2018年春節(jié)期間燃放煙花爆竹對(duì)常州市PM2.5的影響研究

周 游，顧禮明，張 磊，章文斌

(1.常州市環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇 常州 213022；2.常州環(huán)保服務(wù)公司，江蘇 常州 213000；3.江蘇省常州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 常州 213000)

1 引言

自2013年冬季我國(guó)首次爆發(fā)強(qiáng)霧霾天氣以來(lái)，“霧霾”作為一個(gè)大氣災(zāi)害名詞逐漸為公眾所熟知，2013年中國(guó)出現(xiàn)霧霾天氣的地區(qū)高達(dá)75%，受到影響的人口超過(guò)6000萬(wàn)人。霧霾是典型的復(fù)合型大氣污染現(xiàn)象，且在冬季發(fā)生率較高，很多研究表明，細(xì)顆粒物(PM2.5)污染的加重會(huì)大大降低大氣能見度，也是導(dǎo)致區(qū)域或局地霧霾天氣增多，影響氣候和生態(tài)平衡的根本原因[1,2]。細(xì)顆粒物通過(guò)呼吸道進(jìn)入肺部并沉積，如果長(zhǎng)期生活在大氣顆粒物濃度較高的環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致心肺疾病和局部缺血心臟病而死亡的概率增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全球有近200萬(wàn)人過(guò)早死亡與顆粒物導(dǎo)致的室內(nèi)空氣污染有關(guān)，室外空氣中的顆粒污染每年可導(dǎo)致約115萬(wàn)人死亡[3]。

大氣中的PM2.5除了自然源和人為源直接排放的一次顆粒物外，還存在由一次污染物二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、氨氣(NH3)和揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等大氣中經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次顆粒物[8]。在中國(guó)，每逢重大節(jié)日和重要活動(dòng)，人們通常選擇燃放煙花爆竹烘托氣氛。研究表明，煙花爆竹的大量燃放對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量的影響十分明顯[4]，燃放過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致大氣中的顆粒物(PM2.5、PM10)、NO2、SO2、CO等污染物濃度大幅上升，且產(chǎn)生的氣溶膠粒子含有重金屬、元素碳和二次污染物等多種污染物，除了影響空氣質(zhì)量外，還可能對(duì)人體健康造成影響。

因此本文基于常州市6個(gè)國(guó)控站點(diǎn)的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了常州市2018年除夕至年初一期間主要污染物的小時(shí)濃度和PM2.5組分濃度變化規(guī)律，探究常州市春節(jié)期間大氣顆粒物污染水平，幫助客觀科學(xué)的認(rèn)識(shí)常州市春節(jié)期間PM2.5濃度的變化規(guī)律和污染現(xiàn)狀，幫助管理人員及科研工作者提供客觀科學(xué)的依據(jù)。

2 采樣位置與在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

2.1 因地制宜

本研究數(shù)據(jù)采集來(lái)自常州市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)(監(jiān)控)平臺(tái)發(fā)布的審核后空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站空氣質(zhì)量小時(shí)數(shù)據(jù)。選取常州市6個(gè)國(guó)控站點(diǎn)：市監(jiān)測(cè)站、鐘樓、行政中心、武進(jìn)監(jiān)測(cè)站、安家和經(jīng)開區(qū)(圖1)，時(shí)間范圍為2018年2月15日8:00至16日8:00時(shí)段。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

2.2 在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

PM10監(jiān)測(cè)采用1020顆粒物分析儀，生產(chǎn)商為MET ONE；PM2.5監(jiān)測(cè)采用5030顆粒物分析儀，生產(chǎn)商為ThermoScientific，SO2監(jiān)測(cè)采用T100二氧化硫分析儀，生產(chǎn)商為API；NO、NO2、NOx監(jiān)測(cè)采用42i氮氧化物分析儀或T200 NOx分析儀，生產(chǎn)商為ThermoScientific或API，CO監(jiān)測(cè)采用T300一氧化碳分析儀，生產(chǎn)商為API，O3分析采用T400臭氧分析儀，生產(chǎn)商為API。各監(jiān)測(cè)儀器均有校準(zhǔn)儀，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期校準(zhǔn)，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

3.1 春節(jié)期間各主要污染物濃度變化

常州市煙花爆竹燃放區(qū)域和時(shí)間按照2011年《市人民政府關(guān)于加強(qiáng)市區(qū)煙花爆竹燃放管理的通告》規(guī)定執(zhí)行。市區(qū)范圍內(nèi)禁止燃放煙花爆竹，市區(qū)限放區(qū)域?yàn)橹袇谴蟮酪员?、麗華北路、青龍西路以西、龍城大道以南、龍江南路以東所形成的區(qū)域以及戚墅堰街道行政區(qū)域，限放時(shí)間為農(nóng)歷除夕6時(shí)起至正月15日24時(shí)止。

春節(jié)期間煙花爆竹燃放，一般集中在除夕夜至初一早上，屬于短時(shí)的集中活動(dòng)，所以選取常州市6個(gè)國(guó)控站點(diǎn)：市監(jiān)測(cè)站、鐘樓、行政中心、武進(jìn)監(jiān)測(cè)站、安家和經(jīng)開區(qū)在2018年2月15日8:00至16日8:00時(shí)段各污染物的平均值分析煙花爆竹燃放對(duì)常州市空氣中各主要污染物濃度的影響(圖2)。

圖2 各主要污染物濃度變化

由圖2可知，6個(gè)國(guó)控站點(diǎn)的SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO5種污染物平均值變化趨勢(shì)基本一致，其中PM2.5和PM10的變化幅度最大。除夕夜PM2.5和PM10的濃度均有2個(gè)高峰期，2月15白天PM10和PM2.5濃度還維持在較低水平，傍晚后開始出現(xiàn)較明顯的上升，在19時(shí)左右達(dá)到第一個(gè)峰值，隨后濃度有所下降，然后在2月16日0:00達(dá)到第二個(gè)峰值，此時(shí)的濃度值達(dá)到最高值，PM10和PM2.5濃度分別近140 μg/m3和90 μg/m3，0:00點(diǎn)以后質(zhì)量濃度呈直線下降趨勢(shì)但仍維持在較高水平。初一早上8點(diǎn)質(zhì)量濃度降至80 μg/m3。PM2.5和PM10的濃度出現(xiàn)的兩個(gè)峰值之間有短暫的間歇期，峰值的時(shí)間點(diǎn)與市民多選擇在年夜飯前后和零點(diǎn)前后燃放煙花爆竹的民俗習(xí)慣相吻合。兩次高峰氣態(tài)污染物除SO2在0:00出現(xiàn)峰值(～20 μg/m3)外，NO2和CO并無(wú)明顯變化，保持在相對(duì)穩(wěn)定的趨勢(shì)。此外，除夕夜至初一早上由于常州市內(nèi)出行車輛的減少，交通流量有所控制，汽車尾氣的排放量也大幅降低，這對(duì)氮氧化物和一氧化碳的減少也有積極意義。

3.2 春節(jié)期間PM2.5各組分濃度變化

煙花爆竹主要成分是黑火藥,含有硫磺、木炭粉，有的含有硝酸鉀和氯酸鉀,為使煙花產(chǎn)生絢麗色彩的效果還要加入鋁、鐵、銻等金屬粉末和無(wú)機(jī)鹽，不同的金屬和金屬離子在燃燒時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色，例如:鋁鎂合金燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出耀眼的白色光，硝酸鍶和鋰燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出紅色光，硝酸鈉燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出黃色光，硝酸鋇燃燒時(shí)則會(huì)發(fā)出綠色光等。當(dāng)煙花爆竹點(diǎn)燃后,木炭粉、硫磺粉、金屬粉末等在氧化劑的作用下迅速燃燒,產(chǎn)生含碳、氮、硫等的氣體及金屬氧化物的粉塵,同時(shí)產(chǎn)生大量光和熱。

圖3 PM2.5組分濃度變化分析

4 結(jié)語(yǔ)

(1)春節(jié)期間煙花爆竹的燃放對(duì)不同大氣污染物的影響存在較明顯的差別，其中，在除夕夜間，PM10和PM2.5顆粒物質(zhì)量濃度短時(shí)內(nèi)迅速上升，在0:00時(shí)，兩者小時(shí)平均質(zhì)量濃度達(dá)到最大值分別為140 μg/m3和90 μg/m3。但對(duì)SO2、NO2和CO的質(zhì)量濃度影響不顯著，春節(jié)期間空氣污染主要是由PM10和PM2.5顆粒物造成的。

(3)煙花爆竹燃放是造成春節(jié)期間污染物濃度上升的重要因素。因此，為改善春節(jié)期間的空氣質(zhì)量，應(yīng)盡量減少煙花爆竹的燃放。改變傳統(tǒng)的煙花爆竹制作工藝，研制小排量、輕污染的新型炸藥來(lái)代替黑火藥，既可以滿足人們紅火喜慶心理，又可以達(dá)到減少其危害的目的。