Кратко — что такое фотохимический смог и откуда он берётся

Фотохимический смог — это смесь вторичных атмосферных окисляющих веществ $главныйкомпонент—тропосферныйозонO3$, пероксидов, пероксилированных нитратов $PAN$, альдегидов и вторичных органических аэрозолей $SOA$, образующаяся в солнечную погоду при наличии предшественников: оксидов азота $NOx=NO+NO2$ и летучих органических соединений $ЛОС,VOCs$. Типичны мегаполисы с интенсивным дорожным движением, промышленностью и стоячей антициклональной погодой.

Основная цепочка химических реакций $упрощённо$

Фотолиз NO2
NO2 + hv (λ < ~420 nm) → NO + O$3P$ O$3P$ + O2 + M → O3 + M
— это образование озона; сам по себе цикл NO↔NO2 не даёт накопления O3, потому что NO + O3 → NO2 + O2 $титрация$.

Инициирование радикальной цепи и роль OH
O3 + hv (λ < ~320 nm) → O$1D$ + O2
O$1D$ + H2O → 2 OH
— OH радикал инициирует окисление VOCs.

Окисление VOCs и образование пероксидных радикалов
RH $VOCs$ + OH → R· + H2O
R· + O2 → RO2· $пероксильныерадикалы$ RO2· + NO → RO· + NO2
— эта реакция превращает NO в NO2 без уничтожения O3, т.е. способствует чистому приросту озона при последующем фотолизе NO2.

Продукты окисления → альдегиды, перекиси, HO2
RO· + O2 → R'CHO $альдегиды$ + HO2·
HO2· + NO → OH + NO2
— снова образование NO2, далее фотолиз → O3.

Образование PAN и резервуарное перенесение NOx
R–CO–O2· + NO2 ⇄ PAN $пероксиацилнитрат$ — PAN стабилен при холоде и переносит реакционноспособный азот на расстояния, разлагаясь по нагреву.

Образование вторичных органических аэрозолей $SOA$ Окисление ароматических VOC $толуол,ксилолы$, биогенных VOC $изопрен,монотерпены$ даёт низковольатильные кислоты/органические молекулы, конденсирующиеся и формирующие PM2.5.

Ключевые участники и их роль

NOx:
Источник NO2 → необходим для фотолиза и образования O3.В больших концентрациях рядом с источником NO может "титровать" $поглощать$ озон $нижняяконцентрацияO3уисточника$.Образует PAN $резервуарныйпереносNOxдальнегодействия$.VOCs:
Источник пероксидных радикалов $RO2\cdot иHO2\cdot$, которые превращают NO в NO2 без разрушения озона, тем самым прямо стимулируют образование озона.Некоторые VOC $ароматы,биогенные$ особенно эффективны в образовании O3 и SOA.Различаются по реакционной способности $реакционнаяспособностьсOH$: ароматические С7–С9, алкены, кислородсодержащие соединения — более «реакционноопасные».

Режимы химизависимости образования озона

VOC‑limited $NOx‑rich$ — уменьшение VOC приведёт к снижению O3; уменьшение NOx может иногда увеличить O3 $из‑заснижениятитрациииизменениярадикальнойхимии$.NOx‑limited $VOC‑богатый,низкийNOx$ — сокращение NOx снижает O3; сокращение VOC менее эффективно.
Практически: мегаполисы часто в центре — VOC‑лимитированы, по периферии/предместьям — NOx‑лимитированы. Перед планированием мер важно установить режим $аналитика,EKMA/изоплеты,моделирование$.

Воздействие метео/географии

Солнечная радиация, высокая температура, отсутствие ветра, температурная инверсия усиливают смог.Транспорт ветров и море/горный рельеф влияют на концентрации и распределение $локальнаяаккумуляция/дальнееперенесение$.

Стратегии снижения $эффективныеипрактические$

Комбинированный подход: сокращать и NOx, и VOC, но в пропорциях, учтённых для конкретной зоны $региональныйпланнаосновеанализарежимов$:

Провести инвентаризацию источников, модель фотооксидативной химии и чувствительности $EKMA,3Dмодели:CMAQ,CAMx$.

Сокращение NOx:

Дорожный транспорт: современные каталитические нейтрализаторы $TWC$ для бензиновых авто; для дизеля — SCR $селективноекатализноевосстановление$ + сажевые фильтры; внедрение стандартов Euro‑6/VI и их контроля.Снижение пробега старых автомобилей: стимулировать обмен/утилизацию, зоны с ограничением въезда $low‑emissionzones$.Промышленные котлы, ТЭЦ: низко‑NOx горелки, оптимизация горения, SCR/SNCR, модернизация и перевод на менее загрязняющие топлива.Электрификация транспорта и отопления: электротранспорт, электрические тягловые и бытовые системы.

Сокращение VOC:

Уменьшение испарений топлива: система улавливания паров, установка фазовых ограничений, доработки АЗС $recovery$, контроль за утечками на НПЗ и НХЗ.Ограничения по составу топлива и растворителей: снижение RVP бензина, ограничение содержания ароматических соединений, запрет/регулирование высоколетучих растворителей в лакокрасочных материалах.Регулирование промышленных выбросов: системы улавливания/регенерации растворителей, термическая/каталитическая утилизация VOC.Контроль бытовых источников: ограничение вредных летучих составов в потребительских товарах, маркировка, просвещение.

Оперативные меры при высоких концентрациях $ozoneaction$:

Ограничение движения транспортных средств $пополуденныечасы,платныевъезды$.Временное сокращение промышленных выбросов и строительных работ.Запрет открытого сжигания отходов.Оповещения для населения $ограничитьфизнагрузкинаоткрытомвоздухе$.

Управление вторичными аэрозолями:

Контроль прекурсоров PM2.5: уменьшение SO2, аммиака, летучих органических предшественников SOA.Интеграция мер по PM2.5 и O3 $иногдамерыпоодномузагрязнителювлияютнадругой—планироватьсовместно$.

Мониторинг, регуляция, информирование:

Сеть мониторинга $O3,NO2,специацияVOC—формальдегид,толуол/бензол/ксилолы$, спутниковые и мобильные измерения.Модели прогноза качества воздуха, оповещения.Экономические инструменты: налог на выбросы, торговля квотами, субсидии на чистый транспорт.Образовательные кампании и стимулы для бизнеса.

Практические приоритеты для мегаполиса

Быстро и сравнительно дешёво: контроль утечек топлива и испарений $АЗС,резервуары$, проверка авто на исправность каталитиков, ограничения на открытое сжигание.Среднесрочно: модернизация городского автопарка, стимулирование общественного транспорта с низким уровнем выбросов, регламентация растворителей и промышленных источников VOC.Долгосрочно: глубокая энергетическая трансформация $электрификациятранспортаитепла,возобновляемаяэнергия$, планирование города для снижения пробок и потребления транспорта.

Предупреждение о побочных эффектах мер

В регионах VOC‑лимитированных резкое сокращение NOx без параллельного снижения VOC может увеличить пиковые O3. Поэтому сначала определить режим и применять скоординированные меры.Озеленение полезно, но некоторые деревья выделяют биогенные VOC $BVOCs$. Выбирать виды с низким эмиссионным потенциалом.

Краткое резюме

Фотохимический смог возникает в результате взаимодействия NOx + VOC + солнечный свет → радикальная цепь → накопление O3, PAN, SOA и других токсичных продуктов.Эффективное управление требует сочетания сокращений NOx и VOC, с приоритетами, основанными на локальной химии $VOC‑илиNOx‑ограниченныйрежим$, и мер на транспорт, промышленные источники, топливо и испарения. Мониторинг, моделирование и оперативные меры при пиковых событиях — обязательны.

Если хотите, могу:

предложить план мер для конкретного города $укажитепрофильисточников:долятранспорта/ТЭЦ/промышленности,присутствиеНПЗ,типклимата$;подсказать методику определения режимов чувствительности $простаяиндикаторнаяметодика,EKMA,какиеданныенужны$.