时间：2022-09-20     浏览：

烟花爆竹与PM2.5

--------黄茶香、朱玉平、杨林

烟花爆竹虽然是具有一定的危险爆炸物品，但也是人们喜闻乐见的传统工艺美术品。燃放烟花爆竹是世界人民千百年来的习俗，我国的烟花爆竹更是历史悠久，是国际上享有盛誉的烟花爆竹生产、销售和出口大国。由于烟花爆竹在燃放过程中会生成一定的烟雾和气体，引发了很多媒体夸大报道烟花爆竹燃放将产生大量的PM2.5，严重污染了环境，甚至被认为是造成近期全国各地出现连续雾霾天气的罪魁祸首之一。鉴此，对烟花爆竹的组成原料、生产过程、燃放产物与产生PM2.5的关系进行全面分析，正确引导消费者消费，促进烟花爆竹产业的健康持续发展。

 

一. PM2.5及来源

 

PM，英文全称为particulate matter，是指环境空气中的颗粒物，根据空气动力学当量直径可用小于或等于100μm的总悬浮颗粒物（TSP），小于或等于10μm的可进入人体呼吸系统的颗粒物（PM10），以及小于或等于2.5μm的可进入人体肺部的超细颗粒物（PM2.5）的年、24小时和1小时平均质量浓度来衡量空气的受污染程度。大部分有害元素和化合物都富集在细颗粒物上，而随着其粒径的减小，细颗粒物在大气中的存留时间和在呼吸系统的吸收率也随之增加，对人体健康的影响也越大，因此PM2.5严重影响了空气质量，同时对能见度也有重要影响，一般用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量，这个值越高，就代表空气污染越严重。

 

PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质，其化学组成因地区及污染源的不同而差异较大，目前所知的主要成分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、含碳颗粒、金属颗粒、矿物质等。

 

一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物等。

 

我国对PM2.5的检测越来越重视，2012年2月29日新发布的《环境空气质量标准》增加了细颗粒物（PM2.5）浓度限值检测指标,采用世界卫生组织设定的最宽限值，如下表1所示。

 

表1 空气环境污染物基本项目浓度极限

 

污染物项目	平均时间	浓度限值（μg/m3）
一级	二级	80	200
STP	年平均
24小时平均	120	300	70
PM10	年平均	40
24小时平均	50	150	35
PM2.5	年平均	15
24小时平均	15	75

 

二．烟花爆竹组成、生产过程、燃放等与PM2.5的关系

 

从烟花爆竹的组成、生产过程，燃放及其产物分析，烟花爆竹产生PM2.5和PM10这些细颗粒物极少，与汽车尾气、燃煤等产生的PM2.5和PM10比较微乎及微。

 

1.烟花爆竹组成与PM2.5的关系

 

烟花爆竹主要由药物、外壳、引燃装置等组成。烟花爆竹的药物主要由氧化剂、还原剂、增色增效物质和粘合剂组成。外壳主要由纸制品（瓦楞纸）、泥土（黄土和固引剂）、塑料等制成。氧化剂主要有硝酸盐、高氯酸盐、金属氧化物等物质。还原剂主要由金属可燃物、非金属可燃物（主要由无机可燃物C、S、P和有机可燃物组成）。增色增效物质主要有含氯化合物（如氯化石蜡、聚氯乙烯）以及含金属的着色物，如碳酸锶、氧化铜等。粘合剂主要是有机粘合剂，如酚醛树脂等。这些组成物质中不含有毒有害、重金属，不会直接产生PM2.5的成份。

 

2.烟花爆竹生产过程与PM2.5的关系

 

烟花爆竹生产过程是将所需药剂经过机械混合均匀或造粒，装填入设计好规格尺寸的筒体内的工艺过程。在这个过程中药剂充分混合、造粒、装填和筒体封底等工序可能扬起粉尘，因烟花爆竹药物的粒径直接影响着其安定性，粒径越小，药物越敏感，易于发生安全事故，所以对药剂等粒径控制很严格，各药剂成分和泥土粒径一般控制在80～200目（即180～75微米）之间，即使是粒径最小的成份铝银粉不超过320目（即不低于45微米），而且还与油脂包裹混合，封底用的黄土必须保持一定大的粒度和润性才能粘合牢固。因此，在烟花爆竹生产过程中，几乎不可能产生10微米及以下的颗粒，更不用说产生PM2.5了。和矿山开采、玻璃、水泥制造等接触二氧化硅、硅酸盐、纤维粉尘无法相比，至今千百年，从事烟花爆竹生产的工人未出现过一例得尘肺病的情况。

 

3.烟花爆竹燃放与PM2.5的关系

 

烟花爆竹引燃后发生燃烧或爆炸，产生光、声、色、型、烟雾等效果，虽然有的产品药物成分中不可缺少含有硫磺，但分析其燃放的特点、燃放生成物，发现烟花爆竹的燃放对环境所造成的影响与日常发电、工业生产、汽车尾气排放相比是微不足道的。

 

1） 烟花爆竹燃放具有短期性

 

烟花爆竹是一次性娱乐消费品，燃放过程是短暂的，有的是瞬间爆响，有的持续燃烧产生效果时间也会不超过几十秒钟。人们一般只在婚丧、喜庆等重大节日里间断性的燃放烟花爆竹，即使是重大庆典活动（如北京08年奥运会开闭幕式、国庆60周年等）的大型焰火燃放，持续燃放时间也只有十几分钟。短暂性的燃放烟花爆竹产生的烟雾挥发消散很快，一般正常燃放在几分钟内浓度迅速降低，恢复原有空气环境质量，不会形成积累，对环境影响很小。

 

2） 室外空旷的燃放环境

 

烟花爆竹是一种危险爆炸的娱乐品，燃放要求有一定的安全距离，如C级＞15米、B级＞50米、A级＞100米，除少数几种D级产品如舞台喷花、玩具类、摩擦类（被取消）外，均需在室外空旷的环境中燃放，观赏距离要求在一定范围之外。且烟花爆竹中大多数都是高空类产品，如组合烟花、礼花弹和升空类等。其中组合烟花的占到产品总量的60%以上，最低爆炸高度都在十几米以上；礼花弹中最小的3号产品，最低爆炸高度都在45米以上。另外，烟花爆竹标准对产品的药量作了严格的控制。烟花爆竹在室外空旷的空中燃放后产生烟雾很容易扩散，其浓度与扩散距离二次方递减，当经过安全距离到达观众时，浓度已很低，对人群和环境造成的影响都很小。

 

3） 燃放生成物可吸入部分少，产生PM2.5更少

 

烟花爆竹的组成成分和生产过程中基本上不会产生PM2.5，甚至是可吸入的PM10。只有在烟火药发生燃烧反应时，按所产生的焰火效应要求，生成不同的气相或凝聚相（固、液）物质。根据近年来烟花爆竹制作工艺和药物配方的不断研究改进，烟火药燃烧能够达到或接近零氧平衡，在这种条件下生成的CO、NOX、H2等有毒气体和可吸入部分为最少。

 

烟花爆竹燃放后会生成气体烟雾、漂浮物和残余物，其具体成分往往因产品品种、药物成分，以及燃烧程度不同而各异，如有的产品药剂中不含硫，有的不含碳，有的是采用塑料等等。尤其是烟花爆竹标准中对产品药量进行了严格的限制，生成物中的气体烟雾以微粒（烟）、溶液（雾）和气体的形式短暂的飘散在大气中，具有量少，颗粒大，时间短，挥发消散快的特征，根据标准考察年和24小时平均的PM2.5，燃放后能迅速恢复到环境质量标准要求。

 

烟花爆竹是由纸质筒体和泥土组成的主体，燃放后会形成残余物。或按设计效果生成的纸带、纸伞等漂浮物，以及散落的泥土、稻壳、棉籽、木杆等。漂浮物和残余物因其颗粒大，在短时间内飘撒在大地、建筑面或水面上，不会存留在大气中。这些物质均是可降解的，特别正在兴起的纸质模具筒体，可以回收利用。不但不会产生PM2.5，对环境的影响也很小。

 

生成物主要有：

 

a） 固体微粒：K2O、K2CO3、K2SO3、K2S、BaCl2、SrCl2、CuCl2、MgO、Al2O3、CaCl2等。

 

b） 气体：CO、NOX、N2、CO2、H2

 

c） 漂浮物和残余物：弹（纸）片、纸管、泥土、塑料体、稻壳、棉籽、木杆等。

 

三. 烟花爆竹标准对有害有毒成分的控制

 

烟花爆竹自从开始标准化建设以来，非常重视对环境的污染和消费者的伤害。相继发布标准对烟花爆竹的组成成分、性质，制作工艺，生产过程进行严格的控制，严禁使用有毒有害成分。

 

烟花爆竹产品基础标准《烟花爆竹 安全与质量》及各分类标准中明确规定了，严禁使用砷化合物、汞化合物、没食子酸、苦味酸、六氯代苯、镁粉、锆粉、磷（摩擦类除外）等，爆竹类、喷花类、旋转类、吐珠类、玩具类产品及个人燃放类组合烟花不使用铅化合物，另外，如喷花类、旋转类等非炸响性药物一般都不含硫磺。随着对烟花爆竹安全性能的不断提高，产品的药量受到严格的限制，也确保了产品的环保性。

 

四. 烟花爆竹与汽车尾气、工业生产所产生PM2.5的比较

 

人们燃放烟花爆竹主要在春节、清明或喜庆的节日，但地域分散、时间短暂，产生的PM2.5与汽车尾气、工业生产相比微乎其微。如据有关实验显示：一场30分钟的焰火燃放，于下风处检测产生的PM2.5最高值为200μg/m3，一台排气量为1.8T的汽车尾气排放时，在尾气排放处检测产生的PM2.5最高值达到1200μg/m3；据对113个重点城市调查显示，机动车排放的氮氧化合物、挥发性有机物和可吸入颗粒物，在城市中心区所有污染源中的贡献比例已分别达到66%、90%和26%，而对人体危害较大的可吸入细颗粒物(PM2.5)也主要来源于汽车尾气。又如2011年北京市PM2.5大概22%以上是机动车排放的；近17%是燃烧煤炭如电厂、锅炉、散煤排放的。杭州机动车尾气排放对PM2.5的贡献率达33%；工业生产中燃煤的贡献率达15.9%。烟花爆竹燃放时可能使当时集中地的PM2.5短暂升高，但考察其全年、24小时的平均浓度就极小了。

 

五. 烟花爆竹与PM2.5研究方向

 

由于PM2.5将对环境造成严重的影响，对人类健康带来很大的伤害，烟花爆竹燃放时可能产生极少的PM2.5，为了更加科学有效的控制PM2.5的产生，从源头上进行控制，确保烟花爆竹朝着更加环保的方向发展，拟在以下方面进行研究：

 

1. 开发新材料，寻求燃烧后不产生CO、NOX、硫化物及金属颗粒的新型氧化剂和可燃剂，配制绿色烟火药，消除生成PM2.5和有毒有害气体的可能性。

 

2. 研究新配方、新工艺，使各种烟火药反应尽量达到或接近零氧平衡。

 

3. 考虑风向的影响和与居民区的安全距离，科学划分燃放禁区和燃放区。

 

4. 提高检测能力，科学分析烟花爆竹燃放后产物的组成成分，实时监测其对环境造成的影响，以指导产业的发展。

 

5. 提高产品质量，确保药物充分发生反应，加强监管，将有效降低PM2.5。

 

总之，烟花爆竹是一种有着1400多年历史的娱乐消费品，尽管在一些产品的药物中含有C、N、S等成分，但从其组成原料、生产过程、燃放产物与产生PM2.5的关系分析，特别是从年和24小时平均PM2.5来考察对环境的影响，是十分微小的。

 

二〇一三年二月一十八日