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 เลขที่27 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 เลขที่27

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 เลขที่27

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 เลขที่27

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 เลขที่27

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 เลขที่27

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 เลขที่27

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 เลขที่27

9. หลักการทางานของกังหันน้าชัยพัฒนา
นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 เลขที่27

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 เลขที่27

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 เลขที่27

12. ทฤษฎีเครืองกลเติมอากาศ
่
ดังนัน การเพิมอัตราการละลายน้าของออกซิเจนทีความดันบรรยากาศ จึง
้ ่ ่
ได้แก่การเพิมผิวสัมผัส (Interfacia Area) ระหว่างอากาศกับน้าให้มคามาก
่ ี่
ทีสดสภาพการทางานโดยทัวไปของระบบบาบัดน้าเสีย จะมีคาความต้องการ
ุ่ ่ ่
ออกซิเจนเปลียนแปลงอยูตลอดเวลาตามปริมาณการไหลของน้าเสียและความ
่ ่
เข้มข้นของมวลสารอินทรีย์ ซึงในการออกแบบจะต้องให้ออกซิเจนแก่ระบบทีความ
่ ่
ต้องการสูงสุดได้เพียงพอ แต่ถาไม่มการควบคุมทีดและระบบเติมอากาศก็ไม่
้ ี ่ ี
สามารถลดการใช้พลังงานลงได้ ก็จะเกิดการสูญเสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์
นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 เลขที่27

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 เลขที่27

14. นางสาวพันธิตรา โรจนพันธ์ ม.4/8 เลขที่27