燃放烟花爆竹对空气质量的严重影响-《大气气溶胶和雾霾新论》

烟 花 爆 竹 含 有KNO 3、KCl O 3、KCl O 4、S、C、Mn、Na2 C2 O 4、Al、Fe、Sr（NO 3）2、Ba（NO3）2等化学物质［1］，燃放烟花爆竹能释放SO2、CO 2、CO、PM以及Al、Mn、Cd等金属，这些物质将影响人类健康［2，3］；使用彩色烟花会生成O 3，这种强氧化性的物质更会危及人类健康［4］。尽管人们知道烟花爆竹能对环境和人类健康造成影响，但少有关于燃放烟花爆竹所释放颗粒物的理化特性的报道。2000年7月4日，佛罗里达州PM 10气溶胶中Mg和Al的浓度有很大提高［5］，7月4日后，在加州大学观测到气溶胶中Mg、Al、K、Pb、Ba、Sr、Cu的浓度有大幅度提高［6］。在印度2002年的排灯节期间，Ba、K、Al、Sr的浓度分别提高了1 091、25、18、15倍［7］，黑碳（BC）浓度提高3倍多［8］，SO 2、NO 2、PM 10、TSP的浓度增加了2～10倍多［9］。千禧年（2000年）期间，德国莱比锡积聚态（＞100 nm）颗粒物浓度有很大增加［10］。除了研究烟花排放气溶胶的特性外，O.Fleischer等报道了烟花残留物中有机毒物包括八氯二氧芑、呋喃、六氯苯的特性［11］，D.Y.Liu等报道了典型烟花的原始化学组成和粒径特征［6］。上述研究提供了关于燃放烟花爆竹释放颗粒物的有限的化学特性。中国政府自1993年起，在部分城市禁止燃放烟花爆竹，但考虑到民间的传统习俗，北京市允许2006年春节期间在部分地区燃放烟花爆竹，这给我们提供了一次研究燃放烟花爆竹影响空气质量的珍贵机会。元宵节在中国农历的正月十五，是中国春节期间最重要的节日。本章基于在2006年元宵节期间收集的气溶胶样品，深入研究燃放烟花引起的颗粒物污染，重点探讨颗粒物的化学特性和二次气溶胶的形成机制，以及燃放烟花对大气污染的贡献量。

2006年元宵节期间，在北京市区采集PM 2.5和PM 10气溶胶样品，共采集8个样品（4个PM 2.5、4个PM 10），采样时间分别为元宵节晚上（2月12日，记作样品＃1）、元宵节后白天（2月13日，记作样品＃2）、元宵节后晚上（2月13日，记作样品＃3）和常日（2月14—15日，记作样品＃4）。采样点位于北京师范大学科技楼楼顶，距地面约40 m，此采样点代表交通和居民混合区。用Whatman 41滤膜（Whatman Inc.，Maidstone，UK）和中流量采样器［型号：（TSP／PM 10／PM 2.5）-2，流速：77.59 L·min-1］采集样品。由于燃放烟花爆竹只允许在19:00—24:00期间，我们对样品的采集时间也作了相应的调整，以便更好地研究燃放爆竹所带来的污染。具体的采样信息见表30-1。采样方法和化学分析方法详见第7、8、10章。采样后滤膜放入聚乙烯塑料袋中，并保存在冰箱里。采样前后所有滤膜均恒温（20±2℃）、恒湿（40%±2%）24 h后，用分析天平（Sartorius 2004MP，准确度10μg）称量。所有步骤都有严格的质量控制以避免对样品可能的污染。利用光度计（M43D，Smokerstain Reflectometer，Diffusion Systems Ltd，London）测定BC的浓度。光度计的读数通过公式U=0.077 7×读数，转化为输出电压。假定滤膜上的颗粒呈单层分布，根据Lambert-Beer's定律［12］，电压可通过公式RZ=RZmax（U RZ0-U RZ）／（U RZ0-U RZmax）转化为黑度，其中U RZ0、U RZ、U RZmax分别为全白滤膜、实际滤膜、全黑滤膜对应的电压，RZ0、RZ、RZmax分别为三者对应的黑度。黑度转化为浓度（C R）的公式为：

其中，V为采样体积，k、RM 1为校正常量，本文中RM 1=11.2μg，k=0.95，U RZmax=0.5，U RZ0=8，RZmax=9。最后，C R乘以面积校正系数（滤膜面积与暴露面积之比）得到BC的浓度。此方法BC的相对标准偏差和检测限分别为0.12%和0.01μg·m-3。用仪器提供的标准全白和灰度片进行常规质量控制。从http：／／ww w.wunderground.com和http：／／www.arl.noaa.gov／下载温度、露点、相对湿度、风速、能见度、混合层高度等气象数据，见表30-1。从北京市环保局http：／／www.bjepb.gov.cn下载痕量气体SO 2、NO 2和PM 10的空气污染指数（API，API=100相对于国家空气质量二级标准）数据，并用下面公式换算为浓度：(www.xing528.com)

C和I分别表示浓度和API值；I高和I低表示API等级限定值表中最接近于I的2个值，前者高于I，后者低于I；C高和C低是对应于I高和I低的浓度值。