การวิเคราะห์และประเมินปริมาณสารมลพิษจากการเผาชีวมวลในจังหวัดเชียงใหม่

บทคัดย่อ

การเผาชีวมวลเป็นแหล่งที่มาหลักของมลพิษทางอากาศในช่วงฤดูแล้งในจังหวัดเชียงใหม่และในภาคเหนือตอนของประเทศไทย การศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) รวบรวมองค์ความรู้ทางด้านมลพิษทางอากาศ โดยเน้นการเผาในที่โล่ง 2) เพื่อศึกษาสภาพพื้นที่ พฤติกรรมการเผาในที่โล่ง และเก็บตัวอย่างชีวมวลในภาคสนาม 3) เพื่อหาปริมาณสารมลพิษจากการเผาชีวมวลประเภทต่างๆเพื่อเป็นข้อมูลพื้นฐานสำหรับการคำนวณแฟคเตอร์การปล่อย (Emission Factor; EF) และ 4) เพื่อประเมินปริมาณการปล่อยมลพิษจากการเผาในพื้นที่ เนื่องจากพื้นที่ส่วนใหญ่ในภาคเหนือของประเทศไทยถูกปกคลุมด้วยพืชชนิดต่างๆ โดยมีพื้นที่ป่าผลัดใบร้อยละ50 และพื้นที่เกษตรกรรมประเภทพืชไร่และข้าวคิดเป็นประมาณร้อยละ 8 จึงเป็นที่มาของการเลือกชีวมวลสามชนิด ได้แก่ฟางข้าวเศษต้นข้าวโพด และเศษใบไม้จากป่า เป็นวัตถุดิบสำหรับการทดลองการเผาในถังสแตนเลสซึ่งออกแบบเพื่อจำลองการเผา สำหรับการประมาณค่าแฟคเตอร์การปล่อยของสารมลพิษ ได้ทำการสุ่มตัวอย่างชีวมวลจากพื้นที่ 4 อำเภอในจังหวัดเชียงใหม่ คือ อ.แม่ริม อ.เชียงดาว อ.ดอยสะเก็ด และอ.แม่แจ่ม โดยใช้ตารางขนาด 1 ตารางเมตร เก็บจำนวน 3 ซ้ำในแต่ละพื้นที่การเก็บ ได้จำนวนตัวอย่าง 27ตัวอย่าง แบ่งเป็น 9 ตัวอย่างต่อประเภทชีวมวลพร้อมทั้งได้สัมภาษณ์เกษตรกรในพื้นที่เป็นจำนวน 113 ครัวเรือนเพื่อสอบถามเกี่ยวกับการเพาะปลูกและพฤติกรรมการเผาพื้นที่หลังการเก็บเกี่ยว ซึ่งพบว่าเกษตรกรทั้งหมดใช้ปุ๋ยและสารกำจัดศัตรูพืชในการเพาะปลูก และเกษตรกรส่วนใหญ่มีพฤติกรรมการเผาพื้นที่หลังการเก็บเกี่ยวเนื่องจากง่ายและประหยัดค่าใช้จ่าย และเนื่องจากพื้นที่เพาะปลูกบางแห่งเป็นที่ราบติดเชิงเขา หรือเป็นการทำไร่บนภูเขา ทำให้ไฟอาจลุกลามไปยังพื้นที่ป่าใกล้เคียงได้ด้วย ในส่วนของห้องปฏิบัติการได้มีการเตรียมตัวอย่างชีวมวลเพื่อนำไปหาความชื้น และปริมาณธาตุพื้นฐาน ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน และ ไนโตรเจน ทำการเผาตัวอย่างชีวมวลแต่ละประเภทในอุปกรณ์จำลองการเผา และเก็บตัวอย่างฝุ่นพีเอ็ม10 โดยใช้เครื่องเก็บตัวอย่างอากาศแบบปริมาตรต่ำและนำไปวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของฝุ่น ได้แก่ 1) กลุ่มธาตุและโลหะด้วยเทคนิคอินดักทิฟลีคัปเปิลพลาสมา2) ไอออนละลายน้ำ ด้วยเครื่องไอออนโครมาโตกราฟ 3) สารพอลิไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (พีเอเอช) 16 ตัวด้วยเทคนิคก๊าซโครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมตรี นอกจากนี้ยังมีการวัดปริมาณก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ และไนโตรเจนออกไซด์ ที่เกิดจากเผา พร้อมทั้งเก็บตัวอย่างสารอินทรีย์ระเหย ได้แก่ เบนซีนโทลูอีน ไซลีนและสไตรีนโดยใช้การละลายในเมธานอลก่อนนำไปวิเคราะห์หาปริมาณด้วยเทคนิคก๊าซโครมาโตกราฟี-เฟลมไออไนเซชันดีเทคเตอร์ จากการคำนวณได้ค่าแฟคเตอร์การปล่อยของฝุ่นพีเอ็ม10 จากการเผาชีวมวลในอุปกรณ์จำลองการเผาจากการเผาเศษใบไม้จากป่า (1.40 ? 0.51 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >เศษต้นข้าวโพด (0.75 ? 0.28 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >ฟางข้าว (0.58 ? 0.21 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) ส่วนค่าแฟคเตอร์การปล่อยของสารมลพิษต่างๆ สรุปได้ดังนี้ สารที่เป็นองค์ประกอบของฝุ่นพีเอ็ม10 ได้แก่ 1) ธาตุและโลหะ มีการปล่อยจากการเผาเศษต้นข้าวโพด (49.4 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) มากที่สุด รองลงมาคือฟางข้าว (37.3 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) และเศษใบไม้จากป่า (7.70 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้งตามลำดับ 2) ไอออนละลายน้ำ มีการปล่อยจากเศษต้นข้าวโพด (228 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >ฟางข้าว (133 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >เศษใบไม้จากป่า (82 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) และ 3) สารพีเอเอชมีการปล่อยจากการเผาเศษใบไม้จากป่า (0.91 ? 0.28 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >เศษต้นข้าวโพด (0.47 ? 0.11กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) ?ฟางข้าว (0.46 ? 0.21 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) ส่วนก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีการปล่อยปริมาณมากจากการเผาฟางข้าว (63.8 ? 36.5 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >เศษใบไม้จากป่า (51.1 ? 11.9 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง)> เศษต้นข้าวโพด (38.8 ? 7.9 กรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) เช่นเดียวกับสารอินทรีย์ระเหยซึ่งมีการปล่อยจากการเผาเศษต้นข้าวโพด (151 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >เศษใบไม้จากป่า (145 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) >ฟางข้าว (124 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมชีวมวลแห้ง) นอกจากนี้ยังทำการประเมินอัตราการปล่อยมลพิษจากการเผาชีวมวลในพื้นที่จังหวัดเชียงใหม่โดยใช้ค่าแฟคเตอร์การปล่อยสารมลพิษและพื้นที่การเผาในปี พ.ศ.2553 โดยพื้นที่การเผาป่ามีมากที่สุด (1,920,404 ไร่) รองลงมาคือ พื้นที่ไร่ข้าวโพด (203,447 ไร่) และพื้นที่ปลูกข้าว (69,516 ไร่) โดยจากการคำนวณพบอัตราการปล่อยฝุ่นพีเอ็ม10 จากการเผาป่ามากที่สุด (2,584 ตัน) >>ไร่ข้าวโพด (171 ตัน) >นาข้าว (44 ตัน)ส่วนอัตราการปล่อยของสารมลพิษต่างๆ สรุปได้ดังนี้1) ธาตุและโลหะ มีอัตราการปล่อยจากการเผาป่า (14 ตัน) >ไร่ข้าวโพด (11 ตัน) >นาข้าว (3 ตัน) 2) ไอออนละลายน้ำ มีอัตราการปล่อยจากการเผาป่า (150 ตัน) >ไร่ข้าวโพด (52 ตัน) >นาข้าว (10 ตัน)3) สารพีเอเอช มีอัตราการปล่อยจากการเผาป่ามากที่สุด (1,675 กิโลกรัม) รองลงมาคือจากการเผาไร่ข้าวโพด (106 กิโลกรัม) และนาข้าว (35 กิโลกรัม) ตามลำดับ ส่วนก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีอัตราการปล่อยจากการเผาป่า (94,035 ตัน) >ไร่ข้าวโพด (8,779 ตัน) >นาข้าว (4,790 ตัน) ส่วนสารอินทรีย์ระเหยง่ายมีอัตราการปล่อยจากการเผาป่าสูงที่สุด (267 ตัน) >ไร่ข้าวโพด (34 ตัน) >นาข้าว (9 ตัน) ทั้งนี้เมื่อนำข้อมูลปริมาณการปล่อยมลพิษชนิดต่างๆ จากการเผาชีวมวลในเตาเผามาคำนวณเป็นการเผาในที่โล่งขนาด 1 ไร่ พบว่าการเผาพื้นที่ป่าให้ปริมาณฝุ่น PM10 สูงที่สุด (1,346กรัม/ไร่) ซึ่งมากกว่าการเผาในพื้นที่ปลูกข้าว (625กรัม/ไร่) และข้าวโพด (838กรัม/ไร่) ซึ่งสรุปได้ว่าการเผาป่าให้ปริมาณฝุ่น PM10 มากกว่าการเผาเศษวัสดุทางการเกษตรจากการวิเคราะห์องค์ประกอบของฝุ่น PM10 พบปริมาณไอออนมากที่สุด รองลงมาคือกลุ่มธาตุและโลหะ ตามมาด้วยสาร PAHs ปริมาณเล็กน้อย แต่เป็นที่น่าสังเกตว่า แม้ว่าการเผาป่าจะปลดปล่อยปริมาณฝุ่น PM10 มากที่สุด แต่จากการวิเคราะห์องค์ประกอบของฝุ่นกลับพบปริมาณธาตุและไอออนของธาตุต่างๆ (Ca, Na, K, Mg) ต่ำกว่าการเผาเศษวัสดุทางการเกษตร (2-4เท่า) ทั้งนี้น่าจะมาสาเหตุมาจากการให้ปุ๋ยและการใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชที่มีส่วนประกอบของธาตุเหล่านี้ในการปลูกพืชเกษตร อย่างไรก็ตามหากพิจารณาจากปริมาณของสาร PAHs กลับพบว่ามีการปล่อยสารกลุ่มนี้จากการเผาป่ามากกว่าการเผาเศษวัสดุทางการเกษตรแต่ละประเภท ประมาณ 2 เท่า ซึ่งสอดคล้องกับปริมาณฝุ่น PM10 ที่ปล่อยออกมาทั้งนี้อาจกล่าวได้ว่าปริมาณการปลดปล่อย PAHs ขึ้นกับปริมาณคาร์บอนในพืชแต่ละชนิดและปริมาณฝุ่น โดยไม่เกี่ยวข้องกับการใช้สารเคมีทางการเกษตรการปล่อยมลพิษกลุ่มที่เป็นแก๊สพบปริมาณ COมากที่สุด ซึ่งเกิดจากการเผาเศษวัสดุทางการเกษตร โดยการเผานาข้าวให้ปริมาณ CO มากที่สุด ในขณะที่การเผาไร่ข้าวโพดให้ปริมาณ NOx สูงที่สุด ในส่วนของ VOCs พบว่ามีการปลดปล่อยจากการเผาเศษวัสดุทางการเกษตรแต่ละประเภทใกล้เคียงกับการเผาป่าจากผลการศึกษาสรุปได้ว่าการเผาใบไม้จากป่าปล่อยสารมลพิษในรูปอนุภาคในปริมาณที่มากกว่าการเผาไหม้เศษวัสดุทางการเกษตร ในขณะที่การเผาเศษวัสดุทางการเกษตรปล่อยแก๊สมลพิษทั้ง CO, NOxและ VOCs มากกว่าการเผาป่าในพื้นที่เท่ากัน

คำสำคัญ