烟花爆竹环境污染分类研究

2015-12-20浏阳市军胜贸易公司韦敏

湖南安全与防灾 2015年1期

关键词：燃放烟花爆竹烟花爆竹

□文 / 浏阳市军胜贸易公司韦敏

醴陵市富群花炮厂潘锋

醴陵市赖氏烟花有限公司陈桔香

国家安全生产醴陵烟花爆竹检测检验中心邹澜肖湘杰

烟花爆竹环境污染分类研究

□文 / 浏阳市军胜贸易公司韦敏

醴陵市富群花炮厂潘锋

醴陵市赖氏烟花有限公司陈桔香

国家安全生产醴陵烟花爆竹检测检验中心邹澜肖湘杰

1 绪论

1.1 引言

近些年来，烟花爆竹对环境的污染备受人们的关注，研究烟花爆竹的污染也成为一个热点问题。曾经在1993年北京市下达过“禁放令”之后，全国许多城市纷纷效仿，但关注点并非针对环境污染，而主要是基于对人身安全的考虑，还有对于非法制造和运输烟花爆竹的制止。而在人们要求解禁的呼声一浪高过一浪时，终于改“禁放”为“限放”，此时环境问题并未引起人们应有的重视，当然人们也没过多关注烟花爆竹与环境的联系。近几年环境污染问题严重，有些检测部门的非标准检测，把烟花爆竹污染问题相对扩大化，在媒体的推波助澜下，人们对烟花爆竹该放还是该禁产生了争议，且相持不下。特别是2012年北京市除夕夜燃放烟花爆竹后，部分地区PM2.5浓度急剧上升，一度达到1500mg/m3，造成局部重度污染，这时人们才把环境问题和烟花爆竹燃放联系在一起。

2013 年，“雾霾”成为年度关键词。同年1月的4次雾霾几乎笼罩了30 个省（区、市），北京市仅有5天不是雾霾天。而PM2.5是引起雾霾的主要原因，这些刻不容缓的环境问题让人们感到害怕，并将PM2.5与烟花爆竹的燃放联系在一起，开始研究两者之间的关系。

1.2 PM2.5的来源及与烟花爆竹的关系

PM2.5是指空气环境中的颗粒物，其粒径小于或等于 2.5mm ，所以被称为PM2.5。它的主要产生来源是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质，其化学组成因地区及污染源的不同而差异较大，目前所知的主要成分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、含碳颗粒、金属颗粒、矿物质等。

1.2.1 烟花爆竹组成与PM2.5的关系

烟花爆竹主要由药物、外壳、引燃装置等组成。烟花爆竹的药物主要由氧化剂、还原剂、增色增效物质和粘合剂组成。外壳主要有纸制品、泥土、塑料等制成。氧化剂主要有硝酸盐、高氯酸盐、金属氧化物等物质。还原剂主要由金属可燃物、非金属可燃物(主要由无机可燃物 C、S、P 和有机可燃物组成）。增色增效物质主要由含氯化合物（如氯化石蜡、聚氯乙烯）以及金属着色物，如碳酸锶、氯化铜等。粘合剂主要是有机粘合剂，如酚醛树脂等。这些组成物质中几乎不含有有毒有害金属，只有少部分会间接产生PM2.5 成分。

1.2.2 烟花爆竹生产过程与PM2.5的关系

烟花爆竹生产过程是将所需药剂经过机械混合均匀或造粒，装填入设计好规格尺寸的筒体内的工艺过程。在这个过程中药剂充分混合、造粒、装填和筒体封底等工序可能扬起粉尘，因烟花爆竹药物的粒径直接影响着其安定性，粒径越小，药物越敏感，易于发生安全事故，所以对药剂等粒径控制很严格，各药剂成分和泥土粒径一般控制在80～200目（即75～180mm）之间，即使是粒径最小的成份铝银粉不超过320 目（即不低于45mm），而且还与油脂包裹混合，封底用的黄土必须保持一定大的粒度和润性才能粘合牢固。因此，在烟花爆竹生产过程中，几乎不可能产生10mm及以下的颗粒，更不用说产生PM2.5了。和矿山开采、玻璃、水泥制造等接触二氧化硅、硅酸盐、纤维粉尘无法相比，至今千百年，从事烟花爆竹生产的工人未出现过一例得尘肺病的情况。

1.2.3 烟花爆竹燃放与PM2.5的关系

烟花爆竹引燃后发生燃烧或爆炸，产生光、声、色、烟雾等效果，有的产品药物成分不可缺少含硫物质，会产生SO2能引起酸雨，当然会有PM2.5产生，但燃放烟花爆竹所造成的环境污染相对于工业生产、汽车尾气排放而言，是微不足道的。这并非要我们忽略燃放烟花爆竹所带来的污染，而是我们不应该过度集中在PM2.5上。我们应在国内外研究的基础上，进行系统地分类、研究，使人们对燃放烟花爆竹造成的环境污染有正确的了解，也可以为减少或基本解决这些污染问题提供科学依据。

1.3 烟花爆竹国内外的研究现状

1.3.1 国外的研究进展

自火药传入欧洲以后，随着科技的不断进步，经过改进烟花爆竹在国外也有着广泛的应用，主要用于一些大型的节日庆典，例如美国的独立日，举行大型体育赛事的开闭幕会都燃放烟花爆竹。尤其近些年，全球化步伐的速度不断加快，各国各民族不断的融合，国外过春节的人也变得越来越多了，为了营造节日的气氛，自然少不了烟花爆竹的参与，如此一来也就造成了环境污染。

国外开展烟花爆竹研究的时间较早，研究的内容主要包括以下三个方面：

（1）燃放烟花爆竹产生的主要污染物的污染水平的研究

Sayantan Sarkar等人通过研究2009年10月印度新德里DiWali节燃放烟花爆竹的行为，得出节日燃放烟花爆竹所产生的PM10的平均浓度为317.2至616.8mg/m3，超出了WHO标准所限的日平均浓度的6-12 倍,并且估计DiWali节当天产生的PM10中约有23%—33%是由于烟花爆竹的燃放所产生的气溶胶所提供的。Dabrina、Ducher等人曾分析了燃放烟花爆竹对休斯顿体育馆内颗粒物浓度的影响，结果表明，燃放烟花爆竹所产生的颗粒物主要是细粒子，其中K元素和S元素含量最多，两者的质量比为2.76。Roberta Vecchi等人在意大利2006年7月世界杯夺冠后，米兰城各种庆典所燃放的烟花爆竹造成的空气质量下降进行了研究，结果表明在燃放活动进行一小时后空气中一些金属离子的浓度明显增加，其中锶最明显，为背景值的120倍，同时他们还发现锶在平时的监测值都低于或等于其分析方法的最大检出限，因此他们认为锶是很好的烟花爆竹示踪元素。

（2）燃放烟花爆竹产生污染物种类的研究

Attri等人研究表明烟花爆竹燃放所产生的污染主要是气态污染物，如臭氧、二氧化硫、氮氧化合物；Ravindra等人表示烟花爆竹的燃放还会产生大量的悬浮颗粒物。O.Fleischer和 P.Dyke等研究表明，烟花爆竹中烟火药的有机成分燃烧后会产生多氯联苯并-对-二噁英和多氯联苯并呋喃。S.S.BABU等人认为燃放烟花爆竹对颗粒物中的黑炭贡献明显。Alexandre Joly等人分析PM2.5颗粒物样品发现其中的粒子主要为K、Cl、Al、Mg和Ti。Georg Steinhauser通过对奥地利萨尔巴赫2008年元旦降雪进行分析，发现燃放烟花爆竹之后含有大量的Ba、Sr还有微量的As，其中在降雪中Ba的含量为空白值的580倍。

（3）燃放烟花爆竹的环境危害研究

Ravindra等报告称燃放烟花爆竹时所排放的复杂颗粒可能人体健康造成不利影响；Renato Camilleri等人对马耳他2005年7至8月间和9至10月间，燃放烟花爆竹的宗教节日当天空气质量进行了监测，得出烟花表演所产生的飘尘每年都严重且长期的影响着马耳他的空气质量，在马耳他的PM10的污染已经成为棘手的环境空气质量问题。

1.3.2 国内研究现状

国内对于烟花爆竹燃放的环境影响研究开展的不是很多，现有的研究也只是集中在对于燃放烟花爆竹产生的PM10、SO2、CO等大气污染物进行研究，燃放所排放的气溶胶粒子中的金属离子和有毒有机物的研究开展的不多；对于燃放造成的噪声污染也涉及的较少。

李令军等分析了北京市鞭炮燃放“禁改限”之前禁放区和非禁放区除夕夜大气污染变化规律的明显差异，以及“禁改限”后以上区域大气污染变化的趋同特点，同时评估了2000～2006年春节期间空气污染状况。结果表明，大量鞭炮集中燃放造成空气质量短时间内严重污染，但随着燃放的减少，污染状况迅速改善；燃放烟花爆竹对不同大气污染物影响存在着差异，PM10污染最为严重，其中对细粒子的影响最为显著，SO2、NOX浓度也明显升高，CO变化存在着一定的滞后，甚至影响不明显。张敏等人使用大量程颗粒粒径谱仪对上海市 2009年春节期间产生的10nm至10μm颗粒物进行了分析。张恩飞根据春节期间对城市居民身体健康的调查资料和监测资料，讨论和分析燃放烟花爆竹对城市居民身体健康的影响。由于烟花爆竹起源于中国，加上中国人的传统观念较强，因此对燃放烟花爆竹所造成的环境影响往往被人们忽略，我国也并未对集中燃放烟花爆竹造成的环境污染进行相应的措施防治。

1.4 研究的目的和意义

研究的目的：研究烟花爆竹的污染来源，解决其带来境问题和安全问题。其实带来的安全问题主要包括燃放烟花爆竹会引起火灾，燃放者自身也会受到人身伤害，销售点发生爆炸的危险。

研究的意义：目前环境污染严重，雾霾天气频频出现，而燃放烟花爆竹又是我国民间的传统习俗，可谓深入人心，禁止燃放困难重重。所以急需找到一条能减少环境污染的路，在满足人们过节需求的同时，也减少对环境的污染。

1.5 烟花爆竹的燃放对环境影响的理论分析

烟花爆竹的化学组成主要分四大类：

第一类是氧化剂，如硝酸盐类、氯酸盐类等。

第二类是可燃物质，如硫磺、木炭、镁粉和赤磷。爆竹内的火药是以1硫2硝3碳的黑色火药为基础发展而来的，一般配方是：硝酸钾(KNO3) 3克，硫磺(S) 3克，炭粉(C)4.5克，蔗糖5克，镁粉(Mg)1-2克。其中蔗糖作为气体发生剂以增加响度，镁为发光剂。点燃后的爆炸反应主要是：S + 2KNO3+3C → K2S +N2+3CO2+707KJ。

第三类是火焰着色物，如钡盐、铭盐、钠盐和铜盐。焰色来源于高温下金属离子的焰色反应，如果这些重金属被人大量吸入的话，将有可能使人重金属中毒，严重的有可能致人死亡。

第四类是其他特效药物，如苦味酸钾、聚氯乙烯树脂、六氯乙烷、各种油脂和硝基化合物，这些物质又会造成有机污染。

2 对烟花爆竹环境污染的分类和研究

2.1 粉尘污染

2.1.1 粉尘污染的来源

在烟花爆竹生产过程中，特别是烟火药剂的粉碎、筛选、配料、混合等工序中，会产生大量粉尘，对环境造成污染，而在烟花爆竹燃放后也会产生大量的烟尘颗粒。主要来自烟花爆竹燃放爆炸泥土的颗粒，还有各种氧化剂和还原剂。有的烟火药剂中还含有火焰着色物，如：钡盐、锶盐、锑盐、和铜盐，它们会引起重金属污染，这些重金属的泄露会引起重金属中毒。

2.1.2 粉尘污染带来的危害

在烟花爆竹生产过程中产生大量粉尘。它对工作者本身有严重的伤害，粉尘浓度越高伤害越大。粉尘对眼睛产生局部刺激作用，金属粉尘对眼角膜有损伤。酸性和碱性粉尘对眼角膜有腐蚀作用，可引起急性结膜炎、急性角膜炎、角膜混浊等病变，引起视力下降。粉尘还可能对皮肤造成伤害，可以刺激机体引起变态反应，造成皮肤癌。粉尘进入消化道后可是消化道分泌机能受到破坏引起消化不良和胃炎。但是目前对颗粒物在人体的作用机理还不明确。因此应该特别加强烟花爆竹的环保化研究，并测量烟花产生的颗粒物浓度，进一步研究烟花产生颗粒物的粒径分布，烟花种类和产生的可吸入颗粒物的关系等。

2.2 有害气体污染

2.2.1 有害气体污染的来源

制造烟花爆竹所用的烟火药剂的化学成分主要有两大类，第一类是氧化剂，如硝酸盐类、氯酸盐类等，第二类是可燃物质，如硫磺、木炭、镁粉和赤磷等，烟花爆竹在高温、高压条件下燃放时，爆竹中的化学物质发生一系列化学反应，放出大量的CO、SO2、氮氧化物等气体。对人类的健康产生严重危害。

2.2.2 所产生的有害气体的危害

（1）资料表明，大气中的污染水平每增加28.3μg/m3，呼吸道疾病患者增加9%，1994 年除夕夜，蒲文兴在广西医科大学的监测表明，CO日平均浓度为48.75ppm。按照我国的《环境空气质星标准》(GB3095-1996)，超标10倍。而1995年除夕夜在同一地点进行测定，结果浓度为1-3ppm(1995年实行鞭炮禁放)。

（2）产生的氮氧化合物会引起光化学烟雾污染，烟花爆竹燃烧生成的氮氧化合物，经阳光紫外线照射，会发生光化学反应，产生一种光化学烟雾，是一种有毒性的二次污染物光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜，引起眼睛红肿和喉炎，这可能与产生的醛类等二次污染物的刺激有关。光化学烟雾对人体的另一些危害则与臭氧浓度有关。当大气中臭氧的浓度达到200-1000μg/m3时，会引起哮喘发作，导致上呼吸道疾患恶化，同时也刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低。

2.3 噪声污染

理想声音环境是15-40分贝，无害声音环境为60分贝以下，而烟花爆竹所产生的声音在100分贝左右，远远超出了理想环境声音。在夜间人们所能接受的噪音不得超过45分贝，相当于蛙鸣声。而春节期间燃放鞭炮地区的噪声高达135分贝，远远超过人的听觉范围和耐受限度。中国和德国的几位科学家曾做过一项调查，在对1150个病例的分析中，得出了“即使是近距离接触燃放鞭炮1次，就有可能造成终生听觉损害的结论”另外噪音还会损害人的心血管系统，影响人的神经系统，使人急躁、易怒，影响睡眠、造成疲劳等。

2.4 固体废弃物污染

烟花爆竹生产过程中使用了大量的化工原材料，在燃放时将会产生大量的固体废弃物及鞭炮碎屑。这些固体废弃物有的不能降解，一些尖锐的碎片甚至对生命安全构成威胁。而且烟花爆竹燃放后的满地纸屑、烟尘，严重影响了环境卫生，大量堆积加大了环境治理的成本。

2.5 对烟花爆竹所产生的污染的治理的建议和解决办法

2.5.1 控制和减少环境污染的措施

（1）制定相关环境保护标准

烟花爆竹不仅易产生燃烧爆炸事故，引发人员伤亡和财产损失等安全问题，而且造成环境污染。就安全与环保而言，目前国内外有关标准对烟花爆竹产品的技术要求侧重于安全，对环保方面的要求几乎没有。只有产品禁用药的一些规定涉及了环境保护，但这些规定根本上还是针对药剂和产品的安全。因此，制定相关的烟花爆竹环保标准，可减少或消除烟花爆竹产生的环境危害，促使烟花爆竹产业生产和环境技术与国际环境标准相适应，促进这一传统民族工业的可持续发展。制定烟花爆竹环保标准可从以下几方面着手：一是制定最大粉尘浓度标准。二是制定最大有害气体浓度标准。三是修订最大声级值标准。四是制定废弃物品处理规范。

（2）加强烟花爆竹监管，提高居民环保意识

烟花爆竹产业对我国的经济发展作出了巨大的贡献，目前已成为我国一些地区经济发展的支柱产业，如湖南浏阳市、醴陵市,江西上栗、万载等县。但是烟花爆竹的环境安全问题仍然不容忽视，应加强政府的监管力度，减少烟花爆竹生产及燃放各环节造成的环境污染。具体措施如下：采用温和、有针对性的方式协调各方利益。加大政府对烟花爆竹安全与污染方面的科研投入，生产产生有害气体少、价格低廉的环保型、安全型烟花产品。