咸陽環(huán)境科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 樊林,王帥,強浩,陳妮
燃放煙花爆竹是春節(jié)期間的習(xí)俗,過程中會釋放大量的重金屬、顆粒物、二氧化硫和氮氧化物等污染物,導(dǎo)致空氣質(zhì)量快速惡化[1-2],大量集中燃放煙花爆竹加劇了空氣污染程度,長時間停留在空氣中的污染物對人體健康有較大影響。目前較多研究對春節(jié)期間燃放煙花爆竹的理化性質(zhì)、粒度分布、來源解析等進行研究[3],但對PM2.5貢獻定量的描述不多。近幾年來,部分學(xué)者采用相對比值法評估煙花爆竹燃放的貢獻。Pang通過對比PMF和基于特定方程的相對比值法對煙花爆竹對環(huán)境的貢獻進行了定量評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)果相似。Han等利用Mg/Al比值法估算北京地區(qū)礦物氣溶膠中外來源和本地源的相對貢獻量。咸陽地區(qū)對于煙花爆竹燃放對空氣質(zhì)量的定性和定量研究很少,興平市是典型的咸陽地區(qū)工業(yè)城市,顆粒物污染水平處于咸陽市嚴(yán)重地區(qū)之一,春節(jié)期間重污染天氣頻發(fā),目前很少有研究對其春節(jié)期間污染特征和定量解析進行描述。該研究對興平市近三年春節(jié)期間(臘月二十八至正月初五)的顆粒物和氣態(tài)污染物濃度、相關(guān)性、氣象條件等污染特征進行定性分析,并量化估算春節(jié)前后污染物濃度的貢獻值,為春節(jié)期間大氣污染防治提供基礎(chǔ)依據(jù)。
本文選取咸陽市興平市近三年環(huán)境空氣質(zhì)量實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。春節(jié)期間選取時間為臘月二十八至正月初五,集中燃放期為除夕18:00-初一14:00,其余時間為非集中燃放期。采取PM2.5與CO比值法定量估算煙花爆竹燃放對大氣污染物的影響。
式中:C為煙花爆竹集中燃放期煙花爆竹燃放對污染物M的貢獻量,單位為μg/m3;M為集中燃放期間污染物的濃度,單位為μg/m3;CO為集中燃放期間CO的濃度,單位為μg/m3;N和CO非分別為非燃放期污染物M和CO的平均濃度,μg/m3;R為集中燃放期間煙花爆竹對污染物M的貢獻率(%)。
2019-2021年春節(jié)期間空氣質(zhì)量級別變化如表1所示,可以看出近三年春節(jié)期間首要污染物均為PM2.5,空氣質(zhì)量級別基本呈現(xiàn)“倒V”形變化,即“中度污染-重度污染—嚴(yán)重污染—良”的變化趨勢,因此春節(jié)期間主要是細顆粒物導(dǎo)致重污染天氣的發(fā)生。
表1 2019-2021年春節(jié)期間空氣質(zhì)量級別變化
春節(jié)期間污染的重要因素有煙花爆竹的燃放強度及氣象條件。較多研究認(rèn)為高相對濕度與PM2.5呈現(xiàn)正相關(guān),高濕度條件時可能更容易導(dǎo)致水溶性離子的轉(zhuǎn)化,此外風(fēng)速較低時污染物不易擴散,也會造成污染物累積。
從氣象條件狀況來看,2021年春節(jié)期間風(fēng)速較小,靜風(fēng)風(fēng)頻較高,小于1級風(fēng)的頻次為94.8%,2020年次之為81.9%,2019年為71.9%,受靜穩(wěn)狀態(tài)天氣影響,污染物易于累積,不利于擴散和清除。2020年春節(jié)期間濕度大于70%的占比達69.8%,2021年次之為38.9%,2019年僅為4.5%。2021年除夕、正月初一風(fēng)速、濕度均相對較小,因此主要來源于煙花爆竹的一次源排放,而2020年P(guān)M2.5高值與高濕靜穩(wěn)的氣象因素相關(guān)性更大。
圖1 春節(jié)期間風(fēng)速、濕度分析對比圖
表2 2019-2021年集中燃放期煙花爆竹燃放對污染物的貢獻
集中燃放的時段為除夕18時至正月初一14時,2021年相比前兩年同時段濃度峰值更高。集中燃放時段嚴(yán)重拉高春節(jié)期間各指標(biāo)均值。其中集中燃放對PM2.5的貢獻最大,三年分別拉高春節(jié)期間整體均值153.62%、59.34%、160.68%,其次為PM10、SO2。Yao的研究表明上海的PM2.5濃度在節(jié)日前夕的幾個小時內(nèi)增加了10倍以上,平均貢獻率為51.9%,最大小時貢獻率為90.5%。
目前對于煙花爆竹燃放對大氣污染物的貢獻常采用PM2.5/CO比值法進行估算。集中燃放期間NO2和CO濃度變化較小,而CO變化更為穩(wěn)定,因此該研究選取CO為基準(zhǔn)參照污染物,評估分析對PM10、PM2.5、SO2的貢獻值。該方法假設(shè)非集中燃放期間無煙花爆竹現(xiàn)象和顯著的氣團傳輸現(xiàn)象發(fā)生。2021年集中燃放期煙花爆竹對PM2.5、PM10、SO2的貢獻量分別為165.1,126.2,17.2μg/m3,貢獻率分別為54.9%,36.4%,45.7%,較2020年集中燃放期分別上升了28.3%,11.9%,32.5%,較 2019年 分 別 上 升 了 5.9%,-7.8%,31.6%。2019年、2021年集中燃放煙花爆竹對PM2.5的貢獻在50%左右,這和Kong等人的研究結(jié)論較為一致。2020年由于人為活動大幅減少和興平市煙花爆竹管控力度較大,煙花爆竹對顆粒物的貢獻率處于25%左右。綜上,對于煙花爆竹的禁燃管控可有效較低春節(jié)期間大氣污染物的濃度。
(1)春節(jié)期間污染峰值主要集中在臘月二十九至正月初二,污染過程主要以細顆粒物為主,燃放煙花爆竹會短時間內(nèi)促使各污染物濃度大幅升高。
(2)靜穩(wěn)、高濕狀態(tài)不利的氣象條件,導(dǎo)致污染物易于累積;2021年擴散條件相對較差,靜穩(wěn)天氣顯著,除夕、正月初一濕度相對較小,因此主要來源于煙花爆竹的一次源排放,而2020年P(guān)M2.5高值與高濕靜穩(wěn)的氣象因素相關(guān)性更大。
(3)集中燃放階段嚴(yán)重拉高春節(jié)期間內(nèi)指標(biāo)均值,集中燃放對PM2.5的貢獻最大,三年分別拉高春節(jié)期間整體均值 153.62%、59.34%、160.68%,其 次 為PM10、SO2。
(4)2021年集中燃放期煙花爆竹燃放對PM2.5、PM10、SO2的貢獻處于40%-50%左右,貢獻量處于三年中最大,分別為165.1、126.2、17.2μg/m3,因此對煙花爆竹的禁燃管控可有效降低春節(jié)期間大氣污染物的濃度。