ผู้เชี่ยวชาญ คาดการณ์มลพิษอากาศ เหตุโรงงานสารเคมีย่านกิ่งแก้ว บึ้ม!
เมื่อวันที่ 4 สิงหาคม รศ.ดร.เกษมสันต์ มโนมัยพิบูลย์ บัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี วิเคราะห์ทางเลือกระบบจำลองคาดการณ์มลพิษอากาศในภาวะฉุกเฉิน: กรณีไฟไหม้โรงงานสารเคมีย่านกิ่งแก้ว ระบุว่า
เหตุการณ์ไฟไหม้โรงงานสารเคมีย่านกิ่งแก้ว อำเภอบางพลี จังหวัดสมุทรปราการที่ผ่านมาได้กระทบต่อประชาชนจำนวนมากที่อาศัยทำงานอยู่ในพื้นที่ใกล้โรงงานทั้งนี้ทางภาครัฐ ภาคอุตสาหกรรม หน่วยงานบรรเทาสาธารณภัย และนักวิชาการก็ได้ตระหนักและเห็นความสำคัญร่วมกันต่อปัญหาดังกล่าวเหตุการณ์เริ่มจากการระเบิดของสารเคมีที่เก็บในโรงงานประมาณ 3 นาฬิกาของวันที่ 5 กรกฏาคม 2564 ต่อมาเกิดไฟลุกโชนในโรงงานอย่างรุนแรงต่อเนื่องมีควันดำขนาดใหญ่พวยพุ่งลอยขึ้นสูงในบรรยากาศและถูกพัดพาไปไกลโดยลม ไฟเริ่มซาและถูกควบคุมได้ในช่วงค่ำและเช้าของอีกวันต่อมา ที่ตั้งของโรงงาน ณ ปัจจุบัน ก็มีชุมชนที่พักอาศัย วัด โรงพยาบาล โรงเรียน และโรงงานอื่นอยู่โดยรอบซึ่งเป็นผลของการขยายตัวของเมืองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นสะท้อนถึงความจำเป็นที่ควรมีระบบหรือเทคโนโยลีจำลองมลพิษอากาศที่เหมาะสมเพื่อรองรับกรณีไฟไหม้รุนแรงหรือสถานการณ์ฉุกเฉินโดยสามารถคาดการณ์ความรุนแรงล่วงหน้าและใช้ประเมินกำหนดมาตรการแก้ไขลดผลกระทบได้ หากพิจารณาลักษณะรูปแบบของไฟไหม้โรงงานย่านกิ่งแก้วและพฤติกรรมของของควันตามหลักวิชาการที่เกี่ยวข้อง ก็สามารถใช้เป็นแนวทางเพื่อกำหนดคุณสมบัติของระบบจำลองที่พึงมีได้โดยผมขออธิบายและสรุปไว้ข้างล่างนี้สำหรับผู้ที่เกี่ยวข้องหรือสนใจ
ข้อที่ 1: พฤติกรรมของการลอยตัวของควัน
การสันดาปหรือเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ของสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการผลิตโฟมของโรงงานดังกล่าว(ในที่นี้ สไตรีนโมโนเมอร์และสารเคมีกลุ่มเบนซีน) ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ระเหยและติดไฟง่าย ก่อให้เกิดควันซึ่งประกอบด้วยเขม่าดำ ฝุ่น ก๊าชต่างๆ ปะปนกับก๊าซระเหยของสารเคมีตั้งต้นรวมทั้งไอน้ำปนอยู่ (แต่ไม่มากเท่าการเผาไหม้ที่สมบูรณ์)การยกตัวของควันนั้นเกิดจากแรงลอยตัวเพราะอุณหภูมิของควันมีค่าสูงทำให้มีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศที่อยู่โดยรอบ เมื่อควันลอยขึ้น (Plume Rise) (รูปที่ 1) ก็จะขยายตัวใหญ่ขึ้นผ่านกระบวนการฟิสิกส์ 2 อย่าง คือ
- กฏอะเดียแบติก (Adiabatic)เพราะความดันอากาศลดลงตามความสูงของควันลอยขึ้นปริมาตรของควันจะเพิ่มและควันก็เย็นตัวลงพร้อมกัน
- ความปั่นป่วนและการดึงอากาศเข้า (Turbulence & Entrainment) เนื่องด้วยสภาพภายในของควันร้อนมาก อากาศภายในควันจึงมีสภาพปั่นปั่วนและเมื่อควันลอยตัวอย่างรวดเร็ว สภาพปั่นป่วนก็จะดึงมวลอากาศเย็นที่อยู่รอบๆ เข้ามาทำให้ควันขยายตัวเพิ่มเร็วขึ้น
ข้อที่ 2: ระดับการลอยตัวและการเบ้เอียงของแนวควัน
ความสูงสุทธิที่ควันจะลอยขึ้นมีความสำคัญ หลังจากนั้น ควันก็ถูกพัดพาและแพร่กระจายต่อไป หากควันลอยสูงเป็นแนวดิ่งก็จะกระทบต่อพื้นที่ใกล้จุดเกิดเหตุไม่มาก แต่หากลมใกล้ผิวพื้นพัดแรงก็จะทำให้ควันที่ลอยอยู่เบ้เอียงลู่ตามลมและเกิดแรงเฉือน (Wind Shear) เหนี่ยวนำการแพร่กระจายของควันสู่ลงผิวพื้นได้ (รูปที่ 1 กลาง)โดยปกติแล้ว ควันจะหยุดลอย ณ ความสูงที่บรรยากาศมีความเสถียร (Stable) (ในที่นี้ อากาศโดยรอบเท่ากับหรืออุ่นกว่าในควันทำให้ไม่มีแรงลอยตัว) ควันจากไฟไหม้ที่รุนแรงสามารถยกตัวลอยทะลุผ่านชั้นบรรยากาศผกผันที่เสถียรใกล้ผิวพื้น (Low-Level Inversion Layer) ซึ่งปกติเกิดขึ้นไม่ห่างจากผิวพื้น (เช่น50-500 ม.)ตอนกลางคืนและช่วงเช้า-สายของวันใหม่ (รูปที่ 1 ขวา) อย่างที่กล่าวมาข้างต้น เมื่อควันลอยขึ้นตัวก็จะเย็นลง ไอน้ำในควันจะควบแน่นเป็นละอองน้ำได้ง่าย ซึ่งช่วยให้เราสังเกตุควันได้ง่ายขึ้นแม้ว่าควันจะลอยสูงหรือถูกพัดพาไปไกลแล้ว ควันจากไฟไหม้ที่รุนแรงสามารถลอยสูงถึงฐานเมฆหากมีแรงลอยตัวเพียงพอหรืออยู่ภายใต้สภาพบรรยากาศที่ไม่เสถียรช
ข้อที่ 3: การพัดพาและแพร่กระจาย
แม้ว่าลมพัดพาควันให้ลอยไปในแนวราบ แต่ความปั่นป่วนในบรรยากาศจะทำหน้าที่แพร่กระจายควันที่เข้มข้นตามแนวแกนให้เจือจางไปทั้งในแนวราบและแนวดิ่งซึ่งทำให้ขนาดควันหรือพลูม (Plume) ใหญ่ขึ้นตามระยะทาง (รูปที่ 2 และรูปที่ 3) พลูมของควันถูกเหนี่ยวนำเปลี่ยนไปตามทิศทางลมที่อาจเปลี่ยนไปตามเวลา นอกจากนั้นหากควันมีขนาดใหญ่การพัดพาก็จะได้รับอิทธิพลจากทั้งลมใกล้ผิวพื้นและลมระดับบน โดยทั่วไป พฤติกรรมของลมทั้งสองระดับไม่คล้ายคลึงกัน ลมใกล้ผิวพื้นมีความเร็วน้อยกว่าแต่แปรผันบ่อยทั้งเชิงพื้นที่และเวลาเป็นเพราะลมระดับล่างมีความอ่อนไหวต่อความขรุขระของผิวพื้น (Roughness) และต่อสมดุลพลังงานผิวพื้น(Surface Energy Balance)มากกว่านั่นเอง ควันหากลอยขึ้นสู่ถึงฐานเมฆไอน้ำที่มีอยู่ในควันก็ควบแน่นเป็นละอองน้ำ ดังนั้นควัน-ละอองน้ำที่ควบแน่น-เมฆที่เกิดอยู่ในธรรมชาติก็จะรวมปะปนกัน (รูปที่ 2 ขวาและรูปที่ 3) หากเกิดฝน ฝนก็จะชะล้างควันในบรรยากาศ (Wet Scavenging)มิฉะนั้น ควันก็จะถูกชะล้างแบบแห้ง (Dry Scavenging) สู่ผิวพื้น อาศัยการแพร่กระจายในแนวดิ่งซึ่งควบคุมโดยสภาพการปั่นป่วนในบรรยากาศ
ข้อที่ 4 พลศาสตร์ของควัน
ด้วยที่สภาพอากาศมีการแปรผันตามเวลาและพื้นที่อยู่ตลอดควัน(หรือส่วนของควัน)ที่เราสังเกตุเห็นนั้นเป็นผลรวมสุทธิของควันที่ถูกพัดพาและแพร่กระจายตั้งแต่ปล่อยจากแหล่งกำเนิดมาก่อนหน้าและทีหลัง จึงมีลักษณะเป็นพลศาสตร์ (Dynamic) ไม่ใช่เป็นสภาพสถิตย์ที่ชั่วโมงหรือสถานที่ใดหลักพลศาสตร์จึงเหมาะสมสอดคล้องกับการประยุกต์ใช้ในกรณีไฟไหม้ขนาดใหญ่เพราะควันล่องลอยอยู่นานในบรรยากาศและสามารถเคลื่อนที่แพร่กระจายไปทั้งระยะใกล้ (Short-Range Transport) และระยะไกล (Long-Range Transport)
สรุปและข้อเสนอ
จากที่กล่าวมาผ่านกรณีไฟไหม้โรงงานสารเคมีย่านกิ่งแก้ว สามารถสรุปได้ว่า ระบบหรือเทคโนโลยีจำลองที่เหมาะสมเพื่อใช้คาดการณ์มลพิษอากาศในสถานการณ์ฉุกเฉินควรมีคุณสมบัติหรือองค์ประกอบดังนี้
- เป็นการจำลองแบบพลศาสตร์ ในทางปฏิบัติ การจำลองมลพิษอากาศจะสมมติให้ควันเกิดขึ้นเป็นระยะหรือเป็นชุดต่อเนื่องกัน โดยแต่ละชุดเคลื่อนตัวอย่างเอกเทศ แต่ผลสุทธิของควันก็คือผลลัพธ์รวมที่ได้ควันทุกระยะหรือทุกชุดเข้าด้วยกัน ทั้งนี้การจำลองอาจกำหนดให้ควันถูกปล่อยจากแหล่งกำเนิดเป็นก้อนหรือพัฟ (Simulated Puffs) หรืออนุภาค (Simulated Particles)แม้ว่าการจำลองที่ใช้วิธีอนุภาคจะมีความแม่นยำที่ดีแต่ก็ต้องการทรัพยากรคอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณประมวลที่สูงมาก สำหรับการจำลองวิธีพัฟนั้น ได้มีการพัฒนาและประยุกต์ทดสอบมายาวนานจึงมีความสมบูรณ์ทางเทคนิคมากกว่า อีกทั้งต้องการทรัพยากรเพื่อการคำนวณน้อยกว่า การจำลองทั้งสองวิธีนี้แตกต่างกับวิธีพลูม (Simulated Plume) (รูปที่ 5) ที่มีข้อจำกัดหลักคือการจำลองแบบสถิตย์ซึ่งไม่สามารถใช้รองรับหรือประยุกต์สอดคล้องกับสถานการณ์ไฟไหม้ดังกล่าวได้ดี
บูรณาการกระบวนการที่สำคัญเข้าไว้ด้วยกัน ซึ่งได้แก่ การลอยและขยายตัวของควันลมเฉือน การเบ้เอียงของควันเสถียรภาพของบรรยากาศ ชั้นบรรยากาศผกผัน การพัดพาโดยลมและการแพร่กระจายในแนวราบและดิ่งโดยการปั่นป่วนที่ความสูงต่างๆ รวมทั้งการชะล้างแบบเปียกและแห้ง ดังนั้นการจำลองจำเป็นที่ต้องนำเข้าข้อมูลสภาพอากาศจำนวนมาซึ่งในทางปฏิบัติ สามารถใช้ผลลัพธ์จากแบบจำลองพยากรณ์อุตุนิยมวิทยาที่มีความละเอียดกริดสูง(เช่น 1-3 กิโลเมตร) และคาดการณ์ล่วงหน้าอย่างน้อย 1-2 วัน ถ้าการพยากรณ์ได้พิจารณาปัจจัยกายภาพเฉพาะของเมืองใหญ่ (Urban-Scale Modeling) ก็จะทำให้ผลลัพธ์มีความน่าเชื่อถือมากขึ้น ในประเทศไทยกรมอุตุนิยมวิทยาและสถาบันสารสนเทศทรัพยากรน้ำ (องค์การมหาชน) เป็นหน่วยงานรัฐที่ดำเนินการพยากรณ์อุตุนิยมวิทยาที่ความละเอียดสูงเป็นประจำดังนั้น หากเชื่อมโยงข้อมูลพยากรณ์ดังกล่าวกับการจำลองมลพิษอากาศก็จะเป็นการต่อยอดการประยุกต์ใช้ข้อมูลเพื่อประโยชน์ต่อสาธารณะ
