ช่วงที่มีเหตุการณ์เรื่องฝุ่น PM 2.5 ก็มีสารพัดคำถาม สารพัดปัญหาเกี่ยวกับฝุ่น ว่อนกันให้ทั่วเนต ในช่วงนั้นผมก็เขียนเป็นบทความสั้นๆ หลายบทความมากในเพจ แต่เพราะมันแตกเป็นเรื่องย่อยๆนี่เวลาหายกมาอ้างอิงมันยากเย็นมาก อย่ากระนั้นเลย ผมเอาทุกอย่างที่ผมเขียนมาลงในพันทิปจะดีกว่า เวลาค้นหา เวลาจะอ้าง ก็จะได้หยิบมันจากที่เดียวไปเลย ไม่ต้องไล่ค้นให้มันวุ่นวาย
วิทยาศาสตร์ของ Scrubber และ การฉีดน้ำดักฝุ่น
ทุกหน้าหนาวเราก็มีปัญหาฝุ่นขนาดเล็กเป็นปรกติ ทั้งจากการเผาฟืนหรือจากสภาพ Temperature inversion ก็แล้วแต่ แล้วเราก็ต้องเอาน้ำมาฉีด แล้วก็มีการว่ากันว่าประสิทธิภาพมันไม่ดี ฯลฯ เรามาเรียนรู้กันว่า หลักการดักฝุ่นด้วยการฉีดน้ำมันเป็นอย่างไร และทำอย่างไรให้ได้ประสิทธิภาพการทำงานสูงที่สุด โดยเปลืองน้ำและพลังงานน้อยที่สุด
การดักฝุ่นด้วยการฉีดน้ำ เป็นหลักการเดียวกันกับหลักการดักฝุ่นด้วยหอ Scrubber ตัว Scrubber เดิมทีออกแบบมาไว้สำหรับดักก๊าซ การทำงานของ Scrubber อาศัยความต่างของความเข้มข้นทำให้ก๊าซอย่างคาร์บอนไดออกไซด์ หรือ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ถูกจับเข้ากับเฟสของเหลว เทคนิคที่ทำให้ความเข้มข้นของก๊าซในเฟสน้ำเป็น 0 ตลอดเวลา เราก็ใส่สารที่ทำปฏิกิริยากับก๊าซที่เราจะจับเข้าไป คาร์บอนไดออกไซด์เราก็ใช้ปูนขาวจับกับคาร์บอนไดออกไซด์ก็ได้ยิปซั่ม ซัลเฟอร์ไดออกไซด์เราใช้โซดาไฟ จับกับซัลเฟอร์ไดออกไซด์ก็ได้เป็นโซเดียมไบคาร์บอเนต เมื่อเฟสน้ำมีความเข้มข้นของสารเป็น 0 ก๊าซก็จะถูกละลายเข้าได้ตลอดเวลา และความสามารถในการดักจับก๊าซก็จะขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวสัมผัสกับเฟสน้ำ ยิ่งพ่นน้ำเป็นละอองฝอย พื้นที่ผิวสัมผัสสำหรับการบำบัดก็ยิ่งมาก แต่ถ้าน้ำเป็นละอองฝอยมาก มันก็ถูกอากาศพัดออกจาก Scrubber ได้ง่าย เราก็ต้องคุมหยดละอองน้ำไม่ให้เล็กเกินไป แต่ไม่ใหญ่หยาบเกินไป บางครั้ง เราจะใช้วัสดุอย่างพวกแหวนเซรามิค ใส่ไว้ในหอ Scrubber เพื่อเพิ่มพื้นผิวสัมผัสของเฟสน้ำและอากาศ
การเอา Scrubber มาดักฝุ่น เป็นการประยุกต์เอามาใช้อีกต่อหนึ่ง หลักการดักฝุ่นจะออกแบบโดยใช้หลักการยิงหยดน้ำปะทะจับฝุ่น หยดน้ำที่ตกลงมา มีโอกาสจะโดนฝุ่นที่แขวนลอยอยู่ในเฟสอากาศ ถ้าหยดน้ำที่พ่นละอองมามีมากเท่าไร โอกาสที่มันจะจับกับฝุ่นก็มีสูงขึ้นเท่านั้น การออกแบบ Scrubber วิธีนี้เป็นวิธีพื้นฐานที่ใช้หลักการเชิงกล
การดักฝุ่นแบบ Scrubber เป็นกลไกแบบปิด สามารถควบคุมทิศทางไหลและการสัมผัสกับหยดน้ำได้ แต่พอเป็นการฉีดน้ำดักฝุ่นจากภายนอก การควบคุมการสัมผัสจะไม่ดีเท่า การออกแบบ Scrubber ถึงเราจะใช้น้ำ 1 ลิตรต่อ ลบม แต่น้ำก็มีการหมุนวนกลับมาใช้ใหม่ได้ แต่พอเป็นการสเปรย์น้ำดักฝุ่นแบบเปิด เราฉีดแล้วทิ้ง ถ้าเราคิดว่าเราจะทำความสะอาดฝุ่นจากอากาศ แค่ 20 เมตรจากภาคพื้นของเขตปทุมวัน ด้วยพื้นที่ 8 ตารางกิโลเมตร จะเป็นปริมาตรอากาศ 160 ล้านลูกบาศก์เมตร เราจะต้องใช้น้ำถึง 160 ล้านลิตร ปริมาตรพอๆกะฝายน้อยๆฝายหนึ่งทีเดียว ดังนั้นเราก็คงพอประเมินได้ว่าการฉีดน้ำแบบปรกติ ด้วยปริมาณน้ำคันรถหนึ่งๆแค่ 10 ลูกบาศก์เมตรมันจะไม่ได้ผลอะไรเสียเท่าไร ถ้าเราต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการดักจับฝุ่น เราอาจใช้หัวฉีดหยดน้ำให้เป็นละอองฝอย เพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัส ลดขนาดจากหยดน้ำที่หัวฉีดน้ำทั่วไปทำได้ขนาดหยดน้ำ 4 มม ลดเป็นละอองน้ำขนาด 0.2-0.4 มม แบบเครื่องพ่นน้ำดักฝุ่นของที่จีนใช้ เราอาจเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับดักฝุ่นได้ 10 – 20 เท่าและใช้น้ำลดลงมาที่ 8 – 16 ล้านลิตร แต่นั่น ก็ยังเป็นปริมาณน้ำที่มากจนเลอะเทอะอยู่นั่นเอง
แต่มันก็มีการออกแบบ Scrubber อีกรูปแบบโดยใช้หลักการ Nucleation สร้างสภาพให้หอ Scrubber มีความชื้นถึงจุดกลั่นตัว แล้วไอน้ำจะใช้ฝุ่นละอองเป็นแกนในการเกาะตัวเป็นหยดน้ำ การออกแบบ Scrubber วิธีนี้ จะจับฝุ่นได้ทั้งหมดแต่จะต้องใช้ความสูงของหอมาก เพื่อระบายความร้อนและทำให้ละอองฝุ่นถูกไอน้ำจับกลั่นตัวก่อนออกจากหอ เป็นการออกแบบโดยใช้หลักเทอร์โมไดนามิกส์ การดักฝุ่นด้วยหลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์ เราต้องเพิ่มความชื้นของอากาศก่อน แล้วบังคับให้กลั่นตัว กรณีนี้ สมมุติในหน้าหนาวที่เรารู้ว่าอากาศตอนกลางวันอุณหภูมิ 30 องศา ความชื้น 50% อุณหภูมิตอนกลางคืน 25 องศาความชื้นจะขึ้นมาที่ 75% เราต้องเติมน้ำในอากาศของเคสเขตปทุมวันอย่างน้อย 4 หมื่นลิตรถึงจะทำให้ความชื้นถึงระดับกลั่นตัว แค่รอบนี้ เราต้องอาศัยประโยชน์ของอุณหภูมิกลางวันกลางคืนมาใช้ พ่นน้ำตอนเย็นๆเพื่อให้กลางคืนไอน้ำจับตัวกับฝุ่นเป็นหมอกกลั่นตัวลงมา แต่ทั้งนี้ การดักฝุ่นด้วยวิธีนี้ก็น่าจะสร้างความเหนอะหนะน่ารำคาญพอดูทีเดียว รวมไปถึงการที่หมอกที่กลั่นตัวเหล่านี้มีแกนคืออฝุ่นละออง รถที่วิ่งผ่านตัวเมืองก็ลงได้ล้างรถลายกระดำกระด่างกันสนุกสนาน
ดังนั้นแล้ว การดักฝุ่นละอองให้มีประสิทธิภาพ ไม่เปลืองทรัพยากรน้ำและก่อผลกระทบทางอ้อมมากเกินไป เราอาจสร้างหอดักฝุ่นด้วยน้ำกระจายทั้งกรุงเทพ หรือเราอาจทำเป็นหอดักฝุ่นแบบเคลื่อนที่ได้ติดตั้งบนรถเพื่อจะใช้ทรัพยากรน้ำและพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการพ่นน้ำเพื่อดักฝุ่น และในระยะยาว การลดกิจกรรมการเผาแบบเปิด ไม่ว่าจะเผาขยะ เผาหมูปิ้ง หรือการใช้รถในพื้นที่อับลมของเมือง การปรับผังเมืองที่คำนึงถึงการถ่ายเทของลมจะเป็นทางออกที่ฝั่งยืนกว่าของเคสฝุ่นละอองในกรุงเทพ
รวมทุกเรื่องที่เกี่ยวกับฝุ่น ที่เขียนไว้ในเพจ Darth Prin
ช่วงที่มีเหตุการณ์เรื่องฝุ่น PM 2.5 ก็มีสารพัดคำถาม สารพัดปัญหาเกี่ยวกับฝุ่น ว่อนกันให้ทั่วเนต ในช่วงนั้นผมก็เขียนเป็นบทความสั้นๆ หลายบทความมากในเพจ แต่เพราะมันแตกเป็นเรื่องย่อยๆนี่เวลาหายกมาอ้างอิงมันยากเย็นมาก อย่ากระนั้นเลย ผมเอาทุกอย่างที่ผมเขียนมาลงในพันทิปจะดีกว่า เวลาค้นหา เวลาจะอ้าง ก็จะได้หยิบมันจากที่เดียวไปเลย ไม่ต้องไล่ค้นให้มันวุ่นวาย
วิทยาศาสตร์ของ Scrubber และ การฉีดน้ำดักฝุ่น
ทุกหน้าหนาวเราก็มีปัญหาฝุ่นขนาดเล็กเป็นปรกติ ทั้งจากการเผาฟืนหรือจากสภาพ Temperature inversion ก็แล้วแต่ แล้วเราก็ต้องเอาน้ำมาฉีด แล้วก็มีการว่ากันว่าประสิทธิภาพมันไม่ดี ฯลฯ เรามาเรียนรู้กันว่า หลักการดักฝุ่นด้วยการฉีดน้ำมันเป็นอย่างไร และทำอย่างไรให้ได้ประสิทธิภาพการทำงานสูงที่สุด โดยเปลืองน้ำและพลังงานน้อยที่สุด
การดักฝุ่นด้วยการฉีดน้ำ เป็นหลักการเดียวกันกับหลักการดักฝุ่นด้วยหอ Scrubber ตัว Scrubber เดิมทีออกแบบมาไว้สำหรับดักก๊าซ การทำงานของ Scrubber อาศัยความต่างของความเข้มข้นทำให้ก๊าซอย่างคาร์บอนไดออกไซด์ หรือ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ถูกจับเข้ากับเฟสของเหลว เทคนิคที่ทำให้ความเข้มข้นของก๊าซในเฟสน้ำเป็น 0 ตลอดเวลา เราก็ใส่สารที่ทำปฏิกิริยากับก๊าซที่เราจะจับเข้าไป คาร์บอนไดออกไซด์เราก็ใช้ปูนขาวจับกับคาร์บอนไดออกไซด์ก็ได้ยิปซั่ม ซัลเฟอร์ไดออกไซด์เราใช้โซดาไฟ จับกับซัลเฟอร์ไดออกไซด์ก็ได้เป็นโซเดียมไบคาร์บอเนต เมื่อเฟสน้ำมีความเข้มข้นของสารเป็น 0 ก๊าซก็จะถูกละลายเข้าได้ตลอดเวลา และความสามารถในการดักจับก๊าซก็จะขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวสัมผัสกับเฟสน้ำ ยิ่งพ่นน้ำเป็นละอองฝอย พื้นที่ผิวสัมผัสสำหรับการบำบัดก็ยิ่งมาก แต่ถ้าน้ำเป็นละอองฝอยมาก มันก็ถูกอากาศพัดออกจาก Scrubber ได้ง่าย เราก็ต้องคุมหยดละอองน้ำไม่ให้เล็กเกินไป แต่ไม่ใหญ่หยาบเกินไป บางครั้ง เราจะใช้วัสดุอย่างพวกแหวนเซรามิค ใส่ไว้ในหอ Scrubber เพื่อเพิ่มพื้นผิวสัมผัสของเฟสน้ำและอากาศ
การเอา Scrubber มาดักฝุ่น เป็นการประยุกต์เอามาใช้อีกต่อหนึ่ง หลักการดักฝุ่นจะออกแบบโดยใช้หลักการยิงหยดน้ำปะทะจับฝุ่น หยดน้ำที่ตกลงมา มีโอกาสจะโดนฝุ่นที่แขวนลอยอยู่ในเฟสอากาศ ถ้าหยดน้ำที่พ่นละอองมามีมากเท่าไร โอกาสที่มันจะจับกับฝุ่นก็มีสูงขึ้นเท่านั้น การออกแบบ Scrubber วิธีนี้เป็นวิธีพื้นฐานที่ใช้หลักการเชิงกล
การดักฝุ่นแบบ Scrubber เป็นกลไกแบบปิด สามารถควบคุมทิศทางไหลและการสัมผัสกับหยดน้ำได้ แต่พอเป็นการฉีดน้ำดักฝุ่นจากภายนอก การควบคุมการสัมผัสจะไม่ดีเท่า การออกแบบ Scrubber ถึงเราจะใช้น้ำ 1 ลิตรต่อ ลบม แต่น้ำก็มีการหมุนวนกลับมาใช้ใหม่ได้ แต่พอเป็นการสเปรย์น้ำดักฝุ่นแบบเปิด เราฉีดแล้วทิ้ง ถ้าเราคิดว่าเราจะทำความสะอาดฝุ่นจากอากาศ แค่ 20 เมตรจากภาคพื้นของเขตปทุมวัน ด้วยพื้นที่ 8 ตารางกิโลเมตร จะเป็นปริมาตรอากาศ 160 ล้านลูกบาศก์เมตร เราจะต้องใช้น้ำถึง 160 ล้านลิตร ปริมาตรพอๆกะฝายน้อยๆฝายหนึ่งทีเดียว ดังนั้นเราก็คงพอประเมินได้ว่าการฉีดน้ำแบบปรกติ ด้วยปริมาณน้ำคันรถหนึ่งๆแค่ 10 ลูกบาศก์เมตรมันจะไม่ได้ผลอะไรเสียเท่าไร ถ้าเราต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการดักจับฝุ่น เราอาจใช้หัวฉีดหยดน้ำให้เป็นละอองฝอย เพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัส ลดขนาดจากหยดน้ำที่หัวฉีดน้ำทั่วไปทำได้ขนาดหยดน้ำ 4 มม ลดเป็นละอองน้ำขนาด 0.2-0.4 มม แบบเครื่องพ่นน้ำดักฝุ่นของที่จีนใช้ เราอาจเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับดักฝุ่นได้ 10 – 20 เท่าและใช้น้ำลดลงมาที่ 8 – 16 ล้านลิตร แต่นั่น ก็ยังเป็นปริมาณน้ำที่มากจนเลอะเทอะอยู่นั่นเอง
แต่มันก็มีการออกแบบ Scrubber อีกรูปแบบโดยใช้หลักการ Nucleation สร้างสภาพให้หอ Scrubber มีความชื้นถึงจุดกลั่นตัว แล้วไอน้ำจะใช้ฝุ่นละอองเป็นแกนในการเกาะตัวเป็นหยดน้ำ การออกแบบ Scrubber วิธีนี้ จะจับฝุ่นได้ทั้งหมดแต่จะต้องใช้ความสูงของหอมาก เพื่อระบายความร้อนและทำให้ละอองฝุ่นถูกไอน้ำจับกลั่นตัวก่อนออกจากหอ เป็นการออกแบบโดยใช้หลักเทอร์โมไดนามิกส์ การดักฝุ่นด้วยหลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์ เราต้องเพิ่มความชื้นของอากาศก่อน แล้วบังคับให้กลั่นตัว กรณีนี้ สมมุติในหน้าหนาวที่เรารู้ว่าอากาศตอนกลางวันอุณหภูมิ 30 องศา ความชื้น 50% อุณหภูมิตอนกลางคืน 25 องศาความชื้นจะขึ้นมาที่ 75% เราต้องเติมน้ำในอากาศของเคสเขตปทุมวันอย่างน้อย 4 หมื่นลิตรถึงจะทำให้ความชื้นถึงระดับกลั่นตัว แค่รอบนี้ เราต้องอาศัยประโยชน์ของอุณหภูมิกลางวันกลางคืนมาใช้ พ่นน้ำตอนเย็นๆเพื่อให้กลางคืนไอน้ำจับตัวกับฝุ่นเป็นหมอกกลั่นตัวลงมา แต่ทั้งนี้ การดักฝุ่นด้วยวิธีนี้ก็น่าจะสร้างความเหนอะหนะน่ารำคาญพอดูทีเดียว รวมไปถึงการที่หมอกที่กลั่นตัวเหล่านี้มีแกนคืออฝุ่นละออง รถที่วิ่งผ่านตัวเมืองก็ลงได้ล้างรถลายกระดำกระด่างกันสนุกสนาน
ดังนั้นแล้ว การดักฝุ่นละอองให้มีประสิทธิภาพ ไม่เปลืองทรัพยากรน้ำและก่อผลกระทบทางอ้อมมากเกินไป เราอาจสร้างหอดักฝุ่นด้วยน้ำกระจายทั้งกรุงเทพ หรือเราอาจทำเป็นหอดักฝุ่นแบบเคลื่อนที่ได้ติดตั้งบนรถเพื่อจะใช้ทรัพยากรน้ำและพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการพ่นน้ำเพื่อดักฝุ่น และในระยะยาว การลดกิจกรรมการเผาแบบเปิด ไม่ว่าจะเผาขยะ เผาหมูปิ้ง หรือการใช้รถในพื้นที่อับลมของเมือง การปรับผังเมืองที่คำนึงถึงการถ่ายเทของลมจะเป็นทางออกที่ฝั่งยืนกว่าของเคสฝุ่นละอองในกรุงเทพ