มลพิษกับสิ่งแวดล้อม
แหล่งกำเนิดมลพิษทางอากาศ ที่สำคัญของประเทศไทยอาจแบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้
1. แหล่งกำเนิดจากยานพาหนะ
ปัญหานี้เป็นมลพิษทางอากาศที่เกิดจากการจราจรเป็นสำคัญซึ่งจะให้ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ รวมทั้งฝุ่นละอองขนาดเล็ก และสารตะกั่ว
2. แหล่งกำเนิดจากโรงงานอุตสาหกรรม
มลพิษทางอากาศจากแหล่ง กำเนิดอุตสาหกรรมโดยส่วนมากเกิด จากกระบวนการผลิต เช่น จากการระเหยของก๊าซบางชนิด ซึ่งเกิดจากขยะมูลฝอยและของเสีย เป็นต้น ซึ่งเชื้อเพลิงที่นำมาใช้ในการเผาไหม้และในกระบวนการผลิต นั้น มี 3 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
• เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง
• เชื้อเพลิงที่เป็นของเหลว ได้แก่ น้ำมันเตา และน้ำมันดีเซล
• เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ ได้แก่ ก๊าซธรรมชาติ และก๊าซ LPG
สิ่งที่ตามมาจากแหล่งกำเนิดดังกล่าว คือ สารมลพิษทางอากาศที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่างๆ ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ฝุ่นละออง ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน
ผลกระทบของก๊าซมลพิษ
ภาพของฮีโมโกลบิน
1. คาร์บอนมอนอกไซด์ เป็นก๊าซที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ของสารประกอบคาร์บอน เป็นก๊าซที่ไม่มีสีรสและกลิ่นเบากว่าอากาศทั่วไป เมื่อหายใจเข้าไปก๊าซนี้จะรวมตัวฮีโมโกลบิน (haemoglobin) ในเม็ดเลือดแดงได้มากกว่าออกซิเจนถึง 200-250 เท่า เกิดเป็นคาร์บอกซีฮีโมโกลบิน (Carboxyhemoglobin) ทำให้เม็ดเลือดแดงไม่สามารถรับ O 2 ได้ตามปกติร่างกายได้รับ O 2 น้อยลงและหัวใจต้องสูบฉีดโลหิตมากขึ้น เพื่อทำให้โลหิตผ่านปอดมากขึ้น จะได้มีการรับ O 2 ให้มากขึ้นหัวใจและปอดจะต้องทำงานหนักขึ้น อาการทั่วไปเมื่อร่างกายได้รับ CO คือ วิงเวียนศีรษะหายใจอึดอัด คลื่นไส้อาเจียน ปวดศีรษะมึนงง หากร่างกายได้รับคาร์บอนไดออกไซด์มากอาจช็อกหมดสติหรือตายได้
2. ก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน ออกไซด์ของไนโตรเจนประกอบด้วยไนตรัสออกไซด์ ( N 2O) ไนตริกออกไซด์ (NO) ไดไนโตรเจน ไตรออกไซด์ ( N 2O 3) ไนโตรเจนไดออกไซด์( N 2O) ไดไนโตรเจนเตตราออกไซด์( N 2O 4) และไดไนโตรเจนเพนตะออกไซด์ ( N 2O 5) โดยทั่วไปก๊าซที่ทำให้เกิดมลพิษทางอากาศ คือ ก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) และก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ ( NO 2)
3. ก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) เป็นก๊าซเฉื่อยมีคุณสมบัติเป็นยาสลบ เป็นก๊าซไม่มีสีและกลิ่น ในธรรมชาติทั่วไปพบในปริมาณน้อยกว่า 0.5 ppm. ละลายน้ำได้เล็กน้อย ส่วนไนโตรเจนไดออกไซด์ ( NO 2) เป็นก๊าซสีน้ำตาล ถ้ามีจำนวนมากจะมองเห็น ก๊าซทั้งสองชนิดจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ได้แก่ ฟ้าผ่า ฟ้าแลบ ภูเขาไฟระเบิด หรืออาจเกิดจากกลไกของจุลินทรีย์ และนอกจากนี้อาจเกิดจากมนุษย์ เช่น อุตสาหกรรมผลิตกรดไนตริก และกรดกำมะถัน และโรงงานผลิตวัตถุระเบิด และการเผาไหม้เของเครื่องยนต์ เป็นต้น ก๊าซไนตริกออกไซด์ทำปฏิกิริยากับโอโซนในบรรยากาศจะเกิดเป็นไนโตเจนไดออกไซด์และออกซิเจน ในทางตรงกันข้าม เมื่อมีแสงแดดจะทำให้ไนโตรเจนออกไซด์เกิดปฏิกิริยาผันกลับ โดยทั่วไป ก๊าซ NO 2 ไม่เป็นอันตรายต่อร่างกาย เกิดอันตราย แต่ NO 2 จะรวมตัวกับน้ำในอากาศเป็น H NO 3 (กรดไนตริก) ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อ
4. ซัลเฟอร์ออกไซด์ (SO x ) ออกไซด์ซัลเฟอร์ประกอบด้วย SO 2 และ SO 3 โดยทั่วไปมักเขียนแทนซัลเฟอร์ออกไซด์ ด้วย SO x ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO 2) เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่ติดไฟ มีกลิ่นแสบจมูก ละลายได้ดีในน้ำโดยจะเปลี่ยนเป็นกรดซัลฟูริก ในธรรมชาติทั่วไปจะมีปริมาณน้อยในบรรยากาศคือ 0.02 - 0.1 ppm. แต่ถ้าพบในปริมาณสูงแล้วส่วนมากจะเกิดจากการเผาไหม้ โดยใช้เชื้อเพลิงหรือวัสดุที่มีกำมะถันเป็นส่วนประกอบปฏิกิริยาการเกิดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO 2)
ถ้า SO 2 ทำปฏิกริยากับ O 2 ในอากาศจะได้ SO 3 ยิ่งถ้าในบรรยากาศมีตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น มังกานีส เหล็ก หรือกลุ่ม metallic oxide จะทำ ให้ปฏิกริยาเร็วขึ้น
ถ้าในบรรยากาศ มีละอองน้ำหรือความชื้นสูง SO 2 จะเกิดการรวมตัวเป็นฝนกรด (acid rain) ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศ ป่าไม้ แหล่งน้ำ สิ่งมีชีวิตและมีฤทธิ์กัดกร่อนอาคาร
5. Smog ( ควัน) ควันมีทั้งควันดำและควันขาว ดังนี้
6. ฝุ่นละออง (Suspended Particulate Matter) ฝุ่นละอองในบรรยากาศเป็นปัญหามลพิษทางอากาศที่สำคัญที่สุดของกรุงเทพมหานครและเมืองใหญ่ๆ ซึ่งส่งผลกระทบต่อสุขภาพอนามัยของประชาชนทั้งทางตรงและทางอ้อมประกอบด้วยสารต่างๆ ทั้งที่เป็นของแข็ง และ ของเหลว ที่กระจายอยู่ในบรรยากาศ เป็นกลุ่มของโมเลกุลที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็นมีขนาดตั้งแต่ 0.002 ไมครอนไปจนถึง ฝุ่นที่มีขนาดใหญ่กว่า 500 ไมครอน ซึ่งแบ่งเป็น 3 ประเภทดังนี้
แหล่งที่มาของฝุ่นละอองในบรรยากาศ แบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ
1. ฝุ่นละอองตามธรรมชาติ (natural particle) เช่น ดิน ทราย ละอองน้ำ เขม่าควันจากควันป่า ฝุ่นเกลือจากทะเล
2. ฝุ่นละอองที่เกิดจากกิจกรรมที่มนุษย์ (man-made particle) การคมนาคมขนส่ง การก่อสร้าง การปรับปรุงสาธารณูปโภค โรงงานอุตสาหกรรม การเผาไหม้เชื้อเพลิง โลหะหนักและสารประกอบของโลหะหนัก เช่น แคดเมียม (Cd) ตะกั่ว (Pb) โครเมียม(Cr) ทำให้เกิดฝุ่นส่วนใหญ่ โดยจะเป็นในรูปของอนุภาคและจะแตกตัวในน้ำและดินโดยไปสะสมอยู่ได้ทั้งแบบแห้งและเปียก (dry and wet depositions) และก่อให้เกิดปัญหาน้ำและดินปนเปื้อนส่วนใหญ่แคดเมียมมาจากโรงงานถลุงสังกะสี โรงงานผลิตรงควัตถุแคดเมียม (cadmium pigment) เป็นต้น ตะกั่วมาจากโรงงานถลุงตะกั่ว โรงงานผลิตรงควัตถุ (pigment) โรงงานแก้ว และรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเติมสารตะกั่ว ส่วนแหล่งโครเมียม ได้แก่โรงงานผลิตรงควัตถุโครเมี่ยม (chromium pigment) เป็นต้น
ผลเสียของฝุ่นละอองในด้านต่างๆ แบ่งได้ดังนี้คือ
1. ผลต่อสภาพบรรยากาศทั่วไป ทำให้ทัศนวิสัยไม่ดี เนื่องจากเป็นอนุภาคของแข็งที่ดูดซับ และหักเหแสงได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดและความหนาแน่น และองค์ประกอบของฝุ่นละออง
2. ผลต่อวัตถุและสิ่งก่อสร้าง ทำให้เกิดความสกปรกแก่ อาคาร และสิ่งก่อสร้าง และทำอันตรายต่อวัตถุและสิ่งก่อสร้างได้ เช่นกัดกร่อนผิวหน้าของโลหะหินอ่อนหรือวัตถุอื่นๆ เช่น รั้วเหล็ก หลังคาสังกะสี รูปปั้น ฯลฯ
3. ผลต่อสุขภาพอนามัยของมนุษย์ ทำให้เกิดอาการระคายเคืองตาและ ยังส่งผลต่อระบบหายใจซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของฝุ่นละออง ละอองขนาดใหญ่จะถูกดักไว้ที่ขนจมูกส่วนฝุ่นละอองที่สามารถเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ได้มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน เมื่อเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจทำให้ระคายเคืองแสบจมูกไอ จาม มีเสมหะหรือมีการสะสมของฝุ่นในถุงลมปอด ทำให้การทำงานของปอดเสื่อมลง
ฝนกรด
ฝนกรด หมายถึง น้ำฝนที่มีค่า pH ต่ำกว่า 5.6 โดยส่วนมากเกิดจากก๊าซ 2 ชนิด คือ
1. ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO 2) ทำให้เกิดกรด ซัลฟุริก (H 2SO 4)
2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) ทำให้เกิดกรด ไนตริก (HN O 3)
ฝนกรดมักพบในเขตอุตสาหกรรมซึ่งสามารถอยู่ในรูปของฝน หมอก หิมะ ซึ่งมีผลกระทบต่อพืช สัตว์น้ำ และสิ่งก่อสร้างต่างๆ ซึ่งกลไกการเปลี่ยนจากก๊าซ SO 2 และ NOx เป็นกรด เกิดได้ทั้งในสถานะก๊าซและของเหลว มีดังนี้
1. ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO 2) ปฎิกิริยาของซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับออกซิเจนในบรรยากาศ ดังนี้
2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) โดยปกติทั้ง O 2 และ NO 2 เป็นก๊าซที่ไม่ว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาแต่ถ้าอยู่ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูงก๊าซทั้งสองชนิดจะทำปฏิกิริยากันเกิดเป็น nitrogen dioxide ( NO 2)
จากนั้น NO จะทำปฏิกิริยากับ O 2 ในบรรยากาศได้ nitrogen dioxide (NO 2)
NO 2 เป็นก๊าซพิษมีน้ำตาล และเป็นก๊าซที่ว่องไวในการทำปฏิกิริยา ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระของหมู่ hydroxyl (OH) ในบรรยากาศได้กรดไนตริก HNO 3ซึ่งจะละลายในน้ำ
ภาพแสดงกระบวนการเกิดฝนกรด
ผลกระทบของฝนกรด
ฝนกรดมีผลกระทบต่อพืชและทรัพยากรธรรมชาติ กล่าวคือ ฝนกรดสามารถทำปฎิกิริยากับธาตุอาหารที่สำคัญของพืช เช่น แคลเซียม ไนเตรต แมกเนเซียม และโปรแตสเซียม ทำให้พืชไม่สามารถนำธาตุอาหารเหล่านี้ไปใช้ได้ และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศยังไปปิดปากใบพืช ซึ่งจะมีผลกระทบต่อการหายใจของพืช ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นของน้ำยังมีผลกระทบด้านระบบนิเวศ ที่อยู่อาศัยรวมถึงการดำรงชีวิตอีกด้วย ฝนกรดสามารถละลาย Calcium carbonate ในหินทำให้เกิดการสึกกร่อน เช่น ปิรามิดในประเทศอียิปต์ และทัชมาฮาลในประเทศอินเดีย เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีฤทธิ์กัดกร่อนทำลายพวกโลหะทำให้เกิดสนิมเร็วขึ้นอีกด้วย
ผลกระทบจากฝนกรด อาจสรุปได้ดังนี้คือ
1. ฝนกรดจะทำลายธาตุอาหารบางชนิดในดิน เช่น ไนเตรต ฟอสเฟต ทำให้ดินเป็นกรดเพิ่มขึ้น มีผลต่อการ เพาะปลูก เช่นผลผลิตของพิชน้อยกว่าปกติ เพราะฝนกรดทำให้ดินเปรี้ยวจุลินทรีย์หลายชนิดในดินที่มีประโยชน์ต่อ การเจริญเติบโตของพืชถูกทำลาย ซึ่งจะมีผลกระทบในแง่การย่อยสลายในดินและการเจริญเติบโตของพืช
2. ฝนกรดทำลายวัสดุสิ่งก่อสร้างและอุปกรณ์บางชนิด คือ จะกัด กร่อนทำลายพวกโลหะ เช่น เหล็กเป็นสนิม เร็วขึ้น สังกะสีมุงหลังคา ที่ใกล้ ๆ โรงงานจะ ผุกร่อนเร็ว สังเกตได้ง่าย นอกจากนี้ยังทำให้ แอร์ ตู้เย็น หรือวัสดุอื่น ๆ เช่นปูนซีเมนต์หมดอายุเร็วขึ้น ผุกร่อนเร็วขึ้น เป็นต้น
3. ฝนกรดจะทำลายทรัพยากรธรรมชาติ เช่น ปู หอย กุ้ง อาจมีจำนวนลดลงหรือสูญพันธุ์ไปได้เพราะ ฝนกรดที่เกิดจากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเกิด จากก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ จะทำให้น้ำในแม่น้ำทะเลสาบ มีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ถ้าเกิดอย่างรุนแรงอาจทำให้สัตว์น้ำดังกล่าวตาย เช่น อเมริกาตอนกลาง ค่า pH ของน้ำในทะเลสาบลดลง ทำให้ทะเลสาบ 85 แห่ง ไม่มีปลาซึ่งเหตุการณ์ทำนองนี้เกิดขึ้นในทะเลสาบ ในประเทศ สวีเดน ทะเลสาบบางแห่ง ป้องกัน ตัวเองจาก ฝนกรดได้เพราะในทะเลสาบนั้นมีสารพวกไบคาร์บอเนต หรือแร่ธาตุอื่นละลายอยู่
การควบคุมและป้องกัน
ลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลให้น้อยลง
จะสามารถทำให้ค่าความเป็นกรดในน้ำฝนลดลงได้
ในช่วงที่ฝนตกใหม่ๆ
น้ำฝนจะไม่สะอาดมีความเป็นกรดสูง คือ pH อยู่ระหว่าง 3.5 - 5.0
ปรากฏการณ์เรือนกระจก
ปรากฏการณ์เรือนกระจก (Greenhouse effect) คือ ปรากฏการณ์ที่โลกมีอุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์ ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดที่สะท้อนกลับถูกดูดกลืน โดยโมเลกุลของไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ C 2O มีเทน (CH 4) ไนตรัสออกไซด์ ( N 2O) และ CFCs ในบรรยากาศทำให้โมเลกุลเหล่านี้มีพลังงานสูงขึ้น มีการถ่ายเทพลังงานซึ่งกันและกันทำให้อุณหภูมิในชั้นบรรยากาศสูงขึ้นการถ่ายเทพลังงานและความยาวคลื่นของโมเลกุลเหล่านี้ต่อๆ กันไป ในบรรยากาศทำให้โมเลกุลเกิดการสั่นการเคลื่อนไหวตลอดเวลาและมาชนถูกผิวหนังของเราทำให้เรารู้สึกร้อน ดังภาพ
เรือนกระจก
ในประเทศในเขตหนาวมีการเพาะปลูกพืชโดยอาศัยการควบคุมอุณหภูมิความร้อนโดยใช้หลักการที่พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ส่องผ่านกระจก แต่ความร้อนที่อยู่ภายในเรือนกระจกไม่สามารถสะท้อนกลับออกมาทำให้อุณหภุมิภายในสูงขึ้นเหมาะแก่การเพาะปลูกของพืช จึงมีการเปรียบเทียบปรากฏการณ์ที่อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นนี้ว่าภาวะเรือนกระจก (Greenhouse effect) ดังภาพ
ก๊าซที่มีบทบาทในการทำให้เกิดปรากฏการณ์โลกมีอุณหภูมิสูงขึ้น
- ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO 2) เป็นก๊าซที่สะสมพลังงานความร้อนในบรรยากาศโลกไว้มากที่สุด และมีผลทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นมากที่สุด ในบรรดาก๊าซเรือนกระจกชนิดอื่นๆ CO 2 ส่วนมากเกิดจากการกระทำของมนุษย์ เช่น
- ก๊าซมีเทน ( CH 4) เป็นก๊าซที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ จากมูลสัตว์เลี้ยง เช่น วัว ควาย การเผาไหม้เชื้อเพลิง ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ
- ก๊าซไนตรัสออกไซด์ ( N 2O) เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ การใช้ปุ๋ย มูลสัตว์ที่ย่อยสลาย การสันดาปของน้ำมันเชื้อเพลิงจากอุตสาหกรรมที่ใช้กรดไนตริกในขบวนการผลิต เช่น อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรมพลาสติกบางชนิด อุตสาหกรรมผลิตเส้นใยไนลอน
- คลอโรฟลูโอโรคาร์บอน (Chlorofluorocarbon-CFCs) เป็นสารสังเคราะห์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมประกอบด้วย คาร์บอน (C) คลอรีน (Cl) และฟลูออรีน (F) ซึ่งเป็นสารที่ทำลายชั้นบรรยากาศโอโซนเป็นสาเหตุทำให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้น รังสีเหนือม่วงชนิด B หรือ Ultraviolet B ส่งมายังผิวโลกมากขึ้น ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องทำความเย็นในตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ โฟม กระป๋องสเปรย์ สารดับเพลิง สารชะล้าง ในอุตสาหกรรมอิเล็คทรอนิคส์
ในปัจจุบันมีการตระหนักถึงความสำคัญของชั้นโอโซนมากขึ้นและพบว่า สาเหตุหลักของปัญหาชั้นโอโซนถูกทำลายนั้นมาจากสารกลุ่ม CFCs เป็นหลัก นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับสารเคมีในกลุ่มแฮโลคาร์บอน ซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคลอรีน ฟลูออรีน โบรมีน คาร์บอน และไฮโดรเจน
ภาพแสดงการถูกทำลายของชั้นโอโซนจากสารกลุ่ม CFCs
จากการสำรวจโอโซนที่บริเวณขั้วโลกใต้ ในปี พ. ศ. 2528 พบหลุมโอโซนที่ขั้วโลกใต้ (Antartic ozone hole) ซึ่งการถูกทำลายนี้จะเกี่ยวข้องกับสารคลอรีนเสมอ ทำให้ประเทศในกลุ่มซีกโลกตะวันตกและองค์การสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติมีมาตรการดำเนินการเพื่อป้องกันและมีข้อกำหนดต่างๆ ขึ้น
ภาพถ่ายจากดาวเทียมขององค์การอวกาศนาซ่าแสดงให้เห็นหลุมโอโซน เหนือแอนตาร์กติกา สีเหลืองคือ หลุมโอโซน สีน้ำเงินแสดงบริเวณที่มีโอโซนมาก ภาพซ้ายถ่ายเมื่อวันที่ 19 กันยายน 1998 ครอบคลุมบริเวณ 10.5 ล้านตารางไมล์ ภาพทางขวาถ่ายเมื่อวันที่ 9 กันยายน 1999