โครงการกังหัȨ้ำชัยพัฒȨ
- 1. กังหันน้ าชัยพัฒนา มีชอทางวิศวกรรมสิงแวดล้อมว่า "เครืองกลเติมอากาศทีผวน้าหมุนช้าแบบทุนลอย (Low ่ื ่ ่ ่ ิ ่ speed surface Aerator)" และมีชอในการจดสิทธิบตรในพระปรมาภิไธยพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยูหว ่ื ั ่ ั ภูมพลอดุลยเดช ใช้ภาษาอังกฤษว่า "Chaipattana Low Speed Surface Aerator, Model ิ RX-2)" โดยทัวไปเรามักเรียกว่า"กังหันน้าชัยพัฒนา" อันเป็ นชือทีพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยูหวพระราชทานไว้ ่ ่ ่ ่ ั เมือวันที่ 3 พฤษภาคม ่ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ลྺที่27 ม.4/8
- 2. กังหันน้าชัยพัฒนา เครืองกลเติมอากาศทีผวน้าหมุนช้าแบบทุน ่ ่ ิ ่ ลอย พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยูหวทรงห่วงใยในความเดือดร้อนทุกข์ยากทีเกิดขึนนี้ ได้ ่ ั ่ ้ เสด็จพระราชดาเนินทอดพระเนตรสภาพน้าเสียในพืนทีหลายแห่งหลายครัง ทังใน ้ ่ ้ ้ เขตกรุงเทพมหานคร ปริมณฑล และต่างจังหวัด พร้อมทังพระราชทานพระราชดาริ ้ เกียวกับการแก้ไขน้าเน่าเสีย ่ ในระยะแรกระหว่างปี พ.ศ. 2527-2530 ทรงแนะนาให้ใช้น้าทีมคุณภาพดีชวย ่ ี ่ บรรเทาน้าเสียและวิธกรองน้าเสียด้วยผักตบชวาและพืชน้าต่างๆ ซึงก็สามารถช่วย ี ่ ั แก้ไขปญหาได้ผลในระดับหนึ่ง นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 3. ต่อมาในช่วงปี พ.ศ.2531 เป็ นต้นมา สภาพความเน่าเสียของน้าบริเวณต่างๆ มี อัตราแนวโน้มรุนแรงมากยิงขึน การใช้วธธรรมชาติไม่อาจบรรเทาความเน่าเสียของ ่ ้ ิี น้าอย่างมีประสิทธิภาพเท่าทีควร พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยูหวจึงขอพระราชทาน ่ ่ ั พระราชดาริให้ประดิษฐ์เครืองกลเติมอากาศแบบประหยัดค่าใช้จาย สามารถผลิตได้ ่ ่ เองในประเทศ ซึงมีรปแบบ "ไทยทาไทยใช้"โดยทรงได้แนวทางจาก "หลุก" ซึงเป็ น ่ ู ่ ิ ิ ั อุปกรณ์วดน้ าเข้านาอันเป็ นภูมปญญาชาวบ้านเป็ นจุดคิดค้นเบืองต้น และทรง ้ มุงหวังทีจะช่วยแบ่งเบาภาระของรัฐบาลในการบรรเทาน้าเน่าเสียอีกทางหนึ่ง ่ ่ ด้วย การนี้ จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้มลนิธชยพัฒนาสนับสนุนงบประมาณ เพือ ู ิ ั ่ การศึกษาและวิจยสิงประดิษฐ์ใหม่น้ี โดยดาเนินการจัดสร้างเครืองมือบาบัดน้าเสีย ั ่ ่ ร่วมกับกรมชลประทาน ซึงได้มการผลิตเครืองกลเติมอากาศขึนในเวลาต่อมา และ ่ ี ่ ้ ้ั ่ ั ั รูจกกันแพร่หลายทัวไประเทศในปจจุบนคือ "กังหันน้าชัยพัฒนา“ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 4. พระราชดาริ เมือวันที่ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2531 พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยูหวได้พระราชทาน ่ ่ ั ั รูปแบบและพระราชดาริ เรืองการแก้ไขปญหาน้ าเสีย โดยการเติมออกซิเจนในน้ า มี ่ สาระสาคัญ คือ ่ การเติมอากาศลงในน้าเสีย มี 2 วิธวธหนึ่ง ใช้อากาศอัดเข้าไปตามท่อเปาลงไปใต้ ีิี ผิวน้าแบบกระจายฟองและอีกวิธหนึ่ง น่าจะกระทาได้โดยกังหันวิดน้า วิดตักขึนไป ี ้ บนผิวน้า แล้วปล่อยให้ตกลงไปยังผิวน้าตามเดิม โดยทีกงหันน้าดังกล่าวจะหมุนช้า ่ ั ด้วยกาลังของมอเตอร์ไฟฟ้า ขนาดเล็กไม่เกิน 2 แรงม้า หรืออาจจะใช้พลังน้าไหลก็ ได้ จึงสมควรพิจารณาสร้างต้นแบบ แล้วนาไปติดตังทดลองใช้บาบัดน้าเสียทีภายใน ้ ่ บริเวณโรงพยาบาลพระมงกุฎเกล้า และวัดบวรนิเวศวิหาร นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 5. การศึกษา วิจย และพัฒนา ั กรมชลประทานรับสนองพระราชดาริในการศึกษาและสร้างต้นแบบ โดยดัดแปลง เครืองสูบน้าพลังน้าจาก "กังหันน้าสูบน้าทุนลอย" เปลียนเป็ น "กังหันน้าชัยพัฒนา" ่ ่ ่ และได้นาไปติดตังใช้ในกิจกรรมบาบัดน้าเสียทีโรงพยาบาลพระมงกุฎเกล้า เมือวันที่ ้ ่ ่ 1 พฤษภาคม 2532 และทีวดบวรนิเวศวิหาร เมือวันที่ 3 พฤษภาคม 2532 เพือ ่ั ่ ่ ศึกษา วิจย และพัฒนาระบบบาบัดน้าเสีย เป็ นระยะเวลา 4-5 ปี ั นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 6. คุณสมบัติ กังหันน้าชัยพัฒนา หรือเครืองกลเติมอากาศทีผวน้าหมุนช้าแบบทุ่นลอย ่ ่ ิ (Chaipattana Low Speed Surface Aerator) ซึงเป็ น ่ Model RX-2 หมายถึง Royal Experiment แบบที่ 2 มีคุณสมบัตใน ิ การถ่ายเทออกซิเจนได้สงถึง 1.2 กิโลกรัมของออกซิเจน/แรงม้า/ชัวโมง สามารถ ู ่ นาไปใช้ในกิจกรรมปรับปรุงคุณภาพน้าได้อย่างอเนกประสงค์ ติดตังง่าย เหมาะ ้ สาหรับใช้ในแหล่งน้าธรรมชาติ ได้แก่ สระน้า หนองน้า คลอง บึง ลาห้วย ฯลฯ ทีมี ่ ความลึกมากกว่า 1.00 เมตร และมีความกว้างมากกว่า 3.00 เมตร นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 7. หลักการทางาน เครืองกลเติมอากาศ "กังหันน้าชัยพัฒนา" แบบทุ่นลอย สามารถปรับตัวขึนลงได้ ่ ้ ตามระดับขึนลงของน้า ส่วนประกอบสาคัญ ได้แก่ โครงกังหันรูป 12 เหลียม ขนาด ้ ่ เส้นผ่าศูนย์กลาง 2.00 เมตร มีซองน้าขนาดบรรจุ 110 ลิตร ติดตังโดยรอบ ้ จานวน ซอง เจาะรูซองน้าพรุน เพือให้น้าไหลกระจายเป็ นฝอย ซองน้านี้จะถูก ่ ขับเคลื่อนให้หมุนโดยรอบ ด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าขนาด 2 แรงม้า ระบบแรงดัน 380 โวลต์ 3 เฟส 50 เฮิรท ผ่านระบบส่งกาลังด้วยเฟืองเกียร์ทอรอบและ/หรือ จาน ์ โซ่ ซึงจะทาให้การหมุนเคลื่อนทีของซองน้าวิดตักน้าด้วยความเร็ว 56รอบ/นาที ่ ่ สามารถวิดน้าลึกลงไปใต้ผวน้า ประมาณ 0.50 เมตร ยกน้าขึนไปสาดกระจายเป็ น ิ ้ ฝอยเหนือผิวน้าด้วยความสูงประมาณ 1.00 เมตร ทาให้มพนทีผวสัมผัสระหว่าง ี ้ื ่ ิ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 8. น้ากับอากาศกว้างขวางมากขึน เป็ นผลทาให้ออกซิเจนในอากาศละลายเข้าไปในน้า ้ ได้อย่างรวดเร็ว และในขณะทีน้าเสียถูกยกขึนไปสาดกระจายสัมผัสกับอากาศแล้ว ่ ้ ตกลงไปยังผิวน้านัน จะก่อให้เกิดฟองอากาศจมตามลงไปใต้ผวน้าด้วย อีกทังใน ้ ิ ้ ขณะทีซองน้ากาลังเคลื่อนทีลงสูผวน้าแล้วกดลงไปใต้ผวน้านัน จะเกิดการอัดอากาศ ่ ่ ่ ิ ิ ้ ภายในซองน้าภายใต้ผวน้าจนกระทังซองน้าจมน้าเต็มที่ ทาให้เพิมประสิทธิภาพใน ิ ่ ่ การถ่ายเทออกซิเจนได้สงขึนตามไปด้วย หลังจากนันน้าทีได้รบการเติมอากาศแล้ว ู ้ ้ ่ ั จะเกิดการถ่ายเทของน้าเคลื่อนทีออกไปด้วยการผลักดันของซองน้าด้วยความเร็ว ่ ของการไหล 0.20 เมตร/วินาที จึงสามารถผลักดันน้าออกไปจากเครือง มีระยะทาง ่ ประมาณ 10.00 เมตร และผลพลอยได้อกประการหนึ่งได้แก่ การโยกตัวของทุ่น ี ลอยในขณะทางาน จะส่งผลให้แผ่นไฮโดรฟอยล์ทตดตังไว้ในส่วนใต้น้า สามารถ ่ี ิ ้ ผลักดันน้าให้เคลื่อนทีผสมผสานออกซิเจนเข้ากับน้าในระดับความลึกใต้ผวน้าเป็ น ่ ิ อย่างดีอกด้วย จึงก่อให้เกิดกระบวนการทังการเติมอากาศ การกวนแบบผสมผสาน ี ้ และการทาให้เกิดการไหลของน้าเสียไปตามทิศทางทีกาหนดโดยพร้อมกัน ่ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 9. หลักการทางานของกังหัȨ้าชัยพัฒȨ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 10. ทฤษฎีเครืองกลเติมอากาศ ่ การเติมออกซิเจน (oxygenation) หรือการเติมอากาศ หรือการเติมอากาศ (Aeration) เป็ นหัวใจของการทางานของ ระบบบาบัดน้ าเสีย เพราะหากระบบบาบัดน้ าเสียขาดออกซิเจน จุลนทรียทงหลายก็ไม่สามารถทางานได้ ถ้ามีปริมาณออกซิเจน ิ ์ ั้ ละลายน้ าอยูสง ระบบก็สามารถบาบัดน้ าได้ดหรือสามารถรับน้ าเสียได้มากขึน แต่เนื่องจากค่าการละลายน้ าของออกซิเจนทีความ ู่ ี ้ ่ ดันบรรยากาศมีคาต่าย่อมจะทาให้มแรงขับ (Driving Force) ต่าตามไปด้วย ดังนัน การเพิมอัตราการละลายน้ าของ ่ ี ้ ่ ออกซิเจนทีความดันบรรยากาศ จึงได้แก่การเพิมผิวสัมผัส (Interfacia Area) ระหว่างอากาศกับน้ าให้มคามากทีสุดสภาพ ่ ่ ี่ ่ การทางานโดยทัวไปของระบบบาบัดน้ าเสีย จะมีคาความต้องการออกซิเจนเปลียนแปลงอยูตลอดเวลาตามปริมาณการไหลของน้ า ่ ่ ่ ่ เสียและความเข้มข้นของมวลสารอินทรีย์ ซึงในการออกแบบจะต้องให้ออกซิเจนแก่ระบบทีความต้องการสูงสุดได้เพียงพอ แต่ถา ่ ่ ้ ไม่มการควบคุมทีดและระบบเติมอากาศก็ไม่สามารถลดการใช้พลังงานลงได้ ก็จะเกิดการสูญเสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์ ี ่ ี เครื่องกลเติมอากาศจะต้องมีหน้าทีอยู่ 2 ประการ คือ หน้าทีในการให้ออกซิเจนแก่น้ าในระบบบาบัดน้ าเสียได้อย่างพอเพียง และ ่ ่ หน้าทีในการกวนน้ าเพือกระจายออกซิเจนให้มคาความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ าอยูเสมอทัวทังบริเวณบ่อเติมอากาศ ่ ่ ี่ ่ ่ ้ พลังงานทีใช้ในการกวนนี้จะต้องมีคาพอเหมาะสาหรับการเจริญเติบโตของจุลนทรีย์ เพราะถ้ากวนน้อยเกินไป ตะกอนจุลนทรีย์ ่ ่ ิ ิ (Floc) จะมีขนาดใหญ่เกินไป แต่ถากวนแรงเกินไปก็จะเกิดแรงเฉือน (Shearing Force) สูง จนทาให้จุลนทรียแตก ้ ิ ์ กระจาย เป็ นผลให้ระบบไม่สามารถทางานได้ดเี ท่าทีควร เครื่องกลเติมอากาศแต่ละชนิดมีทงข้อดีและข้อเสียในด้านต่าง ๆ ดังนัน ่ ั้ ้ การออกแบบและประดิษฐ์เครื่องกลเติมอากาศ จะต้องเข้าใจหลักการทางาน วิธคานวณ ตลอดจนเข้าใจถึงวิธการทดสอบสมรรถนะ ี ี ในการถ่ายเทออกซิเจนลงไปในน้ า (Performance of Oxygen Transfer in Water) หน่วยเป็ นกิโลกรัมของ ออกซิเจน/แรงม้า-ชัวโมง ่ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 11. ทฤษฎีเครืองกลเติมอากาศ ่ การเติมออกซิเจน (oxygenation) หรือการเติมอากาศ หรือการเติมอากาศ (Aeration) เป็ นหัวใจของการทางานของระบบบาบัดน้าเสีย เพราะหากระบบ บาบัดน้าเสียขาดออกซิเจน จุลนทรียทงหลายก็ไม่สามารถทางานได้ ถ้ามีปริมาณ ิ ์ ั้ ออกซิเจนละลายน้าอยูสง ระบบก็สามารถบาบัดน้าได้ดหรือสามารถรับน้าเสียได้ ่ ู ี มากขึน แต่เนื่องจากค่าการละลายน้าของออกซิเจนทีความดันบรรยากาศมีคาต่า ้ ่ ่ ย่อมจะทาให้มแรงขับ (Driving Force) ต่าตามไปด้วย ี นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 12. ทฤษฎีเครืองกลเติมอากาศ ่ ดังนัน การเพิมอัตราการละลายน้าของออกซิเจนทีความดันบรรยากาศ จึง ้ ่ ่ ได้แก่การเพิมผิวสัมผัส (Interfacia Area) ระหว่างอากาศกับน้าให้มคามาก ่ ี่ ทีสดสภาพการทางานโดยทัวไปของระบบบาบัดน้าเสีย จะมีคาความต้องการ ุ่ ่ ่ ออกซิเจนเปลียนแปลงอยูตลอดเวลาตามปริมาณการไหลของน้าเสียและความ ่ ่ เข้มข้นของมวลสารอินทรีย์ ซึงในการออกแบบจะต้องให้ออกซิเจนแก่ระบบทีความ ่ ่ ต้องการสูงสุดได้เพียงพอ แต่ถาไม่มการควบคุมทีดและระบบเติมอากาศก็ไม่ ้ ี ่ ี สามารถลดการใช้พลังงานลงได้ ก็จะเกิดการสูญเสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 13. เครืองกลเติมอากาศจะต้องมีหน้าทีอยู่ 2 ประการ คือ หน้าทีในการให้ออกซิเจนแก่ ่ ่ ่ น้าในระบบบาบัดน้าเสียได้อย่างพอเพียง และหน้าทีในการกวนน้าเพือกระจาย ่ ่ ออกซิเจนให้มคาความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้าอยูเสมอทัวทังบริเวณบ่อเติม ี่ ่ ่ ้ อากาศพลังงานทีใช้ในการกวนนี้จะต้องมีคาพอเหมาะสาหรับการเจริญเติบโตของ ่ ่ จุลนทรีย์ เพราะถ้ากวนน้อยเกินไป ตะกอนจุลนทรีย์ (Floc) จะมีขนาดใหญ่ ิ ิ เกินไป แต่ถากวนแรงเกินไปก็จะเกิดแรงเฉือน (Shearing Force) สูง จนทา ้ ให้จุลนทรียแตกกระจาย เป็ นผลให้ระบบไม่สามารถทางานได้ดเี ท่าทีควร เครืองกล ิ ์ ่ ่ เติมอากาศแต่ละชนิดมีทงข้อดีและข้อเสียในด้านต่าง ๆ ดังนันการออกแบบและ ั้ ้ ประดิษฐ์เครืองกลเติมอากาศ จะต้องเข้าใจหลักการทางาน วิธคานวณ ตลอดจน ่ ี เข้าใจถึงวิธการทดสอบสมรรถนะในการถ่ายเทออกซิเจนลงไปในน้า ี (Performance of Oxygen Transfer in Water) หน่วยเป็ น กิโลกรัมของออกซิเจน/แรงม้า-ชัวโมง ่ นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27
- 14. นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 ลྺที่27