หน้า  1   2   3

ทฤษฎีเครื่องกลเติมอากาศ
          การเติมออกซิเจน (oxygenation) หรือการเติมอากาศ หรือการเติมอากาศ (Aeration) เป็นหัวใจของการทำงานของระบบบำบัดน้ำเสีย เพราะหากระบบบำบัดน้ำเสียขาดออกซิเจน จุลินทรีย์ทั้งหลายก็ไม่สามารถทำงานได้ ถ้ามีปริมาณออกซิเจนละลายน้ำอยู่สูง ระบบก็สามารถบำบัดน้ำได้ดีหรือสามารถรับน้ำเสียได้มากขึ้น แต่เนื่องจากค่าการละลายน้ำของออกซิเจนที่ความดันบรรยากาศมีค่าต่ำย่อมจะทำให้มีแรงขับ (Driving Force) ต่ำตามไปด้วย
          ดังนั้น การเพิ่มอัตราการละลายน้ำของออกซิเจนที่ความดันบรรยากาศ จึงได้แก่การเพิ่มผิวสัมผัส (Interfacia Area) ระหว่างอากาศกับน้ำให้มีค่ามากที่สุด

สภาพการทำงานโดยทั่วไปของระบบบำบัดน้ำเสีย จะมีค่าความต้องการออกซิเจนเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาตามปริมาณการไหลของน้ำเสียและความเข้มข้นของมวลสารอินทรีย์ ซึ่งในการออกแบบจะต้องให้ออกซิเจนแก่ระบบที่ความต้องการสูงสุดได้เพียงพอ แต่ถ้าไม่มีการควบคุมที่ดีและระบบเติมอากาศก็ไม่สามารถลดการใช้พลังงานลงได้ ก็จะเกิดการสูญเสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์
          เครื่องกลเติมอากาศจะต้องมีหน้าที่อยู่ 2 ประการ คือ หน้าที่ในการให้ออกซิเจนแก่น้ำในระบบบำบัดน้ำเสียได้อย่างพอเพียง และหน้าที่ในการกวนน้ำเพื่อ

กระจายออกซิเจนให้มีค่าความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำอยู่เสมอทั่วทั้งบริเวณบ่อเติมอากาศ
          พลังงานที่ใช้ในการกวนนี้จะต้องมีค่าพอเหมาะสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ 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 ^º C
         จะได้ประสิทธิภาพถ่ายเทออกซิเจน ที่อุณหภูมิของน้ำเสีย  30 ^º C = 0.613
            \กำลังม้าที่ต้องการใช้      =                  ปริมาณออกซิเจนที่ต้องการ
                                                                อัตราการถ่ายเทออกซิเจนที่สภาวะใช้งาน
                                        =          6.25             =  8.49   แรงม้า
                                                               0.7356   
         สมมุติให้กังหันน้ำชัยพัฒนา  1  เครื่อง  ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนขนาด  2  แรงม้า
           \  จะต้องใช้กังหันน้ำชัยพัฒนา       =     8.49   =   4.24
                                                                             2
สรุป  :  กังหันน้ำชัยพัฒนาเป็นเครื่องกลเติมอากาศที่สร้างขึ้นมาภายในประเทศไทย แบบไทยทำ ไทยใช้ ซึ่งพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว พระราชทานรูปแบบในการประดิษฐ์ จนกระทั่งสามารถนำมาใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพและเกิดประโยชน์แก่ส่วนรวมเป็นอย่างยิ่ง
          กรมทรัพย์สินทางปัญญา กระทรวงพาณิชย์ ทูลเกล้าฯ ถวายสิทธิบัตรเลขที่ 3127  แด่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2536
          คณะรัฐมนตรีมีมติให้กำหนดวันที่ 2 กุมภาพันธ์ ของทุกปีเป็น "วันนักประดิษฐ์" เพื่อเทิดพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ซึ่งเป็นการสืบเนื่องจากการที่ได้รับสิทธิบัตรในพระปรมาภิไธย เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2536 นั่นเอง
          อนึ่ง ย่อมเป็นที่ประจักษ์แล้วว่า สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวข้างต้น เป็นผลงานที่เกิดจากความห่วงใยของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวที่ทรงมีต่อคุณภาพชีวิตและความเป็นอยู่ของพสกนิกรไทยทุกหมู่เหล่า ซึ่งพระองค์ทรงมีประราชปณิธานแน่วแน่ในการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นต่างๆ ที่มีผลกระทบต่อชีวิตและความเป็นอยู่ของพสกนิกร จนเป็นที่เลื่องลือไปถึงต่างประเทศถึงพระราชกรณียกิจของพระองค์ ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงพระอัจฉริยภาพและพระวิริยะอันสูงส่ง ในการคิดค้นสิ่งประดิษฐ์เพื่อแก้ไขปัญหาน้ำเน่าเสียที่มีผลกระทบต่อคุณภาพชีวิตโดยส่วนรวม นับเป็นพระมหากรุณาธิคุณต่อพสกนิกรชาวไทยเป็นล้นพ้นและทรงเป็นแบบอย่างให้กับนักประดิษฐ์เจริญรอยจามเบื้องพระยุคลบาทในการคิดประดิษฐ์สิ่งใหม่ๆ ก่อให้เกิดการพัฒนาอันจะนำไปสู่การพึ่งตนเองในอนาคต