Кратко и по существу — обзор химии SO2 и NOx в атмосфере, их роль в кислотных осадках, методы мониторинга и эффективные химические/технологические подходы к снижению выбросов.

1) Источники и первичные формы

SO2: главным образом сгорание ископаемых $уголь,мазут$, металлургия $обжигруд$, вулканы, биомасса. Выделяется в виде SO2$g$.NOx $NO+NO2$: основная доля — выхлопы двигателей, теплоэлектростанции, промышленные печи; при высокотемпературном окислении N2 образуется преимущественно NO, затем частично окисляется до NO2.

2) Газофазные и гидратные преобразования $ключевыехимическиепути$

Окисление SO2 -> сульфат $SO{4}^2-$

Газовая линия: SO2 + OH $+M$ → HOSO2 $+M$ → $рядбыстрыхреакций$ → SO3 → H2SO4 $газоваяобразуетH2SO4,способствующуюнуклеациииростуаэрозолей$. Газовая конверсия обычно медленна и важна для образования новых частиц.Водная фаза $воблаках/капляхинагигроскопичныхаэрозолях$ — доминирующий путь превращения SO2 в сульфат:диссоциация/гидратация: SO2·H2O ⇄ HSO3^- + H+ $вкапле$окисление бисульфита HSO3^- несколькими окислителями:
HSO3^- + H2O2 → SO4^2- + H2O + H+HSO3^- + O3 → SO4^2- + O2 + H+каталитическое окисление растворённым кислородом в присутствии Fe/Mn $металло-каталитическиепути$ — очень важны в загрязнённых облаках/тумане.Итог: образование растворимого сульфата $SO{4}^2-$ и/или конденсация H2SO4 → частиц $сульфатныеаэрозоли$.

Окисление NOx -> нитрат / азотная кислота $HNO3$

Днём: NO2 + OH $+M$ → HNO3 — важный дневной путь удаления NOx.Ночью: NO2 + O3 → NO3; NO3 + NO2 ⇄ N2O5 $термодинамическисмещеновN2O5принизкихT$; N2O5 гидролизует на поверхностях аэрозолей/каплях:N2O5 $ads$ + H2O → 2 HNO3 $гетерогеннаяреакция$ — ключевой ночной путь превращения NOx в HNO3.Нитрат может существовать в газовой форме $HNO3$ и в частицах $NO{3}^{-}$, особенно в виде аммониевых солей: NH4NO3 $температурнозависимаятеплообратимаяфаза$.Дополнительно: гетерогенные реакции NO2 → HONO на поверхностях $стекло,автомобили,почва$ — источник HONO, который фотолизом становится важным утренним источником OH.

3) Вклад в кислотные осадки и экологические эффекты

Основные кислоты: H2SO4 $изSO2$ и HNO3 $изNOx$. Они переходят в твердую/жидкую фазу и доставляются к поверхности в форме:
Мокрая депозиция $кислотныйдождь,снег,туман$ — растворенные H2SO4/HNO3 или сульфаты/нитраты.Сухая депозиция — газообразные HNO3, SO2, аэрозоли $NH4$2SO4, NH4NO3 и пр.Последствия:
Подкисление почв и водоемов $выводкатоновщелочныхметаллов,мобилизациятяжёлыхметаллов,повреждениеводныхэкосистем$.Коррозия материалов, повреждение растительности $листовыеожоги,снижениефотосинтеза$.Нитратный азот способствует эвтрофикации при депонировании на земле/воде.Нейтрализация в атмосфере и на поверхности:
Аммиак $NH3$ нейтрализует кислоты, образуя аммониевые соли $NH4$2SO4, NH4NO3 — это снижает кислотность осадков, но увеличивает концентрацию вторичных PM2.5 $вреддляздоровья$.Лаймирование $CaCO3$ почв/водоемов — локальная химическая мера восстановления.

4) Временные масштабы преобразований и перемешивание

Время жизни SO2: от ~1 дня до нескольких дней в зависимости от условий и влажности $воднаяфазаускоряетпреобразование$.NOx: чаще часы — сутки; ночные гетерогенные пути и дневная реакция с OH определяют быстрое удаление в HNO3.Следствие: региональное распространение $сульфаты/нитратымогутпереноситьсясотникм$.

5) Методы мониторинга $химическиеиспектроскопические$

Для SO2:
UV-флуоресценция $стандартдлямониторингастационарныхисточниковиатмосферноговоздуха$.DOAS/C-DOAS $дифференциальныйоптическийспектроскопическийанализ$ — локальное/сеть/таленые измерения, также для столбовых профилей.Спутниковые приборы $OMI,TROPOMI$ — пространственные карты эмиссий/столбовых сумм.Пасcивные диффузионные пробоотборники $длительныеинтегральныеизмерения$.Для NOx / NO2 / NO:
Хемилюминесценция $NO+O3\to NO2\ast \to NO2+h\nu$ с последующей фотометрией для NO2 $частоиспользуетсяпослепредварительногопреобразованияNO2\to NO$.Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy / TDLAS $лазерныеметоды$.DOAS $столбовыеизональныеизмерения$.Спутники $TROPOMI,OMI$ — хорошие для наблюдения распределения NO2.Для HNO3, HONO, газофазных кислот:
Пассивные/активные денудеры $денудер+IC$ и конденсационные пробоотборники.CIMS $chemicalionizationmassspectrometry$ для следовых газов.Для сульфатов/нитратов в аэрозолях и мокрой депозиции:
Фильтры + ионная хроматография $IC$ $частицыPM2.5/10$.Aerodyne AMS $AerosolMassSpectrometer$ — химическая композиция аэрозолей в реальном времени.PILS-IC $particle-into-liquidsampler+IC$ — онлайн измерение растворимых ионов.Коллекторы мокрой депозиции $+лабораторныйанализ$.Качество мониторинга: регулярная калибровка, контрольные газы, учет метеоусловий, совместное использование методов $локальныестанции+спутники+полевыекампании$.

6) Технологические химические подходы к снижению выбросов $эффективныемеры$

Контроль SO2 $сероснижение$:
Снижение на источнике: использование низкосернистого топлива, предварительная очистка топлива $коалуошинг$, переход на газ/возобновляемые источники.Flue Gas Desulfurization $FGD$:Влажные FGD $limestone-gypsum$: CaCO3 + SO2 → CaSO3 → CaSO4·2H2O (эффективность >90%).Сухие/полусухие системы $spray-dryerabsorption,circulatingdryscrubbers$ с использованием Ca$OH$2 или NaHCO3.Sorbent injection $мгновенноевведениереагента,напримерCaO/NaHCO3$ — дешевле, но эффективность ниже.Конверсия при металлургии: улавливание и переработка SO2 в серную кислоту $полезныйпобочныйпродукт$.Контроль NOx:
Превентивные меры: low-NOx burners, staged combustion, flue gas recirculation — снижают образование NOx при сгорании.Постсжигание:SCR $SelectiveCatalyticReduction$: NH3 + NOx + O2 —$катализатор$-> N2 + H2O. Очень высокие эффективности $70–95$ при оптимальной температуре и каталитере $V2O5/TiO2илидругие$. Требует подбора температуры, управления аммиаком (аммиачный "слеп").SNCR $SelectiveNon-CatalyticReduction$: введение NH3/мочевины в топку $900–1100°C$ без катализатора — эффективность 30–70% в зависимости от условий.Технологии для транспорта: каталитические нейтрализаторы $three-waycatalysts$, DEF/AdBlue и SCR на дизеле, LNT $leanNOxtrap$, каталитические окислители.Новые и вспомогательные методы: плазменные системы, электрокатализ, комбинированные подходы $SNCR+SCR$.Снижение вторичных аэрозолей:
Контроль эмиссий NH3 $с/х,животноводство,удобрения$ уменьшает образование NH4NO3/NH4SO4 — важен для сокращения PM2.5.Регуляторные и интегрированные подходы:
Рыночные механизмы $cap-and-trade$, стандарты, контроль источников, мониторинг в реальном времени.Комбинация технических мер на источнике + уменьшение спроса на высокосернистые/углеводородные топлива.

7) Практические рекомендации для политики и практики

Лучший путь уменьшить кислотные осадки — сокращение выбросов предшественников у источника: FGD для SO2 и SCR/low-NOx для NOx, плюс переход на низкоуглеродные и низкосернистые топлива.Комплексный мониторинг $локально+дистанционно/спутник$ для верификации эффектов мер и управления выбросами.Контроль аммиака важен как сопутствующая мера, т.к. он влияет на формирование частиц и нейтрализацию кислот.Локальные ремедиационные меры $лаймированиеводоемов/почв$ дают временное облегчение, но не устраняют причину $эмиссии$.Интеграция химических знаний $кинетика,гетерогенныереакции$ в модели прогнозирования помогает выбирать приоритеты мер $например,влияниевлажности/металловнаскоростьконверсииSO2\to сульфат$.

8) Заключение
Химия превращения SO2 и NOx определяется балансом газовых и водных путей, метеоусловиями и наличием катализаторов $металлов,аэрозолей,NH3$. Эффективная борьба с кислотными осадками требует сочетания технических мер на источнике $FGD,SCR,модернизациясжигания$, контроля сопутствующих эмиссий $NH3$ и качественного мониторинга $полевыеметоды+спутники$. Химические методы $нейтрализация,улавливание,каталитическоевосстановление$ дают высокую эффективность, но требуют правильной эксплуатации, контроля побочных продуктов $аммиачныйслеп,образованиеPM$ и интеграции с регуляторной политикой.

Если нужно, могу:

привести типичные уравнения с кинетическими константами и оценками времен жизни,описать конкретные технологии FGD/SCR и их сравнение по стоимости и эффективности,предложить схему мониторинга для конкретной установки/региона.