นาโนเทค สวทช. พัฒนาเครื่องเก็บตัวอย่างฝุ่น สนับสนุนข้อมูลบริหารจัดการมลพิษ

                เมื่อฝุ่นละอองกลายเป็นวาระแห่งชาติ ทีมวิจัยนาโนเทค สวทช. ออกแบบและพัฒนาเครื่องเก็บตัวอย่างฝุ่นโดยประยุกต์ใช้ร่วมกับอุปกรณ์ NanoSampler นำเครื่องติดตั้งใน 3 พื้นที่ของ กทม. (อารีย์, บางนา และดินแดง) ชูความต่างที่สามารถเก็บและแยกตามขนาดฝุ่นละอองขนาดเล็กเป็น 6 ระดับชั้น ตั้งแต่ PM>10 จนถึง PM0.1 พร้อมวิเคราะห์หาการกระจายขนาดและองค์ประกอบทางเคมีของฝุ่นละออง เพื่อสนับสนุนมาตรการการบริหารจัดการเชิงพื้นที่ การบริหารจัดการมลพิษ รวมถึงแนวทางการป้องกันและลดมลพิษที่ต้นทางได้ในอนาคต

                ดร.รัฐพร แสนเมืองชิน ทีมวิจัยการวิเคราะห์ระดับนาโน กลุ่มวิจัยการวิเคราะห์ระดับนาโนขั้นสูงและความปลอดภัย ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กล่าวว่า โครงการวิจัย “การตรวจวิเคราะห์หาการกระจายขนาดและองค์ประกอบทางเคมีของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) ในพื้นที่กรุงเทพมหานคร” นำโดย ดร.วิยงค์ กังวานศุภมงคล ที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ที่มีความร่วมมือทางวิชาการ ด้านการศึกษาวิจัยในประเด็นการป้องกันและแก้ไขปัญหาฝุ่นละอองขนาดเล็ก PM2.5 ร่วมกับภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และกรมควบคุมมลพิษ (คพ.) กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม (ทส.)

                ในช่วงต้นของทุกปี ค่าฝุ่นเกินมาตรฐานอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในปี 2562 คณะรัฐมนตรีมีมติให้ “การแก้ไขปัญหาฝุ่นละอองขนาดเล็ก” เป็นวาระแห่งชาติ ซึ่งทางกรมควบคุมมลพิษ กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมร่วมกับหน่วยงานที่เกี่ยวข้องจัดทำแผนปฏิบัติการขับเคลื่อนวาระแห่งชาติ “การแก้ไขปัญหามลพิษด้านฝุ่นละออง” เพื่อให้หน่วยงานที่เกี่ยวข้องมีขั้นตอน/การปฏิบัติงานที่ชัดเจนในช่วงสถานการณ์วิกฤตปัญหาฝุ่นละอองด้วย 3 มาตรการ ได้แก่ การเพิ่มประสิทธิภาพในการบริหารจัดการเชิงพื้นที่, การป้องกันและลดการเกิดมลพิษที่ต้นทาง (แหล่งกำเนิด) และการเพิ่มประสิทธิภาพการบริหารจัดการมลพิษ

                “โครงการวิจัยนี้ เราได้ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีและสัดส่วนแหล่งกำเนิดของฝุ่นละอองขนาดเล็กโดยเก็บตัวอย่างฝุ่นละอองขนาดเล็กในบรรยากาศสำหรับพื้นที่กรุงเทพมหานคร ณ สถานีตรวจวัดอากาศของกรมควบคุมมลพิษ 3 แห่ง ได้แก่ สถานีกรมประชาสัมพันธ์อารีย์ สถานีการเคหะชุมชนดินแดง และสถานีกรมอุตุนิยมวิทยาบางนา โดยใช้อุปกรณ์เก็บตัวอย่าง NanoSampler (Furuuchi et al., Aerosol and Air Quality Research, 10: 185–192, 2010) ที่สามารถเก็บและแยกตามขนาดฝุ่นละอองขนาดเล็กเป็น 6 ระดับชั้น คือ PM0.1, PM0.1-0.5, PM0.5-1, PM1-2.5, PM2.5-10 และ PM>10 ในเครื่องเดียว ซึ่งแตกต่างจากเครื่องเก็บตัวอย่างฝุ่นที่หน่วยงานต่างๆ ใช้ในปัจจุบัน ที่จะเก็บตัวอย่างฝุ่นและรายงานค่าความเข้มข้นฝุ่นเป็น PM2.5 และ PM10 ตามชนิดของเครื่องเก็บตัวอย่าง โดยส่วนใหญ่จะสามารถเก็บได้เพียงขนาดเดียวเท่านั้น”   

                สำหรับเครื่องเก็บตัวอย่างฝุ่น ได้รับการออกแบบให้สามารถดูดอากาศโดยรอบเข้ามาในอุปกรณ์เก็บตัวอย่าง NanoSampler ที่ติดตั้งอยู่ด้านบนสุด ด้วยอัตรา 40 ลิตรต่อนาที โดยจะมีการเก็บตัวอย่าง 24 ชั่วโมง โดยเฉพาะในช่วงที่มีปัญหาฝุ่นหนาแน่นในช่วงเดือนมกราคม-มีนาคม และช่วงปลายปี   ซึ่งเป็นฤดูหนาวที่มีมวลอากาศเย็นจากประเทศจีน ความกดอากาศสูง ส่งผลให้อากาศไม่ไหลเวียน/ไม่กระจายตัว จนเกิดการสะสมของฝุ่น   ซึ่งทีมวิจัยนาโนเทคเก็บตัวอย่างในช่วงเดือนมกราคมถึงธันวาคม พ.ศ. 2564 รวมทั้งหมด 40 ครั้งต่อสถานี  จากนั้นนำตัวอย่างไปวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบของฝุ่น จากนั้นประเมินแหล่งกำเนิดของฝุ่นโดยอาศัยข้อมูลฝุ่นที่จำแนกทางเคมี แหล่งข้อมูลต่าง ๆ รวมทั้งเทคนิคทางสถิติ

                ผลจากการวิเคราะห์ฝุ่นละอองที่เก็บจาก 3 สถานีตรวจวัด เมื่อมองจากความเข้มข้นโดยมวลและการกระจายตัวของฝุ่น พบว่า ความเข้มข้นฝุ่นสูง (80-180 มค.ก./ตร.ม.) ในช่วงเดือนมกราคมถึงมีนาคม และความเข้มข้นของฝุ่นต่ำลง (20-85 มค.ก./ตร.ม.) ในช่วงเดือนเมษายนถึงกันยายน และมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้น (40-190 มค.ก./ตร.ม.) อีกครั้งในช่วงเดือนตุลาคมถึงธันวาคม  โดยพบฝุ่นช่วง PM0.5-1 และ PM2.5-10 มีสัดส่วนที่สูงที่สุด จากทุกสถานีและจากการศึกษาพบว่า ความเข้มข้นโดยจำนวนของฝุ่นขนาดเล็กละเอียด (PM0.1) พบในสัดส่วนที่มากที่สุดในทุกสถานีตลอดทั้งปี

                ในด้านความเข้มข้นของสารคาร์บอนทั้งหมด (TC) ประกอบด้วยสารคาร์บอนอินทรีย์ (OC) และธาตุคาร์บอน (EC) พบว่า ความเข้มข้น TC สูงที่สุด ในช่วง PM0.5-1.0 และมีความเข้มข้น TC ต่ำสุดในช่วง PM>10 ซึ่งสารคาร์บอนทั้งหมดในแต่ละช่วงฝุ่นมีแนวโน้มสอดคล้องกันในทุกสถานี ความเข้มข้นของสารคาร์บอนอินทรีย์ที่พบในทุกช่วงฝุ่นสูงกว่าความเข้มข้นของธาตุคาร์บอน โดยที่มีความเข้มข้นที่สูงในช่วงเดือนมกราคมถึงมีนาคม และความเข้มข้นลดต่ำลงในช่วงเดือนเมษายนถึงกรกฎาคม และพบว่า สถานีดินแดงมีความเข้มข้นคาร์บอนสูงที่สุดทั้งสารคาร์บอนอินทรีย์ และธาตุคาร์บอน ซึ่งมีแหล่งกำเนิดมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงและฝุ่นทุติยภูมิ

                จากผลการวิเคราะห์ไอออนละลายน้ำในองค์ประกอบของฝุ่น พบค่าความเข้มข้นของไอออนรวมมีแนวโน้มสอดคล้องกับความเข้มข้นฝุ่นโดยมวล โดยในช่วง PM0.1, PM0.5-1 และ PM1-2.5 พบซัลเฟตไอออน (SO42–) ในสัดส่วนที่สูง และในช่วง PM2.5-10 และ PM>10 พบไนเทรตไอออน (NO3–) ในสัดส่วนที่สูง โดยที่ทั้งไนเทรตไอออนและซัลเฟตไอออนมีแหล่งกำเนิดมาจากยานพาหนะและฝุ่นละอองลอยทุติยภูมิ

                ส่วนผลการวิเคราะห์ธาตุโลหะหนักในองค์ประกอบของฝุ่น พบว่า ความเข้มข้นธาตุโลหะหนักรวมมีปริมาณที่น้อยกว่าความเข้มข้นของสารคาร์บอนและไอออนละลายน้ำในทุกช่วงฝุ่น โดยความเข้มข้นของโลหะหนักแต่ละช่วงฝุ่นจะแตกต่างกันไป แต่พบเหล็ก (Fe), โซเดียม (Na), แมกนีเซียม (Mg), อะลูมิเนียม (Al) และโพแทสเซียม (K) ในปริมาณสูงในทุกสถานี ซึ่งมีแหล่งกำเนิดมาจากการจราจร อุตสาหกรรม ฝุ่นดิน ฝุ่นถนน และการเผาวัสดุชีวมวล

                ประเด็นของแหล่งกำเนิดของฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) และการมีส่วนร่วมของฝุ่นในแต่ละช่วง ได้แก่ PM0.1, PM0.5-2.5 และ PM2.5-10 ในกรุงเทพมหานครตั้งแต่เดือนมกราคมถึงธันวาคม 2564 ที่ระบุด้วยแบบจำลองการแยกตัวประกอบเมทริกซ์เชิงบวก (Positive Matrix Factorization (PMF) receptor model) โดยอาศัยข้อมูลหลักเกี่ยวกับฝุ่นและองค์ประกอบทางเคมี ผลการศึกษาพบว่า แหล่งกำเนิดหลักของฝุ่นละอองขนาด ไม่เกิน 2.5 ไมครอน (PM2.5) มาจากไอเสียรถยนต์สูงถึง 48% รองลงมาคือ ฝุ่นทุติยภูมิ, การเผาในที่โล่ง และฝุ่นจากโรงงานอุตสาหกรรมและฝุ่นถนน เป็นต้น 

                และเมื่อจำแนกแหล่งกำเนิดของฝุ่นตามช่วงขนาด พบว่า แหล่งกำเนิดหลักของฝุ่นละอองขนาดเล็ก ละเอียด (PM0.1) มาจากไอเสียรถยนต์ถึง 65% สำหรับฝุ่นละอองขนาดเล็ก (PM0.5-2.5) มีแหล่งกำเนิดหลักมาจากไอเสียรถยนต์ 41% และแหล่งที่มาสำหรับฝุ่นหยาบ (PM2.5-10) มีแหล่งกำเนิดหลักมาจากฝุ่นจากการก่อสร้างถึง 50% โดยฝุ่นละอองขนาดเล็กส่วนใหญ่มาจากการมีส่วนร่วมของมนุษย์

                “ผลจากการวิเคราะห์นี้จะเป็นข้อมูลเชิงลึก ที่จะนำไปสู่ข้อเสนอแนะเชิงนโยบายที่ภาครัฐจะนำไปใช้ประโยชน์ต่อ ในขณะเดียวกัน ก็เป็นข้อมูลเชิงวิชาการในด้านสุขภาพที่เกี่ยวข้องกับฝุ่นละอองขนาดเล็ก ที่หน่วยงานด้านสาธารณสุขจะนำไปต่อยอดใช้ประโยชน์ได้เช่นกัน” ดร.รัฐพรกล่าว พร้อมชี้ว่า ในเชิงการต่อยอดวิจัยนั้น หากมีโอกาสได้ไปเก็บตัวอย่างในที่ ๆ ตรงจุดที่เป็นแหล่งกำเนิดฝุ่น เช่น ฝุ่นจากไอเสียรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงแตกต่างกัน ฝุ่นจากภาคการผลิตในอุตสาหกรรมก็อาจจะเป็นการติดตั้งเครื่องวัดในนิคมอุตสาหกรรมฯ และเมื่อนำมาวิเคราะห์ ก็อาจจะเห็นสารที่เป็นตัวชี้วัด (marker) ของฝุ่นในแต่ละพื้นที่ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น