โลกแหงวิทยาศาสตรโลกแหงวิทยาศาสตร

ผูชวยศาสตราจารยผูชวยศาสตราจารย ดรดร.. สมพรสมพร จันทระจันทระ

ภาควิชาเคมีภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตรคณะวิทยาศาสตร

มหาวิทยาลัยเชียงใหมมหาวิทยาลัยเชียงใหม

บทที่บทที่ 55

บรรยากาศบรรยากาศ (Atmosphere)(Atmosphere)

Part IIPart II

Air Pollution and Health effectEvery day, we are facing with

Air pollution

Traffic noise and vibration

Traffic accidents

Traffic congestion

It is the time to do the action

เชียงใหมวิกฤติเชี ยงใหมวิกฤติ!! มลพิษมลพิษ เต็มเมืองเต็มเมือง พื้นที่พื้นที่ เสี่ยงภัยเสี่ยงภัย เรงแกไขดวนเรงแกไขดวน!!หนังสือพิมพเดลินิวส

ชมชม..ยังวิกฤติควันพิษเพียบยังวิกฤติควันพิษเพียบหวงเด็กหวงเด็ก--คนชราไดรับผลกระทบเตือนเลิกเผาขยะคนชราไดรับผลกระทบเตือนเลิกเผาขยะ

เชียงใหมนิวส

ผลกระทบตอสุขภาพอนามยัของผลกระทบตอสุขภาพอนามยัของประชาชนประชาชน

Environmental Relevant Driving Forces of Vehicle Development

((จจ)) อนุภาคฝุนอนุภาคฝุน ( (ParticulatesParticulates))

• อนุภาคฝุนเปนสารประกอบของทั้งสารอินทรีย และสาร

อนนิทรียที่อยูในอากาศ ทั้งในสถานะทีเ่ปนของเหลวและ

ของแข็ง

• ฝุนละเอียด (fine particulate matter) แบงออกไดเปน PM10

และ PM2.5

– PM10 หมายถึงฝุนที่มีขนาดเลก็กวา 10 ไมโครเมตร (μm)

– PM2.5 คือฝุนที่มีขนาดเลก็กวา 2.5μm

• PM10 ประกอบไปดวยฝุนจากยานพาหนะและโรงงาน

อุตสาหกรรม อนุภาคจากทะเล (see spray) อนุภาคจากพืช

• PM2.5 ประกอบไปดวยแอโรโซล (aerosol) อนุภาคจากการเผา

ไหม และไอของพวกสารอินทรีย และไอของโลหะที่ควบแนน

อนุภาคของสารกรดมักจะเกดิในอนภุาคฝุนขนาดเล็กมาก

แหลงกําเนิดของฝุนขนาดเล็กแหลงกําเนิดของฝุนขนาดเล็ก

Fresh wood soot in outdoor chambers

(0.5 μm scale)

What are some of the terms What are some of the terms used to describe aerosols?used to describe aerosols?

• Diameters are usually used to describe aerosol sizes, but aerosols have different shapes.

Naso-oro-pharyngo-

Tracheo-bronchial

Alveolar

Effect to human health

• ในพื้นที่เขตเมืองจะมี PM เฉลี่ยอยูที่ 10 – 40 μg/m3

• สวนคาแบคกราวดในเขตชนบทอยูที่ 0-10 μg/m3

• ในเขตอตุสาหกรรมหรือในชวงที่มีมลภาวะสูงนัน้อาจจะมรีะดับของฝุนขึ้นไปสูงถึงระดับหลายรอย μg/m3

• ฝุนละเอียดถูกจัดวาเปนมลพิษที่รายแรงที่สุด มีรายงานวาผูคนลมตายไปมากมายอันเนือ่งจากการรับฝุนละเอียดสูรางกาย เนือ่งจากอนภุาคที่เล็กกวา 10 μm สามารถเขาสูปอดและทําลายปอด

((ฉฉ)) โอโซนโอโซน

• โอโซนประกอบดวยออกซิเจน 3 อะตอม

• โอโซนเปนกาซพิษสีน้ําเงิน ไมเสถียร มีกลิ่นฉนุ

• ในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟยรนั้นจะมีชั้นของโอโซนอยู ซึ่งทํา

หนาที่กรองรังสียูวี

• สวนในบรรยากาศโทรโพสเฟยรมีโอโซนอยูในบรรยากาศบาง

แตไมหนาแนน เรียกวาโอโซนผิวพื้น (tropospheric ozone)

• เมื่อรางกายไดรับโอโซนผิวพื้น เขาไป จะทําใหเกิดการระคาย

เคืองของระบบทางเดนิหายใจ และทําใหการทํางานของปอด

บกพรอง และกระตุนใหเกดิโรคหอบหืดไดงายขึ้น

• และเมื่อปริมาณโอโซนในบรรยากาศมีมากจะทาํใหเนือ้เยื่อของ

ปอด และระบบทางเดินหายใจถูกทําลายได

• โอโซนผิวพื้นเกิดจาก VOCs หรือ NO2 ทําปฎิกิริยากับแสงอาทิตย จึง

จัดเปนสารมลพิษทุติยภูมิ การเกิดโอโซนจาก NO2 แสดงดังปฎิกิริยา

ดังตอไปนี้

NO2 + hν (λ ≤ 420 nm) → NO + O

O + O2 → O3

• โอโซนผิวพื้นประมาณ 10-15% จะสามารถเคลื่อนยายขึ้นไปบนชั้น

บรรยากาศสตราโตสเฟยร

M

• ความเขมขนของโอโซนขึ้นกับแสงแดด ในชวงที่อากาศอุนและสงบ โอโซนผิวพื้นในเขตเมืองจะถูกทําลายโดยไนตริกออกไซด (NO) ซึ่งมีแหลงกําเนิดจากยานพาหนะ ดังปฎิกิริยา

NO + O3 → NO2 + O2

• ความเขมขนของโอโซนมักจะมีคาสูงในชวงฤดูรอนมากกวาในฤดูหนาว และในเขตชนบทมากกวาในเมือง

• คาแบคกราวดของโอโซนผิวพื้นในทวีปยุโรปนั้นนอยกวา 15 ppb แตในบางครั้งอาจสูงถึง 60 ppb และในชวงของการเกิด smog ระดับของโอโซนอาจจะมากกวา 100ppb

Smog

((จจ)) สมสมอกอก ( (SmogSmog))

• ในระหวางศตวรรษที่ 19 และตนศตวรรษที่ 20 การปฏิวัติ

อุตสาหกรรมทําใหมลภาวะอากาศเลวราย โดยมีสาเหตุ

จากการปลอยมลพิษจากการเผาไหมของถานหิน ซึ่งทําให

เกดิปรากฎการณที่เรียกวา smog ที่เกิดในเขตเมอืง

• สภาพของ smog คือหมอกและควันที่มีสีเทาดําอนั

เนือ่งจากฝุนของถานหิน

• Smog มักเกิดขึ้นในชวงอากาศสงบ

• เดือนพฤศจิกายนในประเทศอังกฤษเปนเดือนที่เลวรายที่สุด เนื่องจากเปนเดอืนที่มีหมอกหนาทึบ

• ในชวงฤดูหนาวการปลอยควันและ SO2 ในเขตเมืองจะสูงกวาในชวงฤดูรอน เนื่องจากการใชถานหินในเครื่องทําความรอน

• อนุภาคในควันจะจับตัวกันเปนหมอกสีดําออกเหลือง ซึ่งปกคลุมบริเวณตัวเมืองไปหลายวัน

• ในชวงดังกลาวมักจะเปนชวงที่ลมสงบ ทําใหหมอกและควันดังกลาวคงตัวอยูได ดังนั้นระดับมลภาวะจึงเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะที่บริเวณผิวพื้น

• ในชวงการเกิด smog จะสงผลกระทบตอสุขภาพมาก เนื่องจาก สภาวะ

smog จะเกิดขึ้นและคงตัวเปนเวลาหลายวัน ทําใหหลาย ๆ คนมีปญหา

เรื่องโรคระบบทางเดินหายใจ

• มีอัตราการตายเกี่ยวกับโรคทางเดินหายใจเพิ่มขึ้นในชวงเวลาดังกลาว

• สมอกในกรุงลอนดอนที่รุนแรงเกิดขึ้นในเดือนธันวาคม ค.ศ. 1892 โดย

กนิเวลาประมาณ 3 วัน ผลคือมีผูเสียชีวิตไปกวา 1,000 คน

• สมอกที่รุนแรงที่สุดในกรุงลอนดอน (The Great London Smog) เกิดขึ้น

ในวันที ่4 ธันวาคม ค.ศ. 1952 เปนเวลา 5 วัน ทําใหมีผูคนลมตายเปน

จํานวนมาก

• จากนั้นรัฐบาลไดประกาศปฏิบัติการอากาศบริสุทธิ์

(Clean Air Act) เปนครั้งแรกในป ค.ศ. 1956

• โดยมีวัตถุประสงคเพื่อควบคุมแหลงกําเนิดของควัน

อนัเกิดจากบานเรือนและชุมชน โดยการกําหนดเขต

ปลอดควันขึ้น

• นอกจากนี้ยังมีมาตรการการใชถานหินที่สะอาดเพื่อ

ลดระดับการปลอย SO2 สูบรรยากาศดวย

อัตราการตายกับปริมาณอัตราการตายกับปริมาณ

SOSO22 ในอากาศในอากาศ จากการจากการ

เกิดสมเกิดสมอกในกรุงอกในกรุง

ลอนดอนลอนดอน

• ในปจจุบันนี้ปริมาณของควันและ SO2 ในเมืองลดต่ําลงไปมากเมื่อเทียบ

กับในอดีต อันเนื่องมาจากการใชมาตรการตางๆ เพื่อที่จะควบคุมการ

ปลอยมลพิษ รวมไปถึงการใชเทคโนโลยีที่สะอาด

• อยางไรก็ตามการเติบโตของการคมนาคมขนสงในชวง 20 ปที่ผานมา ทํา

ใหเกิดมลภาวะหลายชนิดในเขตเมือง ไมวาจะเปน CO, NOx และ HC

ซึ่งกอใหเกิด O3 ตามมา และสารเหลานี้ทําใหคุณภาพอากาศแยลง

Ambient Air Quality Monitoring NetworkAmbient Air Quality Monitoring Network

(PCD, Thailand)(PCD, Thailand)

51 stations

MT1

PP1

MT2

PP4PP3

PP2

MT1

อุปกรณเก็บตวัอยางอากาศอุปกรณเก็บตวัอยางอากาศ

• ในประเทศไทยไดมีการติดตามตรวจสอบคุณภาพอากาศจาก

หนวยงานของรัฐอยูอยางสม่ําเสมอ โดยเฉพาะในบริเวณเมอืง

ใหญ และบริเวณที่มีแหลงกําเนดิมลภาวะ ซึ่งมีแนวโนมที่ทําให

คุณภาพอากาศแยลง เชน การจราจรที่หนาแนน มีโรงงาน

อุตสาหกรรม มีการเผาชีวมวล หรือการเกิดไฟปา เปนตน

• ในตารางที่ 5.6 เปนตารางแสดงคุณภาพอากาศบริเวณพื้นที่

ทั่วไปในกรุงเทพมหานคร ในป พ.ศ. 2546 ทั้งคาของฝุน และ

กาซตาง ๆ เชน CO, O3, SO2, NO2

• โดยแสดงคามาตรฐานและจํานวนครั้งที่เกินคามาตรฐาน เพื่อ

เปนบรรทัดฐานในการจัดการในเชงินโยบายตอไ ป

ดัชนีคุณภาพอากาศดัชนีคุณภาพอากาศ

• สํานักจัดการคุณภาพอากาศและเสียง กรมควบคุมมลพิษ

กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดลอม ไดมีการรายงาน

ขอมูลคุณภาพอากาศรายวันในรูปแบบของ ดัชนีคุณภาพอากาศ

(Air Quality Index : AQI) ตั้งแตปพ.ศ. 2545 เปนตนมา เพื่อให

งายตอความเขาใจของประชาชนทั่วไป

• ดัชนีคุณภาพอากาศ เปนการรายงานขอมูลคุณภาพอากาศในรูปแบบทีง่ายตอความเขาใจของประชาชนทั่วไป เพื่อเผยแพรประชาสัมพันธใหสาธารณชนไดรับทราบถึงสถานการณ

มลพิษทางอากาศในแตละพื้นทีว่าอยูในระดับใด มีผลกระทบตอสขุภาพอนามัยหรือไม ซึง่ดัชนีคุณภาพอากาศเปนรูปแบบสากลที่ใชกันอยางแพรหลายในหลายประเทศ เชน สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย สงิคโปร มาเลเซีย และประเทศไทย เปนตน

• ดัชนีคุณภาพอากาศนี้จะคํานวณไดจากความเขมขนของสารมลพิษทาง

อากาศ 5 ประเภท ไดแก

– ฝุนขนาดเล็กกวา 10 ไมครอน (PM10)

– กาซคารบอนมอนอกไซด

– กาซซัลเฟอรไดออกไซด

– กาซไนโตรเจนไดออกไซด และ

– กาซโอโซน

• คาดัชนีที่คํานวณไดของสารมลพิษประเภทใดที่มีคาสูงสุดจะใชเปนดัชนี

คณุภาพอากาศของวันนั้น ซึ่งแบงออกเปน 5 ระดับ

• แตละระดับจะใชสีเปรียบเทียบ ฟา เขียว เหลือง สม และแดง ตามลําดับ

เกณฑการแบงคุณภาพอากาศ (กรมควบคุมมลพิษ)

ดัชนีคุณภาพอากาศ คุณภาพอากาศ สีที่ใชเปรียบเทียบ

0 – 50 ดี ฟา

51 – 100 ปานกลาง เขียว

101 – 200 มกีระทบตอสุขภาพ เหลือง

201 – 300 มผีลกระทบตอสุขภาพ

มากสม

มากกวา 300 อันตราย แดง

เกณฑของดชันคีุณภาพอากาศสําหรับประเทศไทย

AQI ความหมาย สทีีใ่ช แนวทางการปองกันผลกระทบ

0-50 คุณภาพดี ฟา ไมมีผลกระทบตอสุขภาพ

0-100 คุณภาพปานกลาง เขียว ไมมีผลกระทบตอสุขภาพ

101-200 มีผลกระทบตอสุขภาพ เหลือง

ผูปวยโรคระบบทางเดินหายใจ ควรหลีกเลี่ยงการออกกําลงัภายนอกอาคารบุคคลทัว่ไป โดยเฉพาะเด็กและผูสูงอายุ ไมควรทํากิจกรรมภายนอกอาคารเปนเวลานาน

201-300 มีผลกระทบตอสุขภาพมาก สม

ผูปวยโรคระบบทางเดินหายใจ ควรหลีกเลี่ยงกจิกรรมภายนอกอาคารบุคคลทัว่ไป โดยเฉพาะเด็กและผูสูงอายุ ควรจํากัดการออกกําลังภายนอกอาคาร

มากกวา 300

อันตราย แดง

บุคคลทัว่ไป ควรหลีกเลี่ยงการออกกําลังภายนอกอาคาร สําหรับผูปวยโรคระบบทางเดินหายใจ ควรอยูภายในอาคาร

เกณฑของดัชนคีุณภาพอากาศ (US EPA)

Good

Moderate

Unhealthy for sensitive group

Good

Moderate

Unhealthy for sensitive group

เกณฑการแบงคุณภาพอากาศเกณฑการแบงคุณภาพอากาศ

• ดัชนีคุณภาพอากาศรายวันในกรุงเทพมหานครสวนใหญจะอยูในระดับ

ปานกลางรอยละ 57.4 ระดับทีด่รีอยละ 38.3 และระดับมีผลกระทบตอสุขภาพรอยละ 4.3

• ในพื้นที่ตางจังหวัดและปริมณฑลพบวาดัชนีคุณภาพอากาศรายวันสวน

ใหญจะอยูในระดับปานกลางรอยละ 51.3 ระดับดีรอยละ 42.1 และระดับมีผลกระทบตอสุขภาพรอยละ 6.6

• เมื่อเปรียบเทยีบกับปที่ผานมาพบวาคุณภาพอากาศอยูในเกณฑที่ดีขึ้น ทั้งนี้สารมลพิษทางอากาศที่มีดัชนีคุณภาพอากาศในระดับตอสุขภาพ

สวนใหญ คือ ฝุนขนาดเล็กกวา 10 ไมครอน และรองลงมาคือ กาซโอโซน

Goal is “Zero” Emissions

00.05

0.10.15

0.20.25

0.30.35

0.4

1994 2004 2010

HC

NOx

(g/mile)

LEV I LEV IICB

G

Phas

e 3

Sustainable DevelopmentSustainable Development--The Three PillarsThe Three Pillars

For Clean Air For Clean Air ーー Viewpoint of Technical Approach Viewpoint of Technical Approach ーー

AppropriateMaintenance

CleanFuels

Vehicle EmissionStandard

Clean VehicleTechnology

5.55.5 เคมีทางแสงเคมีทางแสงของสของสปปชีสชีสที่สําคัญในบรรยากาศที่สําคัญในบรรยากาศ

• การดูดกลืน (absorbtion) แสงอาทิตยของสาร ทําใหเกดิ

กระบวนการเคมีทางแสง (photochemistry) และเปนการกระตุน

ใหเกดิแรดิคอลอิสระ (free radical) ซึ่งเปนตัวขับเคลื่อนของ

กระบวนการทางเคมีของบรรยากาศโทรโพสเฟยร และสตรา

โตสเฟยร

ออกซิเจนโมเลกุลออกซิเจนโมเลกุล (O(O22))

• การดูดกลืนแสงของทั้งออกซิเจนโมเลกลุ (O2) และโอโซน (O3)

ที่ความเขมแสงและความยาวคลื่นตาง ๆ ในบรรยากาศโทรโพส

เฟยรและสตราโตสเฟยร เปนเหตใุหเกิดปฏิกิริยาเคมีทางแสง

• โดย O2 ดูดกลืนแสงในชวงอัลตราไวโอเลต (UV) ที่ความยาว

คลื่น (λ) <~ 200 นาโนเมตร (nm) จึงเรียกพื้นที่แถบนี้วา

สูญญากาศของยูวี (vacuum ultraviolet)

• การแตกตัวของออกซิเจนในชวง λ 175-242 นาโนเมตร

เพื่อผลิตอะตอมของออกซิเจนนั้น มคีวามสําคัญอยางมาก

ในบรรยากาศสตราโตสเฟยร เนือ่งจาก O2 เปน

แหลงกําเนิดทีส่ําคัญของ O3 ดังแสดงในสมการ

O2 + hν → 2O

O + O2 → O3

โอโซนโอโซน ( (OO33))

• โอโซนมีบทบาทสําคัญหรือถือเปนศูนยกลางของเคมี

บรรยากาศโทรโพสเฟยร

• โอโซนมีความไวสูง และจัดเปนสปชีสที่มีพิษ

• สามารถดูดกลืนรังสี IR และ UV จึงจัดโอโซนเปนตวัการ

หนึ่งของการเกิดปรากฏการณเรอืนกระจก (greenhouse

effect)

• ในทางตรงกันขามโอโซนจัดเปนประโยชนในแงของการ

ดูดกลนืรังสียูวี ซึ่งเปนอนัตรายกับสิ่งมีชีวิตบนโลก

• ในกระบวนการดูดกลืนรังสียูวีดังกลาว จะเกิดออกซิเจนอะตอม

ในสภาวะกระตุน (excited oxygen) ซึ่งจะสามารถทําปฏิกิริยา

เกดิเปน OH⋅ ซึ่งเปนตัวออกซิแดนทที่สําคัญในบรรยากาศ

• การแตกตัวดวยแสง (photolysis) ของโอโซนจะผลิตทั้ง

ออกซิเจนโมเลกุล และออกซิเจนอะตอมออกมา ซึ่งบางที

อาจอยูในสถานะที่ถูกกระตุนทางไฟฟา

• ตัวอยางของกระบวนการการแตกตัวทางแสง แสดงใน

สมการ ซึ่งตองการแสงที่ความยาวคลื่น 310 นาโนเมตร

O3 + hν → O2 + O

• ปฏิกิริยาเคมีทางแสงที่สําคัญที่สุดของโอโซนในบรรยากาศโทร

โพสเฟยรคือ ผลลัพธที่ได และความยาวคลื่นในการผลิต

ออกซิเจนอะตอม

O3 + hν → O2 + O

• เนือ่งจากมนัเปนตนกาํเนิดของ ไฮดรอกซิลฟรีแรดิคอล

(hydroxyl free radical; OH⋅)โดยการทําปฏิกิริยากับไอน้ํา O + H2O (g) → 2 OH⋅

ไนโตรเจนไดออกไซดไนโตรเจนไดออกไซด ( (NONO22))

• การแตกตัวทางแสงของ NO2 ที่ λ < 420 นาโนเมตร ให

ผลิตภณัฑเปนไนตริกออกไซด และออกซิเจนอะตอม ดังสมการ

NO2 + hν → NO + O

• ปริมาณของ O ที่ไดจากสมการนั้นมนีัยสําคัญในการผลิต O3 ใน

โทรโพสเฟยร และจัดเปนแหลงกําเนดิที่เกิดจากมนุษย

(anthropogenic source) โดยปฏิกิริยาดังกลาวแสดงไดดังสมการ

O + O2 → O3

Blue Sky, Blue Sky, Clean Air and Clean Air and

Green Area for Green Area for Better Quality Better Quality

of Lifeof Life