ส.ป.ร.น้อมเกล้า/กังหันน้ำชัยพัฒนา

หลักการทำงาน

ในแผนภูมิกังหันชัยพัฒนา (๒) แสดงให้เห็นถึงการทำงานเมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าหมุนด้วยความเร็ว 1,450 รอบ/นาที ย่องจะส่งกำลังขับผ่านระบบเฟืองเกียร์ทดรอบหรือระบบเฟืองจานโซ่ไปยังซองตักวิดน้ำให้หมุนเคลื่อนตัวโดยรอบด้วยความเร็วที่ช้าลงเหลือ 5 รอบ/นาที สามารถวิดตักน้ำลึกลงไปจากใต้ผิวน้ำ
0.50 เมตร ยกขึ้นไปสาดกระจายเป็นฝอยเหนือผิวน้ำด้วยความสูง 1.0 เมตร ทำให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศกว้างขวางมากขึ้น เป็นผลทำให้ออกซิเจนในอากาศละลายเข้าไปในน้ำได้อย่างรวดเร็ว และในขณะที่น้ำเสียถูกยกขึ้นไปสาดกระจายสัมผัสกับอากาศแล้วตกลงไปยังผิวน้ำจนสิ้นสุดของการสาดน้ำดังแสดงในแผนภูมิกังหันน้ำชัยพัฒนา (๓) นั้น จะก่อให้เกิดฟองอากาศจมตามลงไปใต้ผิวน้ำด้วย อีกทั้งในขณะที่ซองตักวิดน้ำกำลังเคลื่อนที่ลงสู่ผิวน้ำแล้วกดลงไปใต้ผิวน้ำนั้น จะเกิดการอัดอากาศภายในซองน้ำน้ำภายใต้ผิวน้ำจนกระทั่งซองน้ำจมน้ำเต็มที่ ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทออกซิเจนได้สูงขึ้นตามไปด้วย
หลังจากนั้นน้ำที่ได้รับการเติมอากาศแล้ว จะเกิดการถ่ายเทของน้ำเคลื่อนที่ออกไปด้วยการผลักดันของซองน้ำ ด้วยความเร็วของการไหล 0.20 เมตร/วินาที จึงสามารถผลักดันน้ำออกไปจากเครื่องมีระยะทางประมาณ 10.0 เมตร และผลพลอยได้อีกประการหนึ่ง ได้แก่ การโยกตัวของทุ่นลอยในขณะทำงาน จะส่งผลให้แผ่นไฮโดรฟอยล์ที่ติดตั้งไว้ในส่วน
ใต้น้ำ สามารถผลักดันน้ำให้เคลื่อนที่ผสมผสานออกซิเจนเข้ากับน้ำในระดับความลึกใต้ผิวน้ำเป็นอย่างดีอีกด้วย จึงก่อให้เกิดกระบวนการทั้งการเติมอากาศ การกวนแบบผสมผสาน และทำให้เกิดการไหลของน้ำเสียไปตามทิศทางที่กำหนดโดยพร้อมกัน

ทฤษฎีเครื่องกลเติมอากาศ
        การเติมออกซิเจน (oxygenation) หรือการเติมอากาศ หรือการเติมอากาศ (Aeration) เป็นหัวใจของการทำงานของระบบบำบัดน้ำเสีย
เพราะหากระบบบำบัดน้ำเสียขาดออกซิเจน จุลินทรีย์ทั้งหลายก็ไม่สามารถทำงานได้ ถ้ามีปริมาณออกซิเจนละลายน้ำอยู่สูง ระบบก็สามารถบำบัดน้ำได้ดีหรือสามารถรับน้ำเสียได้มากขึ้น แต่เนื่องจากค่าการละลายน้ำของออกซิเจนที่ความดันบรรยากาศมีค่าต่ำย่อมจะทำให้มีแรงขับ (Driving Force) ต่ำตามไปด้วย

       ดังนั้น การเพิ่มอัตราการละลายน้ำของออกซิเจนที่ความดันบรรยากาศ จึงได้แก่การเพิ่มผิวสัมผัส (Interfacia Area) ระหว่างอากาศกับน้ำให้มีค่ามากที่สุดสภาพการทำงานโดยทั่วไปของระบบบำบัดน้ำเสีย จะมีค่าความต้องการออกซิเจนเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาตามปริมาณการไหลของน้ำเสียและความเข้มข้นของมวลสารอินทรีย์ ซึ่งในการออกแบบจะต้องให้ออกซิเจนแก่ระบบที่ความต้องการสูงสุดได้เพียงพอ แต่ถ้าไม่มีการควบคุมที่ดีและระบบเติมอากาศก็ไม่สามารถลดการใช้พลังงานลงได้ ก็จะเกิดการสูญเสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์เครื่องกลเติมอากาศจะต้องมีหน้าที่อยู่ 2 ประการ คือ หน้าที่ในการให้ออกซิเจนแก่น้ำในระบบบำบัดน้ำเสียได้อย่างพอเพียง และหน้าที่ในการกวนน้ำเพื่อกระจายออกซิเจนให้มีค่าความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำอยู่เสมอทั่วทั้งบริเวณบ่อเติมอากาศพลังงานที่ใช้ในการกวนนี้จะต้องมีค่าพอเหมาะสำหรับ

      การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ เพราะถ้ากวนน้อยเกินไป ตะกอนจุลินทรีย์ (Floc) จะมีขนาดใหญ่เกินไป แต่ถ้ากวนแรงเกินไปก็จะเกิดแรงเฉือน (Shearing Force) สูง จนทำให้จุลินทรีย์แตกกระจาย เป็นผลให้ระบบไม่สามารถทำงานได้ดีเท่าที่ควร
เครื่องกลเติมอากาศแต่ละชนิดมีทั้งข้อดีและข้อเสียในด้านต่างๆ ดังนั้นการออกแบบและประดิษฐ์เครื่องกลเติมอากาศ จะต้องเข้าใจหลักการทำงาน วิธีคำนวณ ตลอดจนเข้าใจถึงวิธีการทดสอบสมรรถนะในการถ่ายเทออกซิเจนลงไปในน้ำ (Performance of Oxygen Transfer in Water) หน่วยเป็นกิโลกรัมของออกซิเจน/แรงม้า-ชั่วโมง

วิธีการคำนวณหาจำนวนเครื่องกังหันน้ำชัยพัฒนา เพื่อใช้บำบัดน้ำเสียจากชุมชน
ก. ข้อมูลที่ได้จากการตรวจวัด
1. อัตราการไหลของน้ำเสีย (Q) มีหน่วยเป็น ม3 / วัน
2. ความสกปรกน้ำเสีย (BOD5) มีหน่วยเป็น ม.ก/ลิตร
3. สมรรถนะในการถ่ายเทออกซิเจนของกังหันน้ำชัยพัฒนา มีหน่วยเป็นกิโลกรัมของออกซิเจน/แรงม้า-ชั่วโมง
4. ขนาดแรงม้าของกังหันน้ำชัยพัฒนา
ข. ตัวอย่างการคำนวณ
สมมุติให้ อัตราการไหลของน้ำเสีย (Q) = 300 ม3 / วัน = 300 x 1,000 กก. / วัน
สมมุติให้ความสกปรกของน้ำเสีย (BOD5) = 250 x มก./ลิตร = 250 กก. 1,000 x 1,000
ปริมาณออกซิเจนที่ต้องการ = Q x BOD5 (BOD Loading)\ปริมาณออกซิเจนที่ต้องการ (BOD Loading) = 300 x 1,000 x 250 = 75 กก./วัน 1,000 x 1,000
หรือ = 75 = 3,125 กก./ชั่วโมง 24
ในการติดตั้งจะต้องเผื่อปริมาณออกซิเจนที่ต้องการเป็น 2 เท่า ( 2x 3.125) = 6.25 กก./ชั่วโมง
สมมุติให้เครื่องกังหันน้ำชัยพัฒนามีสมรรถนะในการถ่ายเทออกซิเจนที่สภาวะมาตรฐานเท่ากับ
1.2 กก./แรงม้า-ชั่วโมง
กำหนดให้ ความเข้มข้นออกซิเจนในน้ำเสีย = 2.0 ม.ก / ลิตร
อุณหภูมิของน้ำเสีย = 30 ? C
จะได้ประสิทธิภาพถ่ายเทออกซิเจน ที่อุณหภูมิของน้ำเสีย 30 ? C = 0.613
\กำลังม้าที่ต้องการใช้ = ปริมาณออกซิเจนที่ต้องการ
อัตราการถ่ายเทออกซิเจนที่สภาวะใช้งาน
= 6.25 = 8.49 แรงม้า 0.7356
สมมุติให้กังหันน้ำชัยพัฒนา 1 เครื่อง ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนขนาด 2 แรงม้า \ จะต้องใช้กังหันน้ำชัยพัฒนา = 8.49 = 4.242
สรุป : กังหันน้ำชัยพัฒนาเป็นเครื่องกลเติมอากาศที่สร้างขึ้นมาภายในประเทศไทย แบบไทยทำ ไทยใช้ ซึ่งพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว
พระราชทานรูปแบบในการประดิษฐ์ จนกระทั่งสามารถนำมาใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพและเกิดประโยชน์แก่ส่วนรวมเป็นอย่างยิ่ง
กรมทรัพย์สินทางปัญญา กระทรวงพาณิชย์ ทูลเกล้าฯ ถวายสิทธิบัตรเลขที่ 3127 แด่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2536
คณะรัฐมนตรีมีมติให้กำหนดวันที่ 2 กุมภาพันธ์ ของทุกปีเป็น "วันนักประดิษฐ์" เพื่อเทิดพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ซึ่งเป็นการสืบ
เนื่องจากการที่ได้รับสิทธิบัตรในพระปรมาภิไธย เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2536 นั่นเอง

อนึ่ง ย่อมเป็นที่ประจักษ์แล้วว่า สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวข้างต้น เป็นผลงานที่เกิดจากความห่วงใยของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวที่ทรงมีต่อคุณภาพชีวิตและความเป็นอยู่ของพสกนิกรไทย
ทุกหมู่เหล่า ซึ่งพระองค์ทรงมีประราชปณิธานแน่วแน่ในการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นต่างๆ ที่มีผลกระทบต่อชีวิตและความเป็นอยู่ของพสกนิกร จนเป็นที่เลื่องลือไปถึงต่างประเทศถึงพระราชกรณียกิจของพระองค์ ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงพระอัจฉริยภาพและพระวิริยะอันสูงส่ง ในการคิดค้นสิ่งประดิษฐ์เพื่อแก้ไขปัญหาน้ำเน่าเสียที่มีผลกระทบต่อคุณภาพชีวิตโดยส่วนรวม นับเป็นพระมหากรุณาธิคุณต่อพสกนิกรชาวไทยเป็นล้นพ้นและทรงเป็นแบบอย่างให้กับนักประดิษฐ์เจริญรอยจามเบื้องพระยุคลบาทในการคิดประดิษฐ์สิ่งใหม่ๆ ก่อให้เกิดการพัฒนาอันจะนำไปสู่การพึ่งตนเองในอนาคต

กลับด้านบน

พระราชประวัติตราสัญลักษณ์พระไตรปิฏกฉบับคอมพิวเตอร์ โครงการ DLF e-Learning ในหลวงกับการสื่อสารในหลวงกับคอมพิวเตอร์
พระราชดำรัส พระราชกรณียกิจด้านการสื่อสารในหลวงกับการถ่ายภาพโครงการฝนหลวงวันเทคโนโลยีไทยพระราชทานพรปีใหม่
กลับหน้าแรก