对2013年、2014年我国部分城市春节期间空气质量数据进行分析，结果表明集中燃放烟花爆竹对我国城市环境空气质量造成了严重影响，大部分城市在集中燃放日出现空气质量超标现象;燃放烟花爆竹可以导致空气中PM10、PM2.5等污染物浓度显著上升;燃放活动还可以导致PM2.5中K、Ba、Pb、Cu等元素含量明显上升;集中燃放烟花爆竹对颗粒物小时浓度值、日均值和年均值均有一定的贡献。
1 前言
在我国燃放烟花爆竹的历史非常悠久，每逢重大节日和重要活动，人们常常通过燃放烟花爆竹来烘托气氛，而春节期间成为人们燃放烟花爆竹较为集中的时段，烟花爆竹成为了中华民俗的重要组成部分，但是燃放烟花爆竹也带来了许多负面的影响，燃放烟花爆竹可能造成人员伤亡或发生火灾等安全事故，譬如2012年仅北京市曾因燃放烟花爆竹引发火灾192起，另一方面，燃放烟花爆竹也带来了严重的空气污染，2012年春节期间受烟花爆竹燃放影响，北京市PM2.5浓度曾高达1593ug/m3。有研究指出，春节燃放烟花爆竹能够产生多种有害气体，能够导致空气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物严重超标，燃放期间PM10和PM2.5的浓度甚至可达平时的4倍和6倍，其产生的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，可能对人体健康造成影响。为全面了解燃放烟花爆竹对我国城市环境空气质量的影响程度，本文选取2013至2014年春节期间我国部分城市的环境空气监测数据，分析评估了春节期间燃放烟花爆竹对城市环境空气质量的影响。
2 材料与方法
选取的监测数据主要来自我国国家环境空气质量监测网内已实施空气质量新标准城市，2013年、2014年(部分)环境空气质量例行监测数据。重金属监测数据由中国环境监测总站大气实验室重金属在线监测仪(仪器型号Xact625)监测获得。
3 结果与讨论
3.1对全国主要城市空气质量达标情况的影响
2013年起，我国各直辖市、省会城市、计划单列市，京津冀、长三角、珠三角等重点区域城市等共计74个城市，开始按照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)开展空气质量监测。2014年起，我国共有161个城市开始按照新空气质量标准开展空气质量监测。2013、2014年春节期间我国实施空气质量新标准的城市中，每日空气质量超标的城市个数分别见图1，图2。
春节期间的正月初一是全国各地燃放烟花爆竹较为集中的时段，由图1、图2可见，2013年春节初一当天(2月9日)，全国74个城市中，空气质量超标的城市达48个，超标率64.9%;2014年春节初一当天(1月31日)，全国161个城市中，空气质量超标的城市达149个，超标率92.5%。此外，正月十五是春节期间另一个烟花爆竹燃放较为集中的时段，2013年正月十五当天(2月24日)，空气质量超标城市达55个，超标率74.3%;2014年正月十五当天(2月14日)，空气质量超标城市达109个，超标率67.7%。由此可见，春节期间集中燃放烟花爆竹对我国城市环境空气质量造成严重影响，多数城市在燃放期间，出现空气质量超标现象。
3.2对常规污染物浓度影响分析
2013年春节烟花爆竹燃放较为集中的时段(2月9日至10日)，北京市空气中PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3等主要污染物的浓度变化情况见图3，2014年集中燃放期间主要污染物浓度变化情况见图4。
由图3、图4可见，2013年、2014年春节期间，伴随着烟花爆竹的燃放，北京市空气中PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO等污染物浓度均呈上升趋势，其中受燃放影响比较明显的是PM10、PM2.5，而O3浓度没有受到烟花爆竹燃放的影响。2013年燃放期间，北京市PM10、PM2.5浓度最高值分别达到420μg/m3、397μg/m3，分别是燃放前的3.3倍、3.3倍;2014年燃放期间，北京市PM10、PM2.5浓度最高值分别达到440μg/m3、345μg/m3，分别是燃放前的6.2倍、15.7倍。表明烟花爆竹集中燃放对空气中颗粒物PM10和PM2.5浓度的升高均有很大贡献。
3.3 对空气中金属元素浓度影响分析
2014年春节烟花爆竹集中燃放期间，北京市PM2.5中K、Ba、Pb等金属元素含量变化情况见图5，Fe、Mn、Cu、Zn、Cr等金属元素含量变化情况见图6，Ni、Ga、Ag、Cd、Hg、As、Se等元素含量变化情况见图7。
由图6、图7、图8可见，在烟花爆竹集中燃放期间，PM2.5中K、Ba、Pb、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr等金属元素含量均呈出现上升，其中K、Ba、Pb、Cu等元素含量在燃放过程中上升明显，其浓度最高值分别达到了74.4μg/m3、6.86μg/m3、3.47μg/m3、1.48μg/m3，分别是燃放前的63.6倍、159.5倍、126.5倍、73.3倍，其中Pb浓度超过《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定的年均值标准限值5.9倍。而Ni、Ga、Ag、Cd、Hg、As、Se等元素含量未受到烟花爆竹燃放的明显影响。有研究指出，烟花爆竹的主要成分是黑火药, 含有硫磺、木炭粉、硝酸钾和氯酸钾，为了达到闪光的效果还要加入铝、 铁、 锑等金属粉末以及其他金属类火焰着色物如钡盐、锶盐、铜盐等无机盐类，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[15-17]。因此，导致烟花爆竹燃放期间，颗粒物PM2.5中K、Ba、Pb、Cu等元素含量迅速上升，这进一步充分表明燃放期间PM2.5浓度的明显上升主要由于烟花爆竹燃放所致。
3.4 对PM10和PM2.5浓度值的贡献量分析
从2013年起已经实施空气质量新标准的城市中，选取北京、沈阳、上海、武汉、广州、成都、兰州等7个城市，对其2013年春节期间的PM10和PM2.5监测数据进行分析。
将2月9日(除夕)17时的监测数据看做未受烟花爆竹影响的小时值数据，将2月9日18时至2月10日(初一)8时这一时段内最高小时浓度值看做受烟花爆竹影响最严重时的小时值数据(因为燃放活动一般从2月9日夜间开始，持续到2月10日清晨，这一时段数据受到燃放影响最为严重)，分析燃放对PM10和PM2.5小时浓度值的贡献，分析结果见表1。由表1可见，2013年春节燃放活动对部分城市PM10小时浓度值的贡献量在99~1124μg/m3之间，对PM2.5小时浓度值的贡献量在75~673μg/m3之间，表明燃放活动能够导致PM10和PM2.5的小时浓度值显著升高，造成空气严重污染。
将2月8日(除夕前一天)日均值数据看做未受烟花爆竹影响的小时值数据，将2月9日至2月10日这一时段内最高日均浓度值看做受烟花爆竹影响最严重时的日均值数据(因为燃放活动一般从2月9日夜间开始，持续到2月10日清晨，9日至10日均受到燃放影响)，分析燃放对PM10和PM2.5日均浓度值的贡献，分析结果见表2。由表2可见，2013年春节燃放活动对部分城市PM10日均浓度值的贡献量在30~162μg/m3之间，对PM2.5日均浓度值的贡献量在28~145μg/m3之间，表明燃放活动能够导致PM10和PM2.5的日均浓度值显著升高，导致空气质量出现超标。
将2月9日(除夕)、2月10日(初一)、2月24日(十五)等春节期间烟花爆竹集中燃放时段共3日的监测数据，分别用其前一日非燃放日的监测数据替换后(即用2月8日数据替代2月9日、10日数据，2月23日数据替代2月24日数据)，进行扣除燃放影响后的年均浓度测算，测算结果见表3。
由表3可见，如果扣除春节期间集中燃放烟花爆竹对空气质量影响，北京、沈阳、上海、武汉、广州、成都、兰州等7个城市的PM10和PM2.5年均浓度值均有下降，经测算，烟花爆竹燃放对各城市PM10年均浓度的贡献量在0.2~0.8μg/m3，对PM2.5年均浓度值的贡献量在0.2~0.7μg/m3之间。表明春节期间集中燃放烟花爆竹不仅可以导致燃放期间PM10和PM2.5短时平均浓度的大幅升高，对其年均浓度值也有一定贡献，在我国当前全面开展PM2.5污染防治的关键时期，应当考虑适当限制烟花爆竹燃放，以减少污染物排放，改善空气质量。
4 结论
春节期间集中燃放烟花爆竹对我国城市环境空气质量造成了严重影响，大部分城市在集中燃放日出现空气质量超标现象，超标城市比例最高达92.5%。
燃放烟花爆竹可以导致空气中PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO等污染物浓度上升，其中受燃放影响比较明显的是PM10、PM2.5，而O3浓度变化与烟花爆竹燃放没有直接关系;燃放可以导致PM2.5中K、Ba、Pb、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr等金属元素含量升高，其中K、Ba、Pb、Cu等元素含量在燃放过程中上升较为明显。
集中燃放烟花爆竹对颗粒物小时浓度值和日均值的贡献明显，其中对部分城市PM10与PM2.5小时浓度值的贡献量分别在99~1124μg/m3之间和75~673μg/m3之间;对PM10和PM2.5日均浓度值的贡献量分别在30~162μg/m3之间和28~145μg/m3之间;燃放活动对颗粒物年均浓度值也有一定的贡献，其对PM10和PM2.5年均浓度值的贡献量分别在0.2~0.8μg/m3之间和0.2~0.7μg/m3之间;应适当限制烟花爆竹燃放，以减少污染物排放。
