摘要：本文通过对比观察春节前后几天北京中心五个城区的二氧化氮浓度全天变化曲线的取样数据，分析北京春节燃放烟花爆竹对空气中二氧化氮浓度的影响。通过分析数据的变化发现烟花爆竹的燃放会对空气中二氧化氮的浓度产生持续性的增高的影响，并且在阴雨天气时影响减弱，多云天气时影响增强。
关键词：烟花爆竹；二氧化氮；环境污染
二氧化氮是一种重要的空气污染物，常温下为红棕色的有刺激性气味的气体。人为产生的二氧化氮主要来自高温燃烧过程的释放，比如烟花爆竹的燃放，机动车尾气、锅炉废气、工厂工业废气的排放等。 二氧化氮还是酸雨的成因之一(3NO2+H2O=2HNO3+NO)，所带来的环境效应多种多样，包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响，大气能见度的降低，地表水的酸化，富营养化以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。人体吸入过量二氧化氮或者通过食物，饮用水等摄取过量二氧化氮都会引起中毒甚至死亡
一、空气中的二氧化氮
（一）烟花爆竹的燃放产生二氧化氮
烟花爆竹的主要成分是黑火药，即硫磺，木炭粉，硝酸钾，氯酸钾等，还有少量镁粉、铝粉、铁粉、锑粉等，通过引燃黑火药产生大量高温气体引爆，通过金属的焰色反应产生不同颜色的烟花。其中黑火药在引爆时产生大量气体：
2KNO3+S+3C=K2S+N2↑+3CO2↑
反应虽然没有直接产生二氧化氮，但在高温的条件下和某些金属的催化作用下会与空气中的氧气反应，生成物有一氧化二氮，一氧化氮，二氧化氮，三氧化二氮等多种氮氧化物，其中以一氧化氮和二氧化氮为主。
这些氮氧化物在空气中与碳氢化合物共存时，在受到紫外光照射的情况下会发生光化学反应，产生有毒的光化学烟雾和二次污染。
（二）二氧化氮的空气质量标准
表1.二氧化氮空气质量标准
（三）二氧化氮在大气中的自然吸收
二氧化氮在自然界氮循环中被吸收的主要途径是靠降水(3NO2+H2O=2HNO3+NO)和植物光合作用。
二、烟花爆竹的燃放对空气中二氧化氮浓度的影响
数据采集地点：a:东城东四；b:西城官园；c:海淀万柳；d：朝阳奥体中心；e：丰台花园。
（一）烟花爆竹密集燃放时间
北京市五环路以内允许燃放烟花的时间是除夕至初一全天、初二至十五7时至二十四时。其中22时至次日1时燃放更加密集。
（二）平时空气中二氧化氮含量变化情况
从北京几处中心城区的取样数据可以看出平时北京城区的二氧化氮浓度平均约在25ug/m3，其中7时-9时、19时-21时两个时段较其他时段含量较高。整体二氧化氮含量维持在优的水平。
（三）烟花爆竹的燃放对空气中二氧化氮浓度的影响
由于除夕夜烟花爆竹的大量燃放，从图中可以明显的看出各城区在除夕夜（2月7日）21时至次日10时左右二氧化氮浓度突增，平均值约80ug/m3，空气质量降至良水平，二氧化氮的平均浓度相比平时同一时段浓度增加220%以上，可见烟花爆竹的燃放会对二氧化氮浓度产生快速而直接的影响，使空气中二氧化氮的浓度立刻上升；同时，在这一时段中烟花爆竹的燃放并不是时时都非常密集，但是二氧化氮的浓度在这期间却一直没有下降，直到2月8日10时以后才恢复平常水平，所以由于烟花爆竹燃放产生的二氧化氮会在空气中滞留，引起燃放后几个小时内持续的污染，但是在2月7日时晴天的气候条件下二氧化氮浓度的增加仍然维持在环境可以自然吸收，恢复正常的限度以内；从2月8日20时以后（平常二氧化氮出现较高值的时段）的数据中可以看出，二氧化氮的浓度相比平常较高，朝阳区和丰台区比较明显，说明燃放后的一段时间内自然吸收对二氧化氮的抑制作用减弱（尤其是在二氧化氮浓度偏高时），可见烟花燃放产生的多余二氧化氮给自然界对二氧化氮的吸收造成一定压力。
通过之后两天的数据可以看出持续的烟花爆竹的燃放会使二氧化氮浓度维持较高水平，9日各城区全天浓度平均值在40-55ug/m3，相比平时高出约一倍，浓度的变化趋势与平时相似，但浓度的数值整体提高了，因此持续的烟花爆竹的燃放产生的二氧化氮积累使得自然吸收作用不足以恢复了，二氧化氮的浓度大部分时间处在良等级。
（四）阴雨天燃放的影响
平均值不足25ug/m3，并且其吸收效果维持了近48小时（如下两图），都使北京的二氧化氮浓度全天处于较低水平，因此当气候条件为降雨时，烟花爆竹的燃放对二氧化氮浓度的影响会被抵消。
（五）多云天气燃放的影响（以2月9日21时至2月11日21时为例）
这两天天气一直为多云，风力为微风。当大气的温度随高度变化不太明显时容易出现多云天气，由于温差较小，风力微弱，所以这两天既不利于污染物向高空扩散，也不利于水平扩散，二氧化氮平均浓度约70ug/m3，比晴天时（如2月9日）的数值还要高出50%左右，可见多云天气烟花爆竹对空气的污染会增大。
三、治理措施
利用电视、报纸、微博等新闻媒介，加大烟花爆竹燃放对安全和环境影响的宣传力度，使广大公众自觉减少烟花爆竹的燃放数量，提倡购买、燃放安全环保型烟花爆竹；
使用烟花爆竹替代品，如电子烟火、压缩空气型无炸药烟花爆竹等“绿色烟花”；改变传统的烟花爆竹制作工艺，将黑火药变成无烟火药，从源头上减少燃放烟花爆竹造成的污染物排放。；限放烟花爆竹，禁止高污染烟花爆竹产品投放市场，限定燃放时间和区域，减少烟花售卖点等等；在燃放较密集的时段可以人工降雨或造风，吸收二氧化氮或者加快污染物扩散稀释。
论文作者:白雨辰
论文发表刊物:《科技中国》2017年10期
论文发表时间:2018/5/2
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