2018年春节期间燃放烟花爆竹对常州市PM2.5的影响研究

周 游，顾礼明，张 磊，章文斌

(1.常州市环境科学研究院，江苏 常州 213022；2.常州环保服务公司，江苏 常州 213000；3.江苏省常州环境监测中心，江苏 常州 213000)

1 引言

自2013年冬季我国首次爆发强雾霾天气以来，“雾霾”作为一个大气灾害名词逐渐为公众所熟知，2013年中国出现雾霾天气的地区高达75%，受到影响的人口超过6000万人。雾霾是典型的复合型大气污染现象，且在冬季发生率较高，很多研究表明，细颗粒物(PM2.5)污染的加重会大大降低大气能见度，也是导致区域或局地雾霾天气增多，影响气候和生态平衡的根本原因[1,2]。细颗粒物通过呼吸道进入肺部并沉积，如果长期生活在大气颗粒物浓度较高的环境下会导致心肺疾病和局部缺血心脏病而死亡的概率增加，据统计，每年全球有近200万人过早死亡与颗粒物导致的室内空气污染有关，室外空气中的颗粒污染每年可导致约115万人死亡[3]。

大气中的PM2.5除了自然源和人为源直接排放的一次颗粒物外，还存在由一次污染物二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、氨气(NH3)和挥发性有机物(VOCs)等大气中经过一系列的化学反应产生的二次颗粒物[8]。在中国，每逢重大节日和重要活动，人们通常选择燃放烟花爆竹烘托气氛。研究表明，烟花爆竹的大量燃放对当地环境空气质量的影响十分明显[4]，燃放过程中会导致大气中的颗粒物(PM2.5、PM10)、NO2、SO2、CO等污染物浓度大幅上升，且产生的气溶胶粒子含有重金属、元素碳和二次污染物等多种污染物，除了影响空气质量外，还可能对人体健康造成影响。

因此本文基于常州市6个国控站点的在线监测数据，分析了常州市2018年除夕至年初一期间主要污染物的小时浓度和PM2.5组分浓度变化规律，探究常州市春节期间大气颗粒物污染水平，帮助客观科学的认识常州市春节期间PM2.5浓度的变化规律和污染现状，帮助管理人员及科研工作者提供客观科学的依据。

2 采样位置与在线监测设备

2.1 因地制宜

本研究数据采集来自常州市空气质量自动监测(监控)平台发布的审核后空气质量自动监测站空气质量小时数据。选取常州市6个国控站点：市监测站、钟楼、行政中心、武进监测站、安家和经开区(图1)，时间范围为2018年2月15日8:00至16日8:00时段。

图1 监测点位分布

2.2 在线监测设备

PM10监测采用1020颗粒物分析仪，生产商为MET ONE；PM2.5监测采用5030颗粒物分析仪，生产商为ThermoScientific，SO2监测采用T100二氧化硫分析仪，生产商为API；NO、NO2、NOx监测采用42i氮氧化物分析仪或T200 NOx分析仪，生产商为ThermoScientific或API，CO监测采用T300一氧化碳分析仪，生产商为API，O3分析采用T400臭氧分析仪，生产商为API。各监测仪器均有校准仪，参照国家标准进行定期校准，以确保监测数据的准确性和有效性。

3 监测结果与分析

3.1 春节期间各主要污染物浓度变化

常州市烟花爆竹燃放区域和时间按照2011年《市人民政府关于加强市区烟花爆竹燃放管理的通告》规定执行。市区范围内禁止燃放烟花爆竹，市区限放区域为中吴大道以北、丽华北路、青龙西路以西、龙城大道以南、龙江南路以东所形成的区域以及戚墅堰街道行政区域，限放时间为农历除夕6时起至正月15日24时止。

春节期间烟花爆竹燃放，一般集中在除夕夜至初一早上，属于短时的集中活动，所以选取常州市6个国控站点：市监测站、钟楼、行政中心、武进监测站、安家和经开区在2018年2月15日8:00至16日8:00时段各污染物的平均值分析烟花爆竹燃放对常州市空气中各主要污染物浓度的影响(图2)。

图2 各主要污染物浓度变化

由图2可知，6个国控站点的SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO5种污染物平均值变化趋势基本一致，其中PM2.5和PM10的变化幅度最大。除夕夜PM2.5和PM10的浓度均有2个高峰期，2月15白天PM10和PM2.5浓度还维持在较低水平，傍晚后开始出现较明显的上升，在19时左右达到第一个峰值，随后浓度有所下降，然后在2月16日0:00达到第二个峰值，此时的浓度值达到最高值，PM10和PM2.5浓度分别近140 μg/m3和90 μg/m3，0:00点以后质量浓度呈直线下降趋势但仍维持在较高水平。初一早上8点质量浓度降至80 μg/m3。PM2.5和PM10的浓度出现的两个峰值之间有短暂的间歇期，峰值的时间点与市民多选择在年夜饭前后和零点前后燃放烟花爆竹的民俗习惯相吻合。两次高峰气态污染物除SO2在0:00出现峰值(～20 μg/m3)外，NO2和CO并无明显变化，保持在相对稳定的趋势。此外，除夕夜至初一早上由于常州市内出行车辆的减少，交通流量有所控制，汽车尾气的排放量也大幅降低，这对氮氧化物和一氧化碳的减少也有积极意义。

3.2 春节期间PM2.5各组分浓度变化

烟花爆竹主要成分是黑火药,含有硫磺、木炭粉，有的含有硝酸钾和氯酸钾,为使烟花产生绚丽色彩的效果还要加入铝、铁、锑等金属粉末和无机盐，不同的金属和金属离子在燃烧时会呈现出不同的颜色，例如:铝镁合金燃烧时会发出耀眼的白色光，硝酸锶和锂燃烧时会发出红色光，硝酸钠燃烧时会发出黄色光，硝酸钡燃烧时则会发出绿色光等。当烟花爆竹点燃后,木炭粉、硫磺粉、金属粉末等在氧化剂的作用下迅速燃烧,产生含碳、氮、硫等的气体及金属氧化物的粉尘,同时产生大量光和热。

图3 PM2.5组分浓度变化分析

4 结语

(1)春节期间烟花爆竹的燃放对不同大气污染物的影响存在较明显的差别，其中，在除夕夜间，PM10和PM2.5颗粒物质量浓度短时内迅速上升，在0:00时，两者小时平均质量浓度达到最大值分别为140 μg/m3和90 μg/m3。但对SO2、NO2和CO的质量浓度影响不显著，春节期间空气污染主要是由PM10和PM2.5颗粒物造成的。

(3)烟花爆竹燃放是造成春节期间污染物浓度上升的重要因素。因此，为改善春节期间的空气质量，应尽量减少烟花爆竹的燃放。改变传统的烟花爆竹制作工艺，研制小排量、轻污染的新型炸药来代替黑火药，既可以满足人们红火喜庆心理，又可以达到减少其危害的目的。