賀光艷,羅 彬,陳建文,張 巍,廖乾邑,劉培川
(四川省環(huán)境監(jiān)測總站,成都 610091)
燃放鞭炮短時間內(nèi)排放大量污染物,可導(dǎo)致空氣質(zhì)量明顯惡化。國內(nèi)外的相關(guān)研究表明[1~5]:大量燃放煙花爆竹對大氣中顆粒物濃度、二氧化硫和二氧化氮濃度增加有明顯影響,特別是對細(xì)粒子濃度貢獻(xiàn)最大,燃放期間PM10和PM2.5質(zhì)量濃度分別可達(dá)平時的4倍和6倍。細(xì)粒子濃度的升高及其組成不僅對人體健康造成危害,而且對大氣能見度的降低有很大影響[6]。本文分析成都城區(qū)春節(jié)期間空氣污染特征,并重點分析燃放煙花爆竹時環(huán)境空氣中 SO2、NO2、PM10、PM2.5的質(zhì)量濃度變化,引起人們更多關(guān)注燃放煙花爆竹對空氣污染的影響,為煙花爆竹燃放政策的修訂及污染控制措施的改進(jìn)提供技術(shù)依據(jù),以及春節(jié)期間城市空氣污染防治和污染預(yù)測預(yù)警具有重要意義。
EC9850二氧化硫分析儀;EC9841氮氧化物(NOX)分析儀;EC9810臭氧分析儀;EC9830一氧化碳分析儀;Met One BAM-1020 β衰減PM10檢測儀;Met One BAM-1020 β 衰減 PM2.5檢測儀。
采樣點設(shè)在四川省環(huán)境監(jiān)測中心站樓頂(20m),周圍地勢開闊,無高大建筑物。實時在線監(jiān)測氣態(tài)污染物、顆粒物等,同時記錄溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等各種氣象數(shù)據(jù),觀測大氣邊界層實時情況。
通過對2013年春節(jié)期間 (2013年2月9日~2月14日,即農(nóng)歷大年三十~正月初五)空氣中的污染物進(jìn)行監(jiān)測,對CO、O3影響極小,本文主要探討了污染物 SO2、NO2、PM10、PM2.5的濃度變化規(guī)律及PM10與PM2.5相關(guān)性分析。
從2012年大年三十12:00~2013年初一11:00 SO2濃度變化圖 (圖1)看出,夜間從22:00開始濃度急劇上升,較前幾小時躍升約4倍,凌晨1:00 SO2的濃度最大。從大年三十22:00開始,是燃放煙花爆竹的高峰期,燃放頻率較其他時間段高很多,這與SO2的濃度變化趨勢符合的很好。由此看出,煙花爆竹的燃放直接影響了SO2的濃度值,這是引起SO2污染的重要因素。
圖1 2012年除夕SO2的濃度變化趨勢圖Fig.1 Variation trend of SO2 concentration during the New Year′s Eve in 2012
從2012年大年三十12:00~初一11:00 NO2濃度變化 (圖2)看出,夜間從20:00開始濃度變大,并逐漸上升,較前幾小時躍升約1倍,凌晨1:00 NO2的濃度最大,濃度值明顯高于其他時間,凌晨2:00以后NO2的濃度逐漸下降。煙花爆竹的燃放頻率與NO2的濃度變化趨勢符合的很好,只是NO2的濃度變化不如SO2那樣明顯,這說明煙花爆竹的燃放稍微影響NO2的濃度值,是引起NO2污染的部分因素。
圖2 2012年除夕NO2的濃度變化趨勢圖Fig.2 Variation trend of NO2 concentration during the New Year′s Eve in 2012
從2012年大年三十12:00~初一11:00PM10濃度變化 (圖3)看出,夜間從20:00開始濃度變大,并逐漸上升,初一0:00、1:00較前幾小時躍升約5倍,凌晨2:00PM10的濃度最大,濃度值明顯高于其他時間,隨后PM10的濃度急劇下降。夜間PM10的濃度明顯高于其他時段,而夜間恰好是燃放煙花爆竹的時段,煙花爆竹的燃放頻率與PM10的濃度變化趨勢符合的很好。由此看出,煙花爆竹的燃放直接影響了PM10的濃度值,這是引起PM10污染的重要因素。
圖3 2012年除夕PM10的濃度變化趨勢圖Fig.3 Variation trend of PM10 during the New Year′s Eve in 2012
從2012年大年三十12:00-初~11:00PM2.5濃度變化 (圖4)看出,夜間從20:00開始濃度變大,并逐漸上升,初一0:00、1:00較前幾小時躍升約5倍,凌晨2:00PM2.5的濃度最大,濃度值明顯高于其他時間,隨后PM2.5的濃度急劇下降。夜間PM2.5的濃度明顯高于其他時段,而夜間恰好是燃放煙花爆竹的時段,煙花爆竹的燃放頻率與PM2.5的濃度變化趨勢符合的很好。由此看出,煙花爆竹的燃放直接影響了PM2.5的濃度值,這是引起 PM2.5污染的重要因素。
圖4 2012年除夕PM2.5的濃度變化趨勢圖Fig.4 Variation trend of daily average concentration of the main pollutants during the Spring Festival 2013
將每天各污染物的24個小時均值進(jìn)行計算,得到2013年春節(jié)期間各污染物的日均濃度 (見表1),其變化趨勢見圖5。通過分析2013年春節(jié)期間各污染物日均濃度變化趨勢圖 (圖5)發(fā)現(xiàn),空氣中的主要污染物是顆粒物 (PM10和PM2.5),在燃放煙花爆竹最多的初一PM10和PM2.5污染因子更為突出,NO2、SO2、CO、O3的日均濃度變化不明顯,為中度污染,春節(jié)期間污染最重一天,主要是由于除夕夜集中燃放煙花爆竹,污染物急劇升高所致。其余幾日為良和輕度污染,春節(jié)期間空氣質(zhì)量相對較好。
圖5 2013年春節(jié)期間NO2、SO2、PM10、PM2.5日均濃度變化趨勢圖Fig.5 Variation trend of daily average concentration of main pollutants during the Spring Festival 2013
表1 2013年春節(jié)期間各污染物日均濃度Tab.1 Concentrations of the main pollutants during the Spring Festival 2013 (mg/m3)
氣象條件是影響春節(jié)期間空氣質(zhì)量的主要因素。如表2所示,2月9日~2月14日成都地區(qū)平均濕度約67%,風(fēng)速二級,同時從激光雷達(dá)測得的大氣邊界層 (PBL)的厚度來看,擴(kuò)散高度約為600~1000m左右,有利于空氣的擴(kuò)散,燃放煙花爆竹產(chǎn)生的大量污染物在短時間內(nèi)就急劇下降,所以春節(jié)期間空氣質(zhì)量相對較好。
表2 2月9日~2月14日氣象條件Tab.2 Meteorological conditions during Feburary 9 ~14 in 2013
煙花爆竹燃放時由于急劇膨脹,會有大量的PM2.5與PM10產(chǎn)生,春節(jié)期間 (2013年2月9日~2 月 14 日)PM2.5與 PM10相關(guān)系數(shù)為 0.966(見圖6),呈現(xiàn)出非常顯著的正相關(guān)性。表明燃放煙花爆竹時PM10濃度急劇增加時,PM2.5的濃度也迅速增高,對人體的危害程度也大幅度增強(qiáng)。人若生活在這種高污染的環(huán)境空氣中極可能引發(fā)各種疾病,尤其對兒童及年老體弱者等敏感人群的健康危害更加突出,應(yīng)盡量減少外出。
黑火藥是煙花爆竹的主要填充物?;鹚幍某煞葜饕窍跛徕?、硫磺和木炭,有的還含有氯酸鉀。燃放煙花爆竹時,產(chǎn)生CO2、SO2、NO、NO2等氣體及金屬氧化物的粉塵,瞬時產(chǎn)生大量的氣體,并伴隨著大量光和熱。
圖6 2013年春節(jié)期間PM10和PM2.5相關(guān)性Fig.6 The correlation between PM10 and PM2.5 during the Spring Festival 2013
通過對2013年春節(jié)期間成都城區(qū)空氣中的污染物進(jìn)行監(jiān)測,并總結(jié)污染物隨時間的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn),除夕夜煙花爆竹的大量集中燃放造成污染物濃度迅速升高,PM10和PM2.5有很大影響,并呈現(xiàn)出非常顯著的正相關(guān)性,對NO2、SO2影響相對較小。由于SO2和NO2是氣態(tài)分子,受分子運(yùn)動和空氣流動的影響,擴(kuò)散的快,污染持續(xù)時間短;PM10和PM2.5是飄塵,其粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SO2和NO2,所以擴(kuò)散的慢,污染持續(xù)時間相對較長。
[1] 李令軍,李金香,辛連忠,等.北京市春節(jié)期間大氣污染分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2006,26(5):537-541.
[2] Drew nick F,Hings S S,Curtius J,et al.Measurement of fine particulate and gas-phase species during the NewYear,s fireworks in 2005 in Mainz,Germany[J].Atmospheric Environment,2006,40:4316-4327.
[3] 徐 敏,丁國安,顏 鵬,等.燃放煙花爆竹對北京城區(qū)氣溶膠細(xì)粒子的影響[J].安全與環(huán)境科學(xué),2006,6(5):79-82.
[4] Moreno T,Quevol X,Alasluey A,et al.Recreational atmospheric pollution episodes:Inhalable met alliferous particles from firework displays[J].Atmospheric Environment,2007,41:913-922.
[5] Wehner B,Wiedensohler A,Heintzenberg J.Submicrometer aerosol size distributions and mass concentration of the millenium fireworks 2000 in Leipzig ,Germany[J].Journal of Aerosol Science,2000,31:1489-1493.
[6] 王京麗,劉旭林,北京市大氣細(xì)粒子質(zhì)量濃度與能見度定量關(guān)系初探[J].氣象學(xué)報,2006,64(2):221-228.