รายละเอียด

   จากปัญหามลพิษทางอากาศที่เกิดขึ้นจากฝุ่นละอองที่มีขนาดเท่ากับหรือเล็กกว่า 2.5 ไมครอน (PM2.5) นั้นนับว่าเป็นปัญหาสำคัญทั่วโลก ซึ่งนอกจากจะเกิดปัญหามลพิษขึ้นเฉพาะภายในประเทศต่างๆ แล้วยังเป็น
ปัญหามลพิษข้ามพรมแดน ส่งผลอันตรายต่ออวัยวะต่างๆในร่างกายและเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างร้ายแรงการศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาการใช้อิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากพืชและระบบฉีดพ่นฝอย เพื่อการลดปริมาณฝุ่น PM 2.5 โดยอาศัยหลักการมีคุณสมบัติเป็นประจุลบ และความสามารถในการละลายน้ำได้ จากการคัดเลือกอิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากพืชสมุนไพร 31 ชนิด และทดสอบพืชสมุนไพรประสิทธิภาพเบื้องต้นของอิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากพืชสมุนไพร ในการลดปริมาณฝุ่น PM2.5 ในรูปแบบการพ่นละอองฝอย นาน 1 ชั่วโมง ภายใต้ตู้ทดสอบ พบว่าอิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากมะกรูด ที่ความเข้มข้น 0.025% สามารถลดจำนวนอนุภาคของฝุ่น PM2.5 ที่มาจากท่อไอเสียรถยนต์ได้ดีที่สุด โดยพบค่า PM2.5 ที่วัดได้เป็นจำนวน 24.7 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ที่ 6 ชั่วโมง รองลงมาคือ มะกรูด ที่ความเข้มข้น 0.05% และ ยูคาลิปตัส ที่ความเข้มข้น 0.05% และ 0.025% พบค่า PM2.5 ที่วัดได้เป็นจำนวน 27.3 30.0 และ 95.3 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ตามลำดับ ขณะที่น้ำเปล่า (blank) และกลุ่มควบคุม (control) คือ น้ำเปล่าและ Carboxymethylcellulose (CMC) 0.2 ยังพบปริมาณฝุ่นถึง 126.4 และ 157.3 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ตามลำดับ อิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากมะกรูด ที่ความเข้มข้น 0.025% นี้มีประสิทธิภาพในการลดปริมาณฝุ่น PM2.5 ได้ดีที่สุด โดยตั้งแต่ชั่วโมงที่ 2 เป็นต้นไปมีการลดลงมากกว่ากลุ่มควบคุมประมาณ 3-6 เท่า
     จากการทดสอบระสิทธิภาพของอิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากมะกรูด ในรูปแบบการพ่นละอองฝอย ที่ความเข้มข้น 0.025% ณ สวนทวีวนารมย์ สวนบางแคภิรมย์ และสวนธนบุรีรมย์ มีปัจจัยหลายอย่างที่ส่งผลต่อการทดสอบในพื้นที่นั้นๆ ทำให้มีข้อมูลที่แตกต่างกันอยู่มาก โดยเฉพาะปัจจัยเรื่องของแรงลมรวมทั้ง ความชื้นและอุณหภูมิ ปริมาณฝุ่น PM 2.5 มีแนวโน้มค่อยๆ ลดปริมาณลงเมื่อเริ่มทำการพ่นละอองของอิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากพืช โดยทั่วไปแล้วปริมาณฝุ่นจากทั้ง 3 สวนสาธารณะเมื่อมีการใช้อิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากมะกรูด PM 2.5 จะลดลงมากในหนึ่งชั่วโมงแรก คือ ลดลงเฉลี่ยถึง 21.8 (7.7-27.3) ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ขณะที่การใช้น้ำประปา มีการลดลงเฉลี่ยเพียง 6.4 (5.0-8.3) ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เท่านั้น ในสภาพที่ลมสงบ(ความเร็วลม 10-20 กม./ชม.) อิมัลชันน้ำมันหอมระเหยสามารถลดฝุ่นจากระดับ 37.0-44.0 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ได้ถึงระดับ 13.5-16.5 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ภายใน 3 ชั่วโมง แต่หากฝุ่นพิษมีปริมาณสูง(ประมาณ 98.0-101.0 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) จะลดลงถึงระดับ 23.0-26.5 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตรภายใน 3 ชั่วโมง ขณะที่การใช้น้ำประปาสามารถลดฝุ่นได้เพียงเล็กน้อย คือพบระดับฝุ่น 31.0-40.5 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ภายใน 3 ชั่วโมง อย่างไรก็ตามในสภาพที่ลมแรงและแปรปรวน (ความเร็วลม 15-35 กม/ชม.)ประสิทธิภาพการลดฝุ่น PM 2.5 ของอิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจะลดลงและมีค่าแปรปรวน แต่ก็ยังมีแนวโน้มที่ดีกว่าการใช้น้ำประปา

วัตถุประสงค์

     สถานการณ์มลพิษทางอากาศที่เกิดจากอนุภาคขนาดเล็ก (fine particulate matter) โดยเฉพาะอนุภาคหรือฝุ่นที่มีขนาดเล็กกว่า 2.5 μm (PM2.5) นับว่าเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมในระดับโลก ในสหรัฐอเมริกาและยุโรปหลายประเทศได้ศึกษาติดตามการเกิดการแพร่กระจาย และผลกระทบต่อบรรยากาศและมนุษย์มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1980 (Yang et al., 2000) ในปัจจุบัน PM2.5 ไม่ได้ส่งผลกระทบในด้านทัศนียภาพการมองเห็น (Buseck et al., 1999) แต่ยังส่งผลกระทบที่สำคัญต่อสุขภาพของมนุษย์ (Pope et al., 2006) สารมลพิษที่เป็นฝุ่นละอองขนาดเล็กนี้สามารถเข้าสู่อวัยวะระบบทางเดินหายใจ ได้โดยตรง และทะลุไปถึงถุงลมปอดได้ทันที่ (Chen et al., 2015) ทำให้เกิดการระคายเคืองหรือทำลายระบบทางเดินหายใจได้โดยตรง เช่น เกิดการระคายเคืองตา ผิวหนังอักเสบ ระคายคอ แน่นหน้าอก หายใจถี่ หลอดลมอักเสบ หอบหืด หรือถุงลมโป่งพอง รวมทั้งโรคระบบหัวใจ และหลอดเลือดได้ นอกจากนี้โลหะหนักต่างๆ (เช่น Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Cd และ Pb) ที่ปะปนอยู่ใน PM2.5 นั้น หลายชนิดยังเป็นสารก่อมะเร็ง และมีความเสี่ยงต่อการเสียชีวิต ที่เกิดจากมะเร็งในปอดผ่านการหายใจ โดยเฉพาะที่อาจจะเกิดขึ้นกับแรงงานในโรงงาน หรือเหมืองแร่ในประเทศต่างๆ (Jarup, 2003)
     สำหรับการควบคุมปริมาณฝุ่น PM2.5 นั้นนับว่าเป็นเรื่องที่จัดการได้ค่อนข้างยาก เนื่องจากยังเป็นมลพิษข้ามพรมแดนและปนเปื้อนอยู่ในบรรยากาศได้นาน ในหลายประเทศได้มีการออกกฎหมายหรือคำแนะนำเพื่อควบคุมและจำกัด การเผาไหม้ เช่น ถ่านหิน อุตสาหกรรม การขนส่ง (Zhou et al., 2019; Deng et al., 2020) รวมทั้งวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร (Jin et al., 2017) จากการติดตามแนวทางการแก้ไขสถานการณ์ฝุ่นละออง PM2.5 ของกรมควบคุมมลพิษในปี 2563 พบว่า ส่วนใหญ่ยังเป็นการประชุมและมอบหมายนโยบาย มีระยะปฏิบัติการในช่วงเกิดสถานการณ์ฝุ่นละอองเกินมาตรฐานโดยการแจ้งเตือนและฉีดพ่นฝอยละอองน้ำเพื่อการลดฝุ่นโดยหัวฉีดรถดับเพลิงและการใช้โดรน โดยเฉพาะในเขตกรุงเทพมหานครและปริมณฑล ซึ่งจากการรายงานของ Yu (2014) พบว่า การฉีดพ่นฝอยละอองน้ำจะมีประสิทธิภาพในการลดฝุ่น PM2.5 มาก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของละอองน้ำและคุณสมบัติอื่นๆ ของหยดน้ำ รวมถึงลักษณะการแพร่กระจายของฝุ่น (Azarou et al., 2017) การใช้อิมัลชันหรือสารละลายของน้ำมันหอมระเหยในน้ำทั้งที่อยู่ในรูปของนาโนอิมัลชันหรือไมโครอิมัลชัน ได้ถูกนำมาใช้ในทางเภสัชกรรม เครื่องสำอางและทางการเกษตร โดยเฉพาะเพื่อการควบคุมแมลงและไรสัตรูพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยทั่วไปนั้นอิมัลชันน้ำมันหอมระเหยจากพืชจะมีสารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบทำให้มีคุณสมบัติทั้งการเป็นกลาง เป็นประจุบวกหรือลบ (สุภัคชนม์, 2555) ซึ่งโดยส่วนใหญ่จากในการทดสอบมักเป็นประจุลบ และการมีคุณสมบัติการเป็นประจุลบนี้ นับว่ามีความสำคัญมากต่อการนำมาพัฒนาเพื่อเพิ่มการจับกับละอองฝุ่น PM2.5 ซึ่งมักเป็นประจุบวกในบรรยากาศและยังมีรายงานในพื้นที่แถบโรงกลั่นน้ำมันที่ในฝุ่นมักมีโลหะหนัก (Pb, Cd, Cu, Zn, Cr, Fe และ Al) และประจุลบที่มาสามารถละลายน้ำได้ (F-, Cl-,Br-, NO3-) รวมทั้งประจุบวก (Li+, Na+, K+, Mg2+ และ Ca2+) (Jaradat et al., 2003) ซึ่งความเป็นประจุลบนี้สามารถลดปริมาณฝุ่น PM2.5 (Qiu et al., 2014) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ประจุลบในอากาศยังสามารถเรียกได้ว่าเป็นวิตามินอากาศ เป็นสิ่งที่ปกป้องสุขภาพของสิ่งแวดล้อม สามารถทำความสะอากาศและเป็นผลดีต่อมนุษย์ (Wang and Li, 2002; Yu et al., 2009) ซึ่งน้ำมันหอมระเหยจากพืชในอิมัลชันที่เหมาะสมยังมีกลิ่นหอมอ่อน ๆ สามารถนำไปใช้ได้อย่างแพร่หลายและยังยังมีราคาถูกกว่าการสร้างประจุลบจำลอง (artificial negative ion) ที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูง สนามไฟฟ้าความถี่สูง ใช้รังสีอัลตราไวโอเลทและใช้รหัสที่จะปะทะกับน้ำเพื่อให้อากาศแตกประจุออกมาและเกิดเป็นประจุลบขึ้น (Qiu etal., 2014) นอกจากนี้ยังมีปัจจัยของความชื้น และอุณหภูมิที่แปรผกผันกับปริมาณฝุ่นละออง PM2.5 ในสภาวะของปรากฏการณ์อุณหภูมิผกผันทำให้ควันและฝุ่นละอองต่างๆ ลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ แต่ช่วงเวลากลางคืน อุณหภูมิเหนือพื้นดินจะมีความเย็นกว่าอากาศข้างบน เนื่องจากมีการคายความร้อนของพื้นผิวโลก จึงทำให้เกิดปรากฏการณ์อุณหภูมิผกผันขึ้น ซึ่งในเวลาปกติชั้นบรรยากาศจะไล่อุณหภูมิความร้อนบริเวณพื้นดินขึ้นไปสู่ชั้นบรรยากาศด้านบน ทำให้ฝุ่นต่างๆ ลอยขึ้นสูงและถูกกระแสลมพัดออกไปในที่สุด แต่ในฤดูหนาวอุณหภูมิที่พื้นดินมักเย็นกว่าชั้นบรรยากาศด้านบน ทำให้ชั้นบรรยากาศเป็นแนวผกผัน(Inversion Layer) เปรียบเหมือนโดมครอบพื้นที่ไว้ ทำให้ฝุ่นละอองไม่สามารถขึ้นสูงด้านบนได้ และสะสมจนกลายเป็นฝุ่นควันฟุ้งกระจายทั่วเมืองในที่สุด (เอกรัตน์. 2562)
     ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้จึงเป็นการเสาะหาชนิดน้ำมันหอมระเหยจากพืชที่เหมาะสม โดยเฉพาะการเป็นประจุลบของสารในการจับกับประจุบวกและความสามารถในการละลายน้ำได้ดีของ PM 2.5 โดยจัดทำเป็นสูตรนาโนหรือไมโครอิมัลชันของน้ำมันหอมระเหยจากพืช และกำหนดแนวทางในการวางระบบฉีดพ่นเป็นละอองฝอยเพื่อลดปริมาณฝุ่นละออง PM2.5 ทั้งระดับพื้นที่ชุมชนโรงแรมที่พัก หรือในโรงงานอุตสาหกรรมที่สามารถควบคุมคุณภาพและมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ โดยการคาดว่าจะเป็นนวัตกรรมการลดฝุ่นละออง PM2.5 โดยใช้สารธรรมชาติที่ปลอดภัยต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม

ผู้จัดทำ

คำรณวิทย์ ทิพย์มณี

Kamronwit Thipmanee

#อาจารย์

สมาชิก

มณทินี ธีรารักษ์

Montinee Teerarak

#อาจารย์

สมาชิก

โหวตนวัตกรรมนี้