Air Pollution Control

1. Air Pollution Control Chapter 1 Overview of Air Pollution By Dr. Wipada Sanongraj

2. Thailand Air Quality Standards

7. มลภาวะอากาศของประเทศไทย ในปี พ.ศ. 2545 สถานการณ์คุณภาพอากาศของประเทศไทย : มลภาวะอากาศหลักเป็นฝุ่นขนาดไม่เกิน 10 ไมครอน หรือ PM10รองลงมาคือโอโซน (O3) สำหรับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์(NO2) ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)ยังมีปริมาณอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน คุณภาพอากาศในกรุงเทพมหานคร : มลภาวะอากาศที่พบเกินมาตรฐาน ได้แก่ ฝุ่นขนาดเล็ก ก๊าซโอโซน ฝุ่นรวม และก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ ซึ่งมีแหล่งกำเนิดหลักมาจากยานพาหนะ โดยในบริเวณริมถนนจะมีปัญหามากกว่าพื้นที่ทั่วไป สำหรับพื้นที่ทั่วไป พบว่าก๊าซโอโซนเป็นปัญหาหลัก และฝุ่นขนาดเล็กเกินมาตรฐานเป็นครั้งคราว ส่วนมลภาวะอื่น เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์(NO2) ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)ยังมีปริมาณอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน

8. 1.1 Air Pollution Problem • Air Pollution is an atmospheric condition in which substances are present at concentrations higher than their normal ambient level to produce significant effect on humans, animals, vegetation, or material (Seinfeld, 1986)

9. 1.1 Air Pollution Problem • Substances can be natural or man-made compounds in gaseous, liquid, or solid phase that can airborne. • Air pollution problem began since human started using fires. • Becomes substantially serious during last 200 years, when the world population are overgrowing and development of industrialization

10. 1.1 Air Pollution Problem • In US, air pollutants are released into atmosphere 150 million metric tons per year. • Worldwide, releases of air pollutants are 2 billion metric tons per year.

11. 1.2 Types of Air Pollution Problem I II III

12. 1.2 Types of Air Pollution Problem • Type I: includes • indoor air pollution in house and commercial building • local pollution around isolated factory, power plant, waste disposal site • urban pollution resulting from urban sources

13. 1.2 Types of Air Pollution Problem • Type II: includes • Regional air pollution • Continental air pollution • Such as transport of particulate matter from Mexico to USA

14. 1.2 Types of Air Pollution Problem • Type III: includes • Hemisphere air pollution • Global air pollution • Such as global warming, ozone depletion

15. 1.3 Components of an Air Pollution Problems • Each type of pollution has 3 major components • Emission sources • The atmosphere – transport, diffusion, transformation, removal processes • Receptors near the ground

16. 1.3 Components of an Air Pollution Problems • Estimating or measuring emissions from a variety of a source requires • Knowledge of the chemistry of combustion • Engineering aspects of the equipment design and air pollutant control technology

17. 1.3 Components of an Air Pollution Problems • Understanding characteristic of air pollutants requires • Knowledge of the atmospheric chemistry • Aerosol physics • Atmospheric radiation

18. 1.3 Components of an Air Pollution Problems • Understanding transport of air pollutants requires • Knowledge of meteorology • Environmental fluid mechanics • Turbulent exchange and mixing process

19. 1.3 Components of an Air Pollution Problems • Understanding chemical transformation and removal process requires • Knowledge of atmospheric chemistry, cloud and precipitation

20. Schematic of the various components of the air pollution problem on a local/urban scale Automatic control Detector Emission source Source control Atmosphere Receptor Humans Animals Plants Materials Respond Legislative action

21. 1.4 Sources of Air Pollution • Urban and industrial sources • Agricultural and other rural sources • Natural emissions

22. 1.4.1 Urban and Industrial sources • Power Generation • Fossil-fuel power plants are major source • Major gaseous pollutants are CO, CO2, SO2, NOx, and certain HCs and VOCs • Nuclear power plants are much cleaner • Occasional nuisance of fog formation and visibility reduction • Accidental releases of radioactive substances

23. 1.4.1 Urban and Industrial sources • Industrial facilities • Mining, refining, manufacturing, smelting, pulp and paper, chemical, metallurgical, pharmaceutical, and others • Smokestack emissions, fugitive emissions

24. 1.4.1 Urban and Industrial sources • Transportation • Automobiles, buses, trucks, airplanes, boats • Emissions are estimated on per unit area basis • Considering traffic density, speed, emissions per vehicle, and other variables • Major pollutants produced are CO, CO2, NOx, SO2, HCs, and VOCs

25. 1.4.1 Urban and Industrial sources • Process Emissions • Furnaces and other processes used for heating homes, office, and commercial building, fireplaces, stoves, backyard barbecue grills, and open burning • Emissions are estimated on per unit area basis • Major pollutants produced are CO, CO2, NOx, SO2, HCs, VOCs, and particulate matter

26. 1.4.1 Urban and Industrial sources • Waste disposal • Landfills, incineration facilities, sewage treatment plants, backyard compost pits, and refuse dumps • Major pollutants produced are CO, CO2, CH4, H2S, NH3, and particulate air pollution

27. 1.4.1 Urban and Industrial sources • Construction activities • Land clearing, demolition, digging, grinding, paving, painting • Major pollutants produced are dust and other particulate matter, hydrocarbons, VOCs, CO, CO2 and NOx

28. 1.4.2 Agricultural and other Rural Sources • Dust Blowing • Agricultural operations of tilling, and harvesting • Emissions from tractors, harvesters and other machinery are not very significant

29. 1.4.2 Agricultural and other Rural Sources • Slash burning • Land clearing by burning of forests, straw, wild grass • Emissions are a major source of smoke and haze in the countryside

30. 1.4.2 Agricultural and other Rural Sources • Soil emissions • Applications of fertilizers in cropland • Sources of nitrogen oxides in the topmost soil layer

31. 1.4.2 Agricultural and other Rural Sources • Pesticides • Substances used to kill and harm pests • Decaying wastes • Release of ammonia, methane and noxious vapors from agricultural and animal waste

32. 1.4.3 Natural Sources • Wind erosion • Dust storms induce by wind erosion • Dust particles consist mainly of SiO2 and trace of heavy metal

33. 1.4.3 Natural Sources • Forest fires • Large amount of smoke, CO, CO2, NOx, and HCs • Leading to formation of secondary organic aerosol (SOA) and ozone

34. 1.4.3 Natural Sources • Volcanic Eruption • Huge amount of particulate matter, CO2, SO2, and other gases • Global impact on climate change

35. 1.4.3 Natural Sources • Biogenic emissions • Emissions from forests and marshlands • Major pollutants are HCs, such as terpenes and isoprenes, methane, ammonia, pollen, and spores

36. 1.4.3 Natural Sources • Sea spray and evaporation • Major sources of salt particles in the atmosphere • Soil microbial process • Include aerobic and anaerobic respiration of natural soils and vegetation resulting in the emissions of NO, CH4, H2S, and NH3 • Lightning • Produces large amount of NO

37. 1.5 Air Pollutants • Primary pollutants • Emitted directly from sources and not undergoing any chemical or physical transformation • Secondary pollutants • Formed in the atmosphere as a result of photochemical reaction. Such as NO, NO2, O3, SOA, and oxygenated hydrocarbons

38. 1.5 Air Pollutants • Another classification based on the state of the pollutant matter: • Gaseous air pollutants include all the gases in atmosphere • Particulates include both solid and liquid particles that become airborne

39. 1.6 Concentration Unit • commonly expressed in term of the volume of the species per unit volume of air (e.g., ppm by volume) • Another measure for gaseous as well as particulates is the mass of species per unit volume of air (e.g., mg/m3)

40. 1.6 Concentration Unit • Conversion between the volumetric conc.(Cvi,ppm) and the mass conc. (Cmi, mg/m3) refers to these equations • Cvi = (Ci/Ca)*106 (ppm) • Cmi = Cimi*106 (mg/m3) • Where Ci defined as moles per unit volume of air • mi denoted the mean molecular mass in grams per mole • Ca is the molar conc. of air in mole per cubic meter

41. 1.6 Concentration Unit • Cvi = (Ci/Ca)*106 (ppm) Cvi = moles m3 of air 106 m3 of air moles of air • Cmi = Cimi*106 (mg/m3) Cmi = mole gram 106 m3 of air mole

42. 1.6 Concentration Unit • Using ideal gas law for air PV = nRT • By definition Ca = (n/V) = P/RT • Relationship between volumetric and mass concentrations Cvi = (RT)Cmi/(Pmi)

43. Table 1.2: Clean Atmospheric Concentrations

44. 1.7 Criteria Air Pollutants • CO • O3 • SO2 • NOx • Pb • PM10 and PM2.5 • HCs

45. คาร์บอนมอนอกไซด์(CO) คุณสมบัติ(properties) เป็นก๊าซที่ไม่มีสี กลิ่น รส เกิดจากการสันดาปไม่สมบูรณ์ของสารประกอบคาร์บอน ละลายในน้ำได้เล็ก น้อย แต่ละลายได้ดีในอัลกอฮอร์ และ เบนซีน เป็นก๊าซเฉื่อยในสภาวะอุณหภูมิและความกดดันปกติ แต่ไวต่อปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง แหล่งกำเนิด(sources) การอุตสาหกรรมต่าง ๆ เครื่องทำความร้อน ยานพาหนะ เตาประกอบอาหารปฏิกิริยาเติมออกซิเจนของก๊าซมีเทน และ ควันบุหรี่

46. Source of CO emitted to the atmosphere in USA (www.epa.gov)

47. ผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์(health effects)reducing oxygen delivery to the body’s organs tissues, chest pain, heart failure, vision problem, headache, dizzy, and nausea ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม(environmental effects)contributes to the formation of smog

48. ตะกั่ว (Pb) คุณสมบัติ(properties) เป็นโลหะอ่อนสีเทาเงิน ละลายในกรดไนตริก ไม่ละลายน้ำแต่ละลายในน้ำที่มีกรดอ่อน ต้านทานการกัดกร่อน ไม่นำไฟฟ้า ไม่ติดไฟ แหล่งกำเนิด(sources) ในอดีตยานยนต์คือแหล่งกำเนิดหลัก แต่ในปัจจุบันการหลอมเศษตะกั่วซึ่งส่วนใหญ่เป็นแบตเตอรี่ ถือเป็นแหล่งกำเนิดหลักของตะกั่วที่ถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศ

49. ผลกระทบต่อสัตว์ พืช และสัตว์น้ำslow down vegetation growth, same kind of effects as people for animals, blood and neurological changes in fish, and reproductive damage in aquatic life ผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์(health effects) ผลกระทบต่อทุกระบบในร่างกายมนุษย์สารตะกั่วในระดับสูง ทำให้เกิดการชัก โคม่า หรือถึงแก่ชีวิต สารตะกั่วในระดับต่ำ มีผลต่อระบบประสาทส่วนกลาง ไต เม็ดเลือดผลกระทบของตะกั่วเกิดขึ้นอย่างรุนแรง กับทารกในครรภ์ ทารกและเด็ก

50. ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) คุณสมบัติ(properties) ไม่มีสี มีรส ละลายน้ำได้ง่าย มีกลิ่นฉุน ไม่ติดไฟ แหล่งกำเนิด(sources) การสันดาปเชื้อเพลิง การอุตสาหกรรม ปฏิกิริยาไร้อากาศของจุลินทรีย์ในดิน ภูเขาไฟ น้ำพุร้อน