阜阳市烟花爆竹禁燃政策实施成效研究

2022-06-23范小露张新毅

绿色科技 2022年10期

范小露，张新毅

(阜阳师范大学历史文化与旅游学院，安徽阜阳 236037)

1 引言

烟花爆竹对空气质量的影响主要来源于其特定时间段的集中燃放，尤其是重大传统欢庆节日。国内外对于特定节日烟花爆竹燃放所致空气污染相关方面的研究主要集中于我国的春节[4]和印度的排灯节[5]，烟花爆竹大量集中燃放造成全国乃至区域短暂的空气重度污染，对人体健康造成极大威胁，已引起政府和学者的高度重视。城市作为人口的高度密集地，在烟花爆竹燃放时同样存在短时间内点状重度污染，多数研究亦是以城市的典型污染事件作为研究点，比如北京[4]、天津[6]、南京[7]、上海[8]、兰州[9]等，点状污染继而可随着气流扩散形成覆盖大面积周边地区的面状污染。此外，对于烟花爆竹造成的跨地域污染，亦受到重视，如中国春节期间大量燃放烟花爆竹造成的空气污染可随着西伯利亚寒流飘散至朝鲜半岛等地，对当地空气造成连带性污染[10]。

烟花爆竹燃放导致空气污染的根源在于其燃放产物，因此探究烟花爆竹燃放产物的物理化学特征对于污染机理的认知及防治就十分必要。对燃放产物的研究主要集中于可吸入颗粒物(含PM10、PM2.5)[11]、气溶胶[5]、金属[12]、臭氧[13]等。PM2.5和气溶胶是雾霾的主要成分，短时间浓度提升容易引起雾霾天气，金属中砷、汞、铬等重金属容易造成水土污染继而造成重金属中毒，其中，烟花爆竹燃放对可吸入颗粒物浓度的影响最为显著。

随着对烟花爆竹燃放危害的研究和认识逐步加深，我国各地相继出台烟花爆竹禁燃政策，如《京津冀及周边地区2017～2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》《南京市关于禁止燃放烟花爆竹的规定》《郑州市禁止燃放烟花爆竹规定》等，明确规定各地市区内禁止燃放烟花爆竹的范围和时间段。对烟花爆竹禁燃政策实施成效进行评估研究，可以了解烟花爆竹集中燃放对空气质量的污染情况，同时可为今后空气污染控制及相关政策的制定完善提供理论支撑与参考。阜阳市近年来相继出台愈发严格的烟花爆竹禁燃管理条例，为评估禁燃政策实施成效，以阜阳市近6年(2016～2021)春节期间(除夕至大年初一)空气质量实时数据为研究对象，分析其浓度变化特征并对人体健康风险进行评价，通过定量计算对比空气质量指标(如PM2.5、SO2、CO等)在烟花爆竹禁燃政策实施前后的变化幅度，量化评估烟花爆竹燃放对空气污染的贡献量与贡献率，继而转化为禁燃政策成效指标，为今后空气污染控制及政策完善提供理论参考与方向。

2 阜阳市烟花爆竹禁燃概况

阜阳市于2016年9月正式颁布了《阜阳市烟花爆竹燃放管理规定》并于2017年春节开始实施，首次出台的管理规定划定的阜阳市城区禁燃区域为主城区域。2018年底在原《阜阳市烟花爆竹燃放管理规定》的基础上颁布了《阜阳市燃放烟花爆竹和大盘香管理条例》，新条例自2019年1月1日开始执行，相对于2016年的管理规定，新的管理条例不仅将原禁燃范围扩大，同时首次以立法形式将大盘香纳入禁燃清单。2019年开始实施的管理条例关于管理范围，在原主城区的基础上增加了阜合现代产业园区为烟花爆竹禁燃区域，同时规定划入城市规划区的周边农村禁燃大盘香，且禁燃时间为全年禁燃。简而言之，阜阳市以立法形式禁止燃放烟花爆竹始于2017年春节，2019年及其后春季的烟花爆竹禁燃区域相对于2017年和2018年春节扩大。

3 数据来源与方法

空气质量数据来源于阜阳市6个检测点(市监测站、市委党校站、开发区站、阜阳职业技术学院站、市规划馆站、枣园社区站)，数据类型包括AQI、CO、NO2、O3、SO2及PM2.5，数据时间间隔为1 h。对于其中个别缺失的数据，结合实际采用插值法进行差值。研究时间区段为2016～2021年春节的除夕至初一两天，对应时间分为为2016年2月7～8日、2017年1月27～28日、2018年2月15～16日、2019年2月4～5日、2020年1月24～25日和2021年2月11～12日。阜阳市烟花爆竹禁燃开始于2017年春节，因此2016年春节为无禁燃对照年。此外，2019年春节起禁燃范围扩大，2019～2021年作为禁燃政策升级年。

对于阜阳市烟花爆竹禁燃成效评估，采用定性评价与定量评价相结合的方法。定性评价通过各个年度AQI指数及各种污染浓度对比、峰值对比、峰数对比等途径进行。定量评价以稳定污染物CO作为参照物，计算烟花爆竹燃放对当年PM2.5浓度的贡献，基于烟花爆竹燃放对污染物PM2.5的贡献率定量评价禁燃政策成效。

4 大气污染物浓度变化特征

4.1 AQI变化特征

2016～2021年春节期间(除夕至初一)AQI均值分别为159.29、199.81、127.83、183.92、138.83和107.33。禁燃之前，2016年春节为中度污染。禁燃之后，2017年和2019年为中度污染，2018～2021年为轻度污染。从2016～2021年春节期间AQI变化趋势来看，2016年存在3个主要AQI峰，分别对应于除夕23:00 AQI峰值为479、初一2:00 AQI峰值为433和初一10:00 AQI峰值为362；2017年存在3个主要AQI峰，分别对应于除夕11:00 AQI峰值为163、除夕21:00 AQI峰值为403和初一2:00 AQI峰值为199；2018年AQI波动变化不显著，最大峰值出现于初一9:00 AQI峰值为222；2019年AQI在除夕21:00至初一12:00处于高水平，峰值为268，出现于初一8:00；2020年AQI值在除夕13:00至初一1:00处于高值区间(>200)，峰值为290，出现于除夕21:00和22:00；2021年存在2个峰，分别对应于除夕10:00和除夕23:00，峰值为223和164(图1)。禁燃政策实施前，2016年AQI极值为479；禁燃政策出台之后，2017～2021年AQI极值分别为403、222、268、290和223，相较于2016年分别下降了15.87%、53.65%、44.05%、39.46%和53.44%。烟花爆竹禁燃后，阜阳市空气质量提升明显。

4.2 CO浓度变化特征及分析

2016～2021年春节CO浓度分别为1.01 mg/m3、1.22 mg/m3、0.64 mg/m3、1.09 mg/m3、0.99 mg/m3和0.63 mg/m3，2017年和2019年CO浓度高于2016年，2018、2020和2021年分别降低了36.6%、2.0%和37.6%。2017～2021年5年间有3年CO浓度低于禁燃前的2016年水平，且2018和2021年降幅明显。CO浓度变化显示：2016年存在5个CO浓度峰，峰值分别为除夕23:00的2.35 mg/m3、初一3:00的1.53 mg/m3、初一6:00的1.65 mg/m3、初一9:00的1.55 mg/m3和初一21:00的1.40 mg/m3；2017年存在3个CO浓度峰，峰值分别为除夕5:00的1.67 mg/m3、除夕11:00的1.48 mg/m3和除夕20:00的1.68 mg/m3；2018年CO浓度稳定，最大峰值为初一8:00的0.77 mg/m3；2019年出现3个明显浓度峰，分别为除夕8:00的1.7 mg/m3、除夕20:00的1.4 mg/m3和初一8:00的1.33 mg/m3；2020年CO存在2个明显浓度峰，分别对应于除夕19:00的1.83 mg/m3和初一10:00的0.83 mg/m3；2021年可见2个浓度峰，峰值分别为除夕10:00的1.08 mg/m3和除夕23:00的0.74 mg/m3(图1)。可见，相对于2016年，此后5年CO浓度峰数量有减少趋势，且峰值亦有降低趋势。就各年度最大峰值而言，2017～2021年CO极值浓度同比分别下降了28.94%、67.23%、27.66%、22.13%和54.04%。

4.3 NO2浓度变化特征

2016～2021年春节期间(除夕至初一)NO2浓度均值分别为22.46 μg/m3、22.58 μg/m3、15.54 μg/m3、17.73 μg/m3、17.21 μg/m3和14.50 μg/m3，可见禁燃后的5年间除了2017年略有回升外，其余年份NO2浓度降幅明显，2018～2021年相对于2016年分别下降了30.81%、21.06%、23.37%和35.44%。根据NO2浓度变化可知，除2016和2017年存在明显波动峰值外，其他年份波动并不明显。2016年NO2浓度最大浓度峰出现于除夕夜21:00，对应峰值为67 μg/m3，且自除夕夜19:00至初一1:00均保持在大于30 μg/m3的高浓度范围，持续达5 h。2017年开始实施烟花爆竹禁燃，情况明显好转，NO2浓度最大浓度峰出现于除夕夜20:00，对应峰值为37 μg/m3，该情况持3 h至22:00开始好转，相对于2016年峰值降幅为44.78%。2018年NO2极限峰值浓度出现于初一19:00，浓度为20 μg/m3，相对于2016年最大峰值降幅为70.15%；2019年NO2极限峰值浓度出现于除夕9:00，浓度为32 μg/m3，相对于2016年最大峰值降幅为52.24%；2020年NO2极限峰值浓度出现于除夕9:00，浓度为24 μg/m3，相对于2016年最大峰值降幅为64.18%；2021年NO2极限峰值浓度出现于除夕9:00，浓度为32 μg/m3，相对于2016年最大峰值降幅为52.24%(图1)。可见，烟花爆竹禁燃的实施致使NO2浓度峰不再集中于尽然前的除夕夜间，而向着其他时间点迁移，此时的NO2浓度峰集中于除夕早9:00，应是工作日出行车辆尾气排放所致。

系统采用射频卡人员识别系统，只需在身份识别后方可进行操作[10]，避免了非工作人员的误操作。触摸屏可显示识别人员身份，识别失败多次将自动启动蜂鸣报警装置。身份验证成功即可进入选择输入监测节点界面，进行选择监测显示。

图1 2016～2021年阜阳市春节期间(除夕至初一)AQI、CO、NO2、O3、SO2和PM2.5浓度变化曲线

4.4 O3浓度变化特征

2016～2021年间O3浓度变化曲线呈现2个典型特点：第一，与其他类型污染物(CO、NO2等)呈现明显的负相关关系；第二，O3浓度在禁燃政策实施前的2016年总体呈现低水平状态，而在禁燃后2017～2021年呈现高水平状态。与其他类型污染物呈现负相关关系是因为产生O3的光化学反应过程需消耗CO、NO、NO2等气体，因此会表现出此消彼长的反相关关系[14]。2016～2021年各年间O3浓度变化曲线走势基本一致，各年除夕至初一间O3平均浓度分别为43.28 μg/m3、50.7 μg/m3、60.66 μg/m3、70.89 μg/m3、61.34 μg/m3和57.13 μg/m3。相较于2016年，2017至2021年O3平均浓度增幅分别为17.14%、40.16%、63.79%、41.73%和32%(图1)。禁燃政策实施后5年(2017～2021年)间，O3平均浓度呈现中间高两边低的波动时变化特征，2019年达到最大(70.89 μg/m3)，可见禁燃政策实施伊始对O3污染并没有抑制作用，但2019年扩大禁燃区域后O3平均浓度出现明显下滑，原因可能有两点：其一，原禁燃空间范围不够大；其二，大盘香燃烧可能导致O3等污染物浓度增加。

4.5 SO2浓度变化特征

SO2浓度变化趋势显示，除2016年存在显著SO2浓度峰和2017年存在小幅浓度峰外，其他各年度SO2均处于低水平状态(图1)，其中2016年为非禁燃年，2017年为禁燃第一年，可见禁燃政策的实施对于降低空气中SO2浓度起到了明显的抑制作用。2016年存在3个SO2浓度峰，分别为除夕21:00、初一1:00和初一9:00，峰值依次为372 μg/m3、302 μg/m3和296 μg/m3。2017年也存在3个小幅SO2浓度峰，时间分别为除夕20:00、初一1:00和初一9:00，与2016年基本同步，峰值依次对应于55 μg/m3、47 μg/m3和38 μg/m3，相对于2016年同一时间段的波峰峰值，降幅分别为85.22%、84.44%和87.16%，禁燃第一年在控制空气中SO2浓度方面成效显著。从两日浓度平均值来看，2016～2021年SO2平均浓度分别为 75.46 μg/m3、22.08 μg/m3、10.33 μg/m3、6.63 μg/m3、5.98 μg/m3和7.38 μg/m3，禁燃后SO248 h均值浓度降低明显。相对于2016年，2017～2021年降幅分别达70.74%、86.31%、91.21%、92.08%和90.22%，其中2019～2021年3年的降幅均保持在90%以上，此降幅可能得益于2019年阜阳市升级禁燃政策、扩大禁燃区域的缘故。

4.6 PM2.5浓度变化特征

与气态污染物(如NO2、SO2等)浓度变化趋势相比，PM2.5在时间上出现滞后现象(图1)。比如2016年SO2的3个浓度峰分别为除夕21:00、初一1:00和初一9:00，而PM2.5的浓度峰依次出现于除夕23:00、初一2:00和初一10:00，滞后1～2 h，其原因应是二者拥有同样的污染源，但气体污染物的扩散速度快于颗粒污染物，致使PM2.5和PM10浓度峰滞后出现。2016～2021年阜阳市除夕至初一48 h浓度均值分别为129.58 μg/m3、154.71 μg/m3、94.81 μg/m3、142.13 μg/m3、107.65 μg/m3和80.73 μg/m3。相较于2016年，禁燃政策实施后PM2.5浓度在2017年和2019年出现回升，回升幅度分别为19.39%和9.69%；2018、2020和2021年PM2.5浓度明显下降，降幅分别为26.83%、16.92%和37.7%。2016年出现3个PM2.5浓度峰，最大浓度峰值为467 μg/m3。相对于2016年，其他年份显著峰值数量明显减少，且峰值大幅下降，2017～2021年最大峰值分别为353 μg/m3、171 μg/m3、195 μg/m3、240 μg/m3和173 μg/m3，降幅分别为24.41%、63.38%、58.24%、48.61%和62.96%，燃化爆竹禁燃确实对PM2.5浓度降低起到重要作用。

5 阜阳市烟花爆竹禁燃成效量化评估

已有研究成果显示，PM2.5和CO具有各自的污染源，CO相对稳定，可利用CO作为参照物进行烟花爆竹燃放对大气PM2.5的贡献度评估[15]，经验公式如下：

Pf=P-C×(Paver/Caver)

(1)

PC=Pf/P×100%

(2)

式(1)、(2)中，Pf为烟花爆竹集中燃放时段对PM2.5的小时浓度贡献量，单位为μg/m3；P为烟花爆竹集中燃放时段PM2.5的小时浓度值，单位为μg/m3；C为烟花爆竹集中燃放时段CO的小时浓度值，单位为μg/m3；Paver为非烟花爆竹集中燃放时段PM2.5的浓度均值，单位为μg/m3；Caver为非烟花爆竹集中燃放时段CO的浓度均值，单位为μg/m3；PC为烟花爆竹集中燃放时段对PM2.5的贡献率，单位为%。本文选择的烟花爆竹集中燃放时段为除夕19:00至初一15:00，非烟花爆竹集中燃放时间段为除夕前6 d。结合2016～2021年非集中燃放时段PM2.5和CO均值浓度，经计算得到的烟花爆竹燃放对PM2.5的贡献量和贡献率。

非集中燃放时段PM2.5和CO均值相当于2016～2021年春节期间PM2.5和CO的背景值(表1)，即除烟花爆竹燃放之外的稳定污染物贡献源。2016年非集中燃放时段PM2.5处于良好水平，但至除夕和初一后， PM2.5污染物浓度急剧攀升，与春节期间烟花爆竹集中燃放相关性高。由于禁燃政策持续实施，外加疫情防控等政策加持，2021年总体空气质量较好，PM2.5和CO都处于低水平。

表1 2016～2021年非烟花爆竹集中燃放时段PM2.5和CO均值

结合公式(1)、(2)及给出的非禁燃时段PM2.5和CO背景值，计算得出2016～2021年由烟花爆竹燃放贡献的PM2.5。从集中燃放时段的平均贡献量来看，禁燃前2016年平均贡献量为164 μg/m3，禁燃后2017～2021年分别为80 μg/m3、64 μg/m3、59 μg/m3、19 g/m3和24 g/m3，禁燃后的贡献量降幅为51.22%、60.98%、64.02%、88.41%和85.37%(表2)。就平均贡献率而言，亦由禁燃前的66.47%降至41%、52.25%、35.26%、13.27%和28.31%，平均贡献率降幅为38.31%、21.39%、46.95%、80.04%和57.41%(表2)。可见，禁燃政策实施后，烟花爆竹燃放对大气PM2.5贡献量和贡献率均大幅降低，2019年扩大禁燃区域对贡献率降低影响明显。