โลกแหงวิทยาศาสตร บทที่5 บรรยากาศ(Atmosphere) Part II

www1.science.cmu.ac.th

โลกแหงวิทยาศาสตร บทที่5 บรรยากาศ(Atmosphere) Part II

โลกแหงวิทยาศาสตร

บทที่ 5

บรรยากาศ (Atmosphere)

Part II

ผูชวยศาสตราจารย ดร. สมพร จันทระ

ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร

มหาวิทยาลัยเชียงใหม


Air Pollution and Health effect

Every day, we are facing with

Air pollution

Traffic noise and vibration

Traffic accidents

Traffic congestion

It is the time to do the action


หนังสือพิมพเดลินิวส

เชียงใหมวิกฤติ! มลพิษ เต็มเมือง พื้นที่ เสี่ยงภัย

เรงแกไขดวน!


ชม.ยังวิกฤติควันพิษเพียบ

หวงเด็ก-คนชราไดรับผลกระทบเตือนเลิกเผาขยะ

เชียงใหมนิวส


ผลกระทบตอสุขภาพอนามัยของ

ประชาชน


Environmental Relevant Driving Forces of

Vehicle Development


(จ) อนุภาคฝุน (Particulates)

• อนุภาคฝุนเปนสารประกอบของทั้งสารอินทรีย และสาร

อนินทรียที่อยูในอากาศ ทั้งในสถานะที่เปนของเหลวและ

ของแข็ง

• ฝุนละเอียด (fine particulate matter) แบงออกไดเปน PM10

และ PM2.5

– PM10 หมายถึงฝุนที่มีขนาดเล็กกวา 10 ไมโครเมตร (μm)

– PM2.5 คือฝุนที่มีขนาดเล็กกวา 2.5 μm


• PM10 ประกอบไปดวยฝุนจากยานพาหนะและโรงงาน

อุตสาหกรรม อนุภาคจากทะเล (see spray) อนุภาคจากพืช

• PM2.5 ประกอบไปดวยแอโรโซล (aerosol) อนุภาคจากการเผา

ไหม และไอของพวกสารอินทรีย และไอของโลหะที่ควบแนน

อนุภาคของสารกรดมักจะเกิดในอนุภาคฝุนขนาดเล็กมาก


แหลงกําเนิดของฝุนขนาดเล็ก


Fresh wood soot in outdoor chambers

(0.5 μm scale)


What are some of the terms

used to describe aerosols

• Diameters are usually used to describe

aerosol sizes, but aerosols have

different shapes.


Effect to human health

Naso-oro-

pharyngo-

Tracheobronchial

Alveolar


• ในพื้นที่เขตเมืองจะมี PM เฉลี่ยอยูที่ 10 – 40 μg/m 3

• สวนคาแบคกราวดในเขตชนบทอยูที่ 0-10 μg/m 3

• ในเขตอุตสาหกรรมหรือในชวงที่มีมลภาวะสูงนั้นอาจจะมีระดับ

ของฝุนขึ้นไปสูงถึงระดับหลายรอย μg/m 3

• ฝุนละเอียดถูกจัดวาเปนมลพิษที่รายแรงที่สุด มีรายงานวาผูคน

ลมตายไปมากมายอันเนื่องจากการรับฝุนละเอียดสูรางกาย

เนื่องจากอนุภาคที่เล็กกวา 10 μm สามารถเขาสูปอดและทําลาย

ปอด


(ฉ) โอโซน

• โอโซนประกอบดวยออกซิเจน 3 อะตอม

• โอโซนเปนกาซพิษสีน้ําเงิน ไมเสถียร มีกลิ่นฉุน

• ในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟยรนั้นจะมีชั้นของโอโซนอยู ซึ่งทํา

หนาที่กรองรังสียูวี

• สวนในบรรยากาศโทรโพสเฟยรมีโอโซนอยูในบรรยากาศบาง

แตไมหนาแนน เรียกวาโอโซนผิวพื้น (tropospheric ozone)


• เมื่อรางกายไดรับโอโซนผิวพื้น เขาไป จะทําใหเกิดการระคาย

เคืองของระบบทางเดินหายใจ และทําใหการทํางานของปอด

บกพรอง และกระตุนใหเกิดโรคหอบหืดไดงายขึ้น

• และเมื่อปริมาณโอโซนในบรรยากาศมีมากจะทําใหเนื้อเยื่อของ

ปอด และระบบทางเดินหายใจถูกทําลายได


• โอโซนผิวพื้นเกิดจาก VOCs หรือ NO 2 ทําปฎิกิริยากับแสงอาทิตย จึง

จัดเปนสารมลพิษทุติยภูมิ การเกิดโอโซนจาก NO 2 แสดงดังปฎิกิริยา

ดังตอไปนี้

NO 2 + hν (λ≤420 nm) → NO + O

M

O + O 2 → O 3

• โอโซนผิวพื้นประมาณ 10-15% จะสามารถเคลื่อนยายขึ้นไปบนชั้น

บรรยากาศสตราโตสเฟยร


• ความเขมขนของโอโซนขึ้นกับแสงแดด ในชวงที่อากาศอุนและสงบ

โอโซนผิวพื้นในเขตเมืองจะถูกทําลายโดยไนตริกออกไซด (NO) ซึ่ง

มีแหลงกําเนิดจากยานพาหนะ ดังปฎิกิริยา

NO + O 3 → NO 2 +O 2

• ความเขมขนของโอโซนมักจะมีคาสูงในชวงฤดูรอนมากกวาในฤดู

หนาว และในเขตชนบทมากกวาในเมือง

• คาแบคกราวดของโอโซนผิวพื้นในทวีปยุโรปนั้นนอยกวา 15 ppb

แตในบางครั้งอาจสูงถึง 60 ppb และในชวงของการเกิด smog ระดับ

ของโอโซนอาจจะมากกวา 100ppb


Smog


(จ) สมอก

(Smog)

• ในระหวางศตวรรษที่ 19 และตนศตวรรษที่ 20 การปฏิวัติ

อุตสาหกรรมทําใหมลภาวะอากาศเลวราย โดยมีสาเหตุ

จากการปลอยมลพิษจากการเผาไหมของถานหิน ซึ่งทําให

เกิดปรากฎการณที่เรียกวา smog ที่เกิดในเขตเมือง

• สภาพของ smog คือหมอกและควันที่มีสีเทาดําอัน

เนื่องจากฝุนของถานหิน


• Smog มักเกิดขึ้นในชวงอากาศสงบ

• เดือนพฤศจิกายนในประเทศอังกฤษเปนเดือนที่เลวรายที่สุด เนื่องจาก

เปนเดือนที่มีหมอกหนาทึบ

• ในชวงฤดูหนาวการปลอยควันและ SO 2 ในเขตเมืองจะสูงกวาในชวงฤดู

รอน เนื่องจากการใชถานหินในเครื่องทําความรอน

• อนุภาคในควันจะจับตัวกันเปนหมอกสีดําออกเหลือง ซึ่งปกคลุมบริเวณ

ตัวเมืองไปหลายวัน

• ในชวงดังกลาวมักจะเปนชวงที่ลมสงบ ทําใหหมอกและควันดังกลาวคง

ตัวอยูได ดังนั้นระดับมลภาวะจึงเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะที่บริเวณผิวพื้น


• ในชวงการเกิด smog จะสงผลกระทบตอสุขภาพมาก เนื่องจาก สภาวะ

smog จะเกิดขึ้นและคงตัวเปนเวลาหลายวัน ทําใหหลาย ๆ คนมีปญหา

เรื่องโรคระบบทางเดินหายใจ

• มีอัตราการตายเกี่ยวกับโรคทางเดินหายใจเพิ่มขึ้นในชวงเวลาดังกลาว

• สมอกในกรุงลอนดอนที่รุนแรงเกิดขึ้นในเดือนธันวาคม ค.ศ. 1892 โดย

กินเวลาประมาณ 3 วัน ผลคือมีผูเสียชีวิตไปกวา 1,000 คน

• สมอกที่รุนแรงที่สุดในกรุงลอนดอน (The Great London Smog) เกิดขึ้น

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

จํานวนมาก


• จากนั้นรัฐบาลไดประกาศปฏิบัติการอากาศบริสุทธิ์

(Clean Air Act) เปนครั้งแรกในป ค.ศ. 1956

• โดยมีวัตถุประสงคเพื่อควบคุมแหลงกําเนิดของควัน

อันเกิดจากบานเรือนและชุมชน โดยการกําหนดเขต

ปลอดควันขึ้น

• นอกจากนี้ยังมีมาตรการการใชถานหินที่สะอาดเพื่อ

ลดระดับการปลอย SO 2 สูบรรยากาศดวย


อัตราการตายกับปริมาณ

SO 2 ในอากาศ จากการ

เกิดสมอกในกรุง

ลอนดอน


• ในปจจุบันนี้ปริมาณของควันและ SO 2 ในเมืองลดต่ําลงไปมากเมื่อเทียบ

กับในอดีต อันเนื่องมาจากการใชมาตรการตางๆ เพื่อที่จะควบคุมการ

ปลอยมลพิษ รวมไปถึงการใชเทคโนโลยีที่สะอาด

• อยางไรก็ตามการเติบโตของการคมนาคมขนสงในชวง 20 ปที่ผานมา ทํา

ใหเกิดมลภาวะหลายชนิดในเขตเมือง ไมวาจะเปน CO, NOx และ HC

ซึ่งกอใหเกิด O 3 ตามมา และสารเหลานี้ทําใหคุณภาพอากาศแยลง


Ambient Air Quality Monitoring Network

(PCD, Thailand)

51 stations


PP1

PP2

PP3

PP4

MT1

MT1

MT2


อุปกรณเก็บตัวอยางอากาศ


• ในประเทศไทยไดมีการติดตามตรวจสอบคุณภาพอากาศจาก

หนวยงานของรัฐอยูอยางสม่ําเสมอ โดยเฉพาะในบริเวณเมือง

ใหญ และบริเวณที่มีแหลงกําเนิดมลภาวะ ซึ่งมีแนวโนมที่ทําให

คุณภาพอากาศแยลง เชน การจราจรที่หนาแนน มีโรงงาน

อุตสาหกรรม มีการเผาชีวมวล หรือการเกิดไฟปา เปนตน


• ในตารางที่ 5.6 เปนตารางแสดงคุณภาพอากาศบริเวณพื้นที่

ทั่วไปในกรุงเทพมหานคร ในป พ.ศ. 2546 ทั้งคาของฝุน และ

กาซตาง ๆ เชน CO, O 3 ,SO 2 ,NO 2

• โดยแสดงคามาตรฐานและจํานวนครั้งที่เกินคามาตรฐาน เพื่อ

เปนบรรทัดฐานในการจัดการในเชิงนโยบายตอไ ป


ดัชนีคุณภาพอากาศ

• สํานักจัดการคุณภาพอากาศและเสียง กรมควบคุมมลพิษ

กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดลอม ไดมีการรายงาน

ขอมูลคุณภาพอากาศรายวันในรูปแบบของ ดัชนีคุณภาพอากาศ

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

งายตอความเขาใจของประชาชนทั่วไป


• ดัชนีคุณภาพอากาศ เปนการรายงานขอมูลคุณภาพอากาศใน

รูปแบบที่งายตอความเขาใจของประชาชนทั่วไป เพื่อเผยแพร

ประชาสัมพันธใหสาธารณชนไดรับทราบถึงสถานการณ

มลพิษทางอากาศในแตละพื้นที่วาอยูในระดับใด มี

ผลกระทบตอสุขภาพอนามัยหรือไม ซึ่งดัชนีคุณภาพอากาศ

เปนรูปแบบสากลที่ใชกันอยางแพรหลายในหลายประเทศ

เชน สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย สิงคโปร มาเลเซีย และ

ประเทศไทย เปนตน


• ดัชนีคุณภาพอากาศนี้จะคํานวณไดจากความเขมขนของสารมลพิษทาง

อากาศ 5 ประเภท ไดแก

– ฝุนขนาดเล็กกวา 10 ไมครอน (PM10)

– กาซคารบอนมอนอกไซด

– กาซซัลเฟอรไดออกไซด

– กาซไนโตรเจนไดออกไซด และ

– กาซโอโซน

• คาดัชนีที่คํานวณไดของสารมลพิษประเภทใดที่มีคาสูงสุดจะใชเปนดัชนี

คุณภาพอากาศของวันนั้น 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 มีกระทบตอสุขภาพ เหลือง

201 – 300

มีผลกระทบตอสุขภาพ

มาก

สม

มากกวา 300 อันตราย แดง


เกณฑของดัชนีคุณภาพอากาศสําหรับประเทศไทย

AQI ความหมาย สีที่ใช แนวทางการปองกันผลกระทบ

0-50 คุณภาพดี ฟา ไมมีผลกระทบตอสุขภาพ

0-100 คุณภาพปานกลาง เขียว ไมมีผลกระทบตอสุขภาพ

101-200 มีผลกระทบตอสุขภาพ เหลือง

201-300 มีผลกระทบตอสุขภาพมาก สม

มากกวา 300

อันตราย

แดง

ผูปวยโรคระบบทางเดินหายใจ

ควรหลีกเลี่ยงการออก

กําลังภายนอกอาคาร

บุคคลทั่วไป โดยเฉพาะ

เด็กและผูสูงอายุ ไมควร

ทํากิจกรรมภายนอก

อาคารเปนเวลานาน

ผูปวยโรคระบบทางเดินหายใจ

ควรหลีกเลี่ยงกิจกรรม

ภายนอกอาคาร

บุคคลทั่วไป โดยเฉพาะ

เด็กและผูสูงอายุ ควร

จํากัดการออกกําลัง

ภายนอกอาคาร

บุคคลทั่วไป ควรหลีกเลี่ยงการ

ออกกําลังภายนอกอาคาร

สําหรับผูปวยโรคระบบ

ทางเดินหายใจ ควรอยู

ภายในอาคาร


เกณฑของดัชนีคุณภาพอากาศ (US EPA)


Unhealthy for

sensitive group

Moderate

Good


Unhealthy for

sensitive group

Moderate

Good


เกณฑการแบงคุณภาพอากาศ

• ดัชนีคุณภาพอากาศรายวันในกรุงเทพมหานครสวนใหญจะอยูในระดับ

ปานกลางรอยละ 57.4 ระดับที่ดีรอยละ 38.3 และระดับมีผลกระทบตอ

สุขภาพรอยละ 4.3

• ในพื้นที่ตางจังหวัดและปริมณฑลพบวาดัชนีคุณภาพอากาศรายวันสวน

ใหญจะอยูในระดับปานกลางรอยละ 51.3 ระดับดีรอยละ 42.1 และ

ระดับมีผลกระทบตอสุขภาพรอยละ 6.6

• เมื่อเปรียบเทียบกับปที่ผานมาพบวาคุณภาพอากาศอยูในเกณฑที่ดีขึ้น

ทั้งนี้สารมลพิษทางอากาศที่มีดัชนีคุณภาพอากาศในระดับตอสุขภาพ

สวนใหญ คือ ฝุนขนาดเล็กกวา 10 ไมครอน และรองลงมาคือ กาซ

โอโซน


Goal is “Zero” Emissions

(g/mile)

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

NOx

HC

1994 2004 2010

CBG

Phase 3

LEV I

LEV II


Sustainable Development-

The Three Pillars


For Clean Air

ー Viewpoint of Technical Approach ー

Vehicle Emission

Standard

Appropriate

Maintenance

Clean Vehicle

Technology

Clean

Fuels


5.5 เคมีทางแสงของส

ของสป ปชีส ชีสที่สําคัญในบรรยากาศ

• การดูดกลืน (absorbtion) แสงอาทิตยของสาร ทําใหเกิด

กระบวนการเคมีทางแสง (photochemistry) และเปนการกระตุน

ใหเกิดแรดิคอลอิสระ (free radical) ซึ่งเปนตัวขับเคลื่อนของ

กระบวนการทางเคมีของบรรยากาศโทรโพสเฟยร และสตรา

โตสเฟยร


ออกซิเจนโมเลกุล (O 2 )

• การดูดกลืนแสงของทั้งออกซิเจนโมเลกุล (O 2 ) และโอโซน (O 3 )

ที่ความเขมแสงและความยาวคลื่นตาง ๆ ในบรรยากาศโทรโพส

เฟยรและสตราโตสเฟยร เปนเหตุใหเกิดปฏิกิริยาเคมีทางแสง

• โดย O 2 ดูดกลืนแสงในชวงอัลตราไวโอเลต (UV) ที่ความยาว

คลื่น (λ)


• การแตกตัวของออกซิเจนในชวง λ 175-242 นาโนเมตร

เพื่อผลิตอะตอมของออกซิเจนนั้น มีความสําคัญอยางมาก

ในบรรยากาศสตราโตสเฟยร เนื่องจาก O 2 เปน

แหลงกําเนิดที่สําคัญของ O 3 ดังแสดงในสมการ

O 2 +hν → 2O

O + O 2 → O 3


โอโซน (O 3 )

• โอโซนมีบทบาทสําคัญหรือถือเปนศูนยกลางของเคมี

บรรยากาศโทรโพสเฟยร

• โอโซนมีความไวสูง และจัดเปนสปชีสที่มีพิษ

• สามารถดูดกลืนรังสี IR และ UV จึงจัดโอโซนเปนตัวการ

หนึ่งของการเกิดปรากฏการณเรือนกระจก (greenhouse

effect)


• ในทางตรงกันขามโอโซนจัดเปนประโยชนในแงของการ

ดูดกลืนรังสียูวี ซึ่งเปนอันตรายกับสิ่งมีชีวิตบนโลก

• ในกระบวนการดูดกลืนรังสียูวีดังกลาว จะเกิดออกซิเจนอะตอม

ในสภาวะกระตุน (excited oxygen) ซึ่งจะสามารถทําปฏิกิริยา

เกิดเปน OH⋅ ซึ่งเปนตัวออกซิแดนทที่สําคัญในบรรยากาศ


• การแตกตัวดวยแสง (photolysis) ของโอโซนจะผลิตทั้ง

ออกซิเจนโมเลกุล และออกซิเจนอะตอมออกมา ซึ่งบางที

อาจอยูในสถานะที่ถูกกระตุนทางไฟฟา

• ตัวอยางของกระบวนการการแตกตัวทางแสง แสดงใน

สมการ ซึ่งตองการแสงที่ความยาวคลื่น 310 นาโนเมตร

O 3 +hν → O 2 +O


• ปฏิกิริยาเคมีทางแสงที่สําคัญที่สุดของโอโซนในบรรยากาศโทร

โพสเฟยรคือ ผลลัพธที่ได และความยาวคลื่นในการผลิต

ออกซิเจนอะตอม

O 3 +hν → O 2 +O

• เนื่องจากมันเปนตนกําเนิดของ ไฮดรอกซิลฟรีแรดิคอล

(hydroxyl free radical; OH⋅)โดยการทําปฏิกิริยากับไอน้ํา

O + H 2 O (g) → 2 OH⋅


ไนโตรเจนไดออกไซด (NONO 2 )

• การแตกตัวทางแสงของ NO 2 ที่ λ < 420 นาโนเมตร ให

ผลิตภัณฑเปนไนตริกออกไซด และออกซิเจนอะตอม ดังสมการ

NO 2 +hν → NO + O

• ปริมาณของ O ที่ไดจากสมการนั้นมีนัยสําคัญในการผลิต O 3 ใน

โทรโพสเฟยร และจัดเปนแหลงกําเนิดที่เกิดจากมนุษย

(anthropogenic source) โดยปฏิกิริยาดังกลาวแสดงไดดังสมการ

O + O 2 → O 3


Blue Sky,

Clean Air and

Green Area for

Better Quality

of Life

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine