombreux autres produits.
• Le processus Haber-Bosch, qui transforme l'hydrogène et l'azote en ammoniac, pourrait être l'une des réactions chimiques commerciales les plus significatives jamais mises au point. La technologie a rendu l'engrais ammoniac largement disponible, contribuant à un boom démographique mondial en augmentant rapidement les rendements agricoles sur une courte période.

Au niveau mondial, la production d'ammoniac a considérablement augmenté ces dernières décennies, avec une production dépassant 180 millions de tonnes métriques par an ces dernières années, selon les estimations de l'industrie. Entre 75 et 90 % de cet ammoniac est destiné à la fabrication d'engrais, et environ 50 % de la production alimentaire mondiale dépend des engrais ammoniac. 

• L'ammoniac dans diverses industries : L'ammoniac est vital dans de nombreuses industries en raison de sa polyvalence. En agriculture, il est utilisé dans les engrais pour augmenter les rendements des cultures. L'industrie pharmaceutique utilise l'ammoniac dans la production de médicaments, tandis qu'il sert également de réfrigérant dans la réfrigération et est essentiel dans la fabrication de textiles et de produits de nettoyage. Dans la pétrochimie, l'ammoniac est un précurseur de produits comme l'urée, le nitrate d'ammonium et les plastiques. Il aide également à réduire les émissions de soufre dans les processus industriels grâce à la désulfuration des gaz de combustion.

Les concentrations de rupture décrivant la qualité de l'air en fonction des concentrations d'ammoniac dérivées en Inde sont données ci-dessous. Ici, les niveaux moyens quotidiens de NH3 dans l'air ambiant allant jusqu'à 400 µg/m3 (soit 0,574 ppm) sont considérés comme satisfaisants.  

Tableau : Points de rupture du NH3 (µg/m3) - 24h en Inde

[Source : Indice de qualité de l'air ambiant national, CPCB (oct 2014)]

En plus des limites ambiantes, les limites d'exposition permises de NH3 en termes d'exposition professionnelle continue en intérieur sont données ci-dessous :

La limite d'exposition permise (PEL) donnée par OSHA (Occupational Safety and Health Administration) définit la concentration maximale de NH3 à laquelle un travailleur non protégé peut être exposé. La PEL peut faire référence à une moyenne pondérée sur huit heures (TWA), à une limite d'exposition à court terme de 15 minutes (STEL), ou à une concentration limite instantanée (CL) qui ne peut pas être dépassée pendant une période donnée. De même, la limite d'exposition recommandée (REL) est la limite d'exposition professionnelle recommandée par le NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health), et les TLVs (c'est-à-dire, les valeurs limites seuil) sont les lignes directrices d'exposition données par l'ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists).

Concentrations d'ammoniac et effets sur la santé : 

Connaître les risques. Restez informé sur la façon dont différents niveaux d'exposition à l'ammoniac impactent votre santé. 

Source - NAQI selon le CBCB. Valeurs moyennes horaires de 2 h

Le tableau ci-dessus décrit la concentration d'ammoniac en (µg/m3) avec ses effets sur la santé.

Il existe des valeurs limites d'exposition professionnelle indicatives recommandées pour l'exposition à l'ammoniac, qui varient en fonction du pays.

Impact sur la santé :

Le gaz ammoniac peut nuire à la santé d'un individu car il est irritant et toxique. Par conséquent, il est essentiel de prendre soin lors de sa manipulation pour éviter l'exposition et protéger la sécurité humaine. Voici quelques dangers pour la santé courants que l'on peut rencontrer en cas d'exposition au gaz ammoniac :  

• Lorsqu'il est inhalé à des niveaux élevés, l'NH3 est un gaz nuisible qui irrite les voies respiratoires et les yeux. De plus, même à des concentrations plus faibles, il peut provoquer des irritations de la gorge et de la peau.
• Des niveaux élevés d'exposition à l'ammoniac peuvent provoquer un empoisonnement, entraînant des symptômes tels que confusion, étourdissements et convulsions, et peuvent même être fatals dans des cas graves.
• Une exposition chronique à de faibles niveaux d'ammoniac peut avoir des conséquences à long terme sur la santé, notamment une bronchite chronique, de l'asthme et des dommages pulmonaires.
• L'ingestion d'ammoniac liquide peut entraîner des problèmes digestifs tels que nausées, vomissements et douleurs abdominales.
• Les enfants sont plus vulnérables à l'exposition à l'NH3 en raison de leur taux de respiration plus élevé par rapport à leur poids corporel, ce qui augmente la dose d'ammoniac inhalée par kilogramme de masse corporelle. Leur taille plus courte les rend également plus susceptibles d'inhaler des vapeurs d'NH3 qui restent près du sol.

Les effets toxiques associés à l'exposition à la concentration d'NH3 sont indiqués ci-dessous :

[Source de l'aperçu toxicologique de l'ammoniac, Santé publique Angleterre]

Impact environnemental :

L'ammoniaque pollue les habitats terrestres et aquatiques, provoquant l'eutrophisation et l'acidification. Lorsqu'il est utilisé comme engrais, l'azote dans NH3 peut s'infiltrer dans le sol, augmentant son acidité et impactant négativement la croissance des plantes. De plus, NH3 peut s'évaporer dans l'air environnant, contribuant à la pollution de l'air et formant des particules nocives (PM2.5). Cela peut réduire la qualité de l'air et poser des risques pour la santé des communautés et des écosystèmes voisins. Il est dangereux pour les organismes aquatiques ; l'accumulation de contaminants dans leurs corps entraîne la mort. Des niveaux accrus d'azote induisent également une surcroissance d'algues, qui bloque la lumière et prive les plantes de nutriments, entraînant leur mort. 

Les plantes comme les lichens et les mousses sont particulièrement sensibles aux niveaux d'azote. Même une légère augmentation peut être mortelle. Cela a un impact sur la faune environnante, qui dépend de ces espèces pour survivre. 

Formation d'aérosols inorganiques secondaires (SIA) : L'ammoniaque réagit avec le H2SO4 et le HNO3 présents dans l'atmosphère pour former des sels d'ammonium qui restent dans l'atmosphère pendant quelques jours jusqu'à une semaine sous forme de matière particulaire avant de se déposer à nouveau au sol, impactant la santé humaine et l'environnement à grande échelle. 

Soyez prudent, car les vapeurs d'ammoniaque sont nuisibles aux animaux d'élevage. Les producteurs de lait, de porcs et de volailles travaillant près ou en aval d'une libération ou d'une libération potentielle doivent être informés afin que des mesures nécessaires puissent être prises.

L'action principale est la surveillance de NH3, c'est-à-dire mesurer la concentration à laquelle vous êtes exposé au NH3. En plus de cela, les mesures correctives suivantes peuvent être prises :

• Évitez d'aller ou de rester dans des zones basses où le NH3 est produit ou utilisé, telles que les fermes agricoles ou avicoles.
• Pour éviter l'exposition, les travailleurs manipulant du gaz ammoniaque doivent utiliser un équipement de protection individuelle (EPI) approprié, tel que des respirateurs, des lunettes de protection, des gants et des vêtements de protection. 
• Les installations manipulant du gaz ammoniaque doivent disposer de systèmes de ventilation adéquats pour éviter que des quantités nuisibles de gaz ammoniaque ne s'accumulent dans l'air. 
• Le gaz ammoniaque est classé comme un matériau dangereux pour le transport, et des réglementations strictes s'appliquent à son transport par route, rail ou mer.
• Les équipements et installations manipulant du gaz ammoniaque doivent être régulièrement inspectés et entretenus pour prévenir les fuites ou autres dangers pour la sécurité.
• Les installations manipulant du gaz ammoniaque doivent se conformer aux lois et normes de sécurité applicables, telles que celles établies par l'OSHA, l'EPA ou les autorités municipales.

Les différents principes de fonctionnement pour la surveillance de l'ammoniac dans l'environnement ambiant sont la chimiluminescence, les semiconducteurs et l'électrochimie.

Chimiluminescence - Les moniteurs de NH3 basés sur la méthode de chimiluminescence mesurent en continu le NH3 et les NOx avec quelques modifications. Dans le moniteur de NH3, un module de convertisseur thermique de NH3 est placé en amont de l'analyseur de NOx par chimiluminescence conventionnelle, où le NH3 et le NO2 sont transformés en NO dans une partie du flux d'air. En revanche, l'autre partie contient la teneur en NO d'origine. Les deux flux sont envoyés pour réagir avec l'ozone (O3) dans une chambre de réaction, où la lumière produite par la réaction chimiluminescente entre l'O3 et le NO est mesurée photométriquement et enregistrée. Le moniteur d'ammoniac détecte ensuite le NOx total après être passé à travers des épurateurs de NH3 dans un canal séparé, de sorte que la différence entre les deux signaux soit proportionnelle à la concentration totale de NH3 dans l'échantillon d'air. Pour les moniteurs de NH3 basés sur ce principe, des précautions spécifiques doivent être prises pour traiter les interférences causées par d'autres composés azotés organiques qui peuvent se transformer en NO, entraînant des résultats inexacts.

Semiconducteur - Lorsqu'un moniteur d'ammoniac basé sur un semiconducteur à oxyde métallique est exposé à un échantillon d'air, les molécules de NH3 réagissent sur la surface de l'oxyde métallique du capteur et se dissocient en ions chargés, modifiant la résistance du film. Cette interaction est mesurée comme un signal et est convertie en concentration de gaz. Cependant, la consommation d'énergie de tels moniteurs d'ammoniac est supérieure à celle d'autres moniteurs.

Électrochimique - Les moniteurs de NH3 fonctionnant selon le principe électrochimique sont opérés sur la base de la diffusion du gaz ammoniaque dans le capteur, produisant des signaux électriques proportionnels à la concentration de NH3. Cela permet une mesure précise même des faibles concentrations de NH3, ce qui est essentiel dans la surveillance du NH3 dans l'air ambiant. 

[Source : https://docs.smartcitizen.me/Components/sensors/Electrochemical%20Sensors/]

Oizom fournit une gamme de modules de capteurs d'Ammoniac (NH3) pour surveiller les niveaux variés de NH3 selon vos besoins. Nos capteurs mesurent avec précision le NH3 dans des conditions ambiantes, détectant des concentrations en ppb/ppm. Ce capteur surveille l'ammoniac en temps réel. Ce capteur est intégré dans un boîtier en métal et des électroniques de support à ultra faible bruit, le rendant compact et fiable. Cela permet une détection précise des gaz même à des concentrations très basses dans l'atmosphère. Ce capteur fonctionne sur le principe de travail électrochimique pour mesurer la qualité de l'air environnemental.

Ce capteur subit une calibration utilisant des gaz et des outils standards pour assurer une haute sensibilité et précision. Chaque capteur de gaz est calibré avec des contrôles de zéro et d'étendue dans un laboratoire contrôlé, suivant la Section 12.2 du Manuel d'Assurance Qualité de l'EPA des États-Unis pour les Systèmes de Mesure de la Pollution de l'Air Volume II. La calibration est effectuée à l'aide de normes de gaz traçables par le NIST pour une performance fiable.

Le module de capteur NH3 est intégré dans des systèmes de surveillance de la qualité de l'air extérieur comme AQBot et Odosense. Il est idéal pour les égouts, le traitement des eaux usées, les industries, les décharges, la gestion des déchets solides et les projets de recherche sur la qualité de l'air. En utilisant ce module de capteur, les utilisateurs peuvent s'assurer qu'ils reçoivent des données précises et en temps réel sur les niveaux de NH3, aidant à surveiller et gérer efficacement la qualité de l'air dans divers environnements.

1. Compact : Nos capteurs sont petits et faciles à installer, parfaits pour une utilisation dans n'importe quel espace, ce qui les rend idéaux pour la surveillance de la qualité de l'air portable. Les capteurs NH3 sont pré-calibrés et peuvent être rapidement remplacés en quelques minutes en retirant le capteur ancien et en le remplaçant par un nouveau.
2. Durable : Le capteur NH3 a une longue durée de vie de presque deux ans.
3. Économe en énergie : Il n'est pas nécessaire de s'inquiéter de la consommation d'énergie car nos capteurs sont précis et économiques en énergie. Alimentés avec seulement 3,3 à 5V pour des performances efficaces et fiables !
4. Technologie de capteur en interne : Oizom applique des algorithmes avancés de traitement des données pour compenser les effets de la température et de l'humidité sur la sortie du capteur. L'algorithme est conçu pour se mettre à jour automatiquement en fonction des conditions météorologiques et des changements saisonniers, éliminant son influence sur la performance du capteur. Les algorithmes avancés compensent également l'effet des gaz croisés sensibles.
5. Électronique à ultra faible bruit : Le design du module de capteur est crucial pour des mesures précises. Chaque capteur est logé dans un boîtier en métal avec des électroniques à ultra faible bruit et un PCB de base. Le boîtier en métal protège le capteur et les électroniques des interférences électromagnétiques, empêchant les lectures erronées.
6. Conforme RoHS : Nos capteurs respectent les critères RoHS pour la restriction des substances dangereuses dans les appareils électriques et électroniques.

Des actions simples peuvent réduire les niveaux d'ammoniac, mais elles doivent être appliquées à l'échelle nationale. 

• L'ammoniac (NH3) est un gaz très soluble, incolore, avec une forte odeur âcre principalement libéré par la décomposition de la matière organique, y compris les déchets animaux et l'utilisation d'engrais.
• Le NH3 forme des particules secondaires de sels ammoniacaux (NH4+) en réagissant avec les acides SOx et NOx, qui se déplacent sur de grandes distances dans l'air, impactant la santé humaine et l'environnement à des échelles locales et internationales (transfrontalières). 
• Le NH3, au contact ou lorsqu'il est inhalé, réagit rapidement avec les parties du corps contenant de l'humidité et cause des irritations et des dommages aux cellules des yeux, du nez, de la gorge et des voies respiratoires. De plus, il joue un rôle significatif dans le dépôt de l'azote atmosphérique dans les écosystèmes sensibles, causant l'acidification et l'eutrophisation des sols et des eaux naturelles. 
• Les niveaux de gaz ammoniac dans l'atmosphère doivent être surveillés fréquemment, en particulier dans les contextes industriels et agricoles où il est couramment utilisé. Cela peut réduire l'exposition à des quantités dangereuses de gaz ammoniac tout en protégeant l'environnement. 
• La surveillance du gaz ammoniac dans l'atmosphère est essentielle pour protéger la santé humaine, l'environnement et la conformité réglementaire. Une surveillance régulière peut aider à identifier les sources d'émissions d'ammoniac et à exécuter des actions de réduction, entraînant un environnement plus sûr et plus sain pour tous.
• La surveillance en temps réel des niveaux de NH3 aide à calculer l'indice de qualité de l'air pour délivrer des avis de santé et formuler un plan d'action pour respecter les normes.