บทที่ 6 ระบบทรายกรองเร็ว (Rapid Sand Filtration)

อาจารย์ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์
ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
วิชาวิศวกรรมสุขาภิบาลและการประปา
(Sanitary Engineering and Water Supply)
บทที่ 6 ระบบประปาทรายกรองเร็ว
(Rapid Sand Filtration)

Sanitary Engineering and Water Supply
ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
บทที่ 6
ระบบประปาทรายกรองเร็ว (Rapid Sand Filtration)

กลศาสตร์ของไหล (Fluid Mechanics)
SCAN ME
สแกน QR Code
เพื่อดูคลิปสอนใน Youtube

ระบบทรายกรองช้า ใช้ค่าใช้จ่ายในการ
ด่าเนินงานต่่าและง่ายในการดูแลรักษา แต่ก็มี
ขีดจ่ากัดคือไม่เหมาะสมส่าหรับแหล่งน่าที่มี
ความขุ่นสูง และต้องใช้พืนที่มาก ดังนัน ระบบ
ทรายกรองเร็วจึงถูกคิดค้นขึนส่าหรับใช้กับแหล่ง
น่าผิวดิน เช่น แม่น่า ซึ่งจัดว่าเป็นแหล่งน่า
ส่าคัญในการท่าประปา การประปาทรายกรอง
เร็วแห่งแรกสร้างขึนในปี ค.ศ. 1909 ที่ มลรัฐนิว
เจอร์ซี่ สหรัฐอเมริกา ผู้ออกแบบคือ นายจอร์จ
ฟุลเลอร์

ขั้นตอนของระบบทรายกรองเร็ว
การผสมเร็ว (Rapid Mixing)
การรวมตะกอน (Flocculation)
การกรอง (Filtration)
การตกตะกอน (Sedimentation)

รูป การทดลอง Jar Test
ความลาดชันความเร็ว (velocity gradient) คือ
ความเร็วที่แตกต่างของมวลน่าที่เคลื่อนที่ภายในถังผสม

แบบไฮดรอลิคจัมป์ (Hydraulic Jump)
แบบแผ่นกันวกวน (Baffles)
แบบเครื่องกล (Mechanical Mixer)

แบบไฮดรอลิ
ค
จั
ม
ป์
(Hydraulic
Jump)
แบบแผ่
น
กั
น
วกวน
(Baffles)

แบบเครื
่
อ
งกล
(Mechanical
Mixer)

ตัวอย่าง จงออกแบบขนาดและก่าลังงานของถังผสมเร็วเพื่อใช้ในการผสมสารส้มกับน่าดิบซึ่งมีอัตราการไหล
20,000 ม.3 /วัน
อัตราการไหล Q = 20,000 x 103 = 231.5 ลิตร/วินาที
ให้ระยะเวลาผสม (detention time) t = 30 วินาที
จาก V = Q . t
ดังนัน ปริมาตรถังผสม = 231.5 x 30 x 10-3 = 6.9 ม.3
ใช้ขนาดถังผสม 1.6 x 1.6 ม.2 ลึก 2 เมตร โดยมี free board 0.3 ม.
ก่าหนดใช้ก่าลังงาน 5 วัตต์ต่อน่า 1 ลิตร/วินาที
ดังนัน ก่าลังงานที่ต้องการ = Q X 5 วัตต์ = 231.5 x 5 วัตต์ = 1158 วัตต์
24 x 60 x 60

การรวมตะกอน (Flocculation)
หลังจากสารเคมีผสมเข้ากับน่าดิบแล้ว จะ
เกิดมีตะกอนวุ้นหรือฟล็อก (floc) เล็กๆ จ่านวน
มาก ฟล็อกกับน่าดิบจะไหลเข้าสู่ถังรวมตะกอน
(flocculation tank) ซึ่งมีกรรมวิธีที่จะท่าให้
ตะกอนฟล็อกเล็กๆ เหล่านีรวมตัวกันเข้าเป็น
ตะกอนใหญ่ และดูดซับเอาสิ่งปะปนทังหลายใน
น่าดิบไว้จนมีน่าหนักพอเพียงที่จะจมตัวลงได้
การที่จะท่าให้ตะกอนรวมตัวกันนัน อาศัยหลักการที่ว่าถ้า
ตะกอนทังหลายไหลไปพร้อมกับน่าในอัตราความเร็วเดียวกัน ด้วย
ความเร็วสม่่าเสมอ โอกาสที่ตะกอนจะเข้าใกล้กันหรือกระทบกัน
เพื่อเกิดเป็นตะกอนใหญ่จะไม่เกิดขึน ดังนัน จึงต้องปรับให้น่าไหล
โดยมีอัตราความเร็วแตกต่างกันหรือมี velocity gradient ดังที่
อธิบายไว้แล้วในเรื่องการผสมเร็ว

ระบบรวมตะกอนแบบแผ่นกันวกวน (Baffle flocculator)
ส่าหรับ Hydraulic flocculator ซึ่ง G ได้มาจากการไหลผ่านแผ่นกัน (baffle) หรือ
ไหลในท่อ ค่า energy ที่ได้รับ (P) จะเป็น
P = Q p gh
ดังนัน G = 𝑃 / 𝑢𝑉 = 𝑄𝑝𝑔ℎ/𝑢𝑉 = 𝑝𝑔ℎ / 𝑢𝑡
ถ้าให้ n เป็นจ่านวนช่องที่น่าไหล ดังนัน จ่านวนแผ่นกัน (baffle) จะเท่ากับ n-
1 แผ่น จะได้
Head loss (H) = NV1
2 /2g + (n-1)V2
2 /2g
เมื่อ V1 เป็น ความเร็วในช่องแผ่นกัน V2 เป็น ความเร็วระหว่างอ้อมแผ่นกัน

ตัวอย่าง น่าไหลผ่านช่องแผ่นกันด้วยความเร็ว 15 ชม./วินาที และอ้อมปลายแผ่นกันด้วยความเร็ว 60 ซม./วินาที
ถ้ามีแผ่นกันทังหมด 19 แผ่น ให้หา
ก. Loss of head
ข. ก่าลังงานที่ใช้ในการรวมตะกอน
ค. ค่า G
เมื่ออัตราการผลิต (Q) = 280 ลิตร/วินาที, Detention time 30 นาที และค่า u = 10-3 N.S/m2
วิธีทา
H = NV1
2 /2g + (n-1]V2 /2g
= 20x(0.15)2 /2x9.81 + 19(0.6)2 /2x9.81
= 0.373 เมตร

P = Q p gH
= 0.28x 1000x9.81x0.373
= 1035 วัตต์
= 1035/746 = 1.388 H.P
G = 𝑃 / 𝑢𝑉 = 𝑝𝑔ℎ / 𝑢𝑡
= 1000x9.81 xO.373/10-3 x 1,800
= 45 วินาที-1

ตัวอย่างการออกแบบถังรวมตะกอน แบบแผ่นกั้นวกวน (baffle)
จงออกแบบถังท่าตะกอนแบบแผ่นกัน (baffle) ชนิดแนวนอน (round the end) โดยมีรายละเอียดต่างๆ ดังนี
ปริมาตรของน่าที่ผลิตแต่ละวัน 12,000,000 ลิตร
ระยะเวลาท่าตะกอน (detention period) 20 นาที
ความเร็วเฉลี่ยของการไหล 22.5 ซม./วินาที
การคานวณ
จากปริมาณของน่าที่ขังอยู่ในถังท่าตะกอน = Qt
= 1.2x107x20 ลิตร
ดังนัน ปริมาตรของถังท่าตะกอน = 167 ม.3
24 x 60

จาก detention time 20 นาที ความเร็ว 0.225 ม./วินาที
..ระยะทางการไหล (L) = 20x60x0.225 ม.
= 270 ม.
พืนที่หน้าตัดของช่องน่าไหล = 167 ม.2
270
= 0.618 ม.2
ให้ระยะห่างระหว่างแผ่น baffle = 0.45 ม.
...ความลึกของน่า = 0.618 ม.
= 1.37 ม.
0.45

ให้ถังท่าตะกอนแบ่งออกเป็น 2 ซีก โดยมีผนังกันกลางตลอดความยาวและความกว้างของแต่ละด้าน 3 ม. ถ้าระยะ
ระหว่างปลาย baffle กับผนังริมเป็น 1.5 เท่า ของระยะระหว่าง baffle หรือ = 1.5x0.45 = 0.675 ม.
ดังนัน ความยาวที่ใช้ประโยชน์ในแต่ละช่อง = 3.0-0.675 ม.
= 2.325 ม.
จ่านวนช่องน่าไหลส่าหรับความยาว 270 ม. = 270 = 116 ช่อง
หรือแต่ละด้านจะมี 58 ช่อง
ความยาวของถังเมื่อไม่นับแผ่น baffle = 58x0.45 ม.
= 26.10 ม.
ถ้าให้แผ่น baffle มีความกว้างแผ่นละ 7.5 ซม.
ดังนัน ความยาวทังหมดของถังท่าตะกอน = 26.10 + (57x0.075) ม.
= 30.37 ม.
2.325

ประโยชน์ของการกาจัดสิ่งปะปนโดยขบวนการรวมตะกอน
ผลของการรวมตะกอน (flocculation) จะช่วยในการก่าจัด
1.ความขุ่น (turbidity) ทังที่เกิดจากสารอินทรีย์และอนินทรีย์
2. สี (Color) ทัง true และ apparent
3. บักเตรีที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์รวมทังเชือโรคอื่นๆ
4. ตะไคร่น่า สาหร่ายและพืชน่าเล็กๆ (plankton organism)
5. สารที่ท่าให้เกิดกลิ่นและรส
6. ฟอสเฟต (phosphate)
สารช่วยในการตกตะกอน (Coagulant Aids)
ปัญหาอย่างหนึ่งซึ่งเกิดขึนในกระบวนการ
ตกตะกอนก็คือ การจมตัวของตะกอนค่อนข้าง
ช้า หรือการจับตัวของตะกอนวุ้นไม่ดีพอ ตะกอน
แตกตัวง่าย การใช้สารช่วยในการตกตะกอนจะ
ท่าให้ตะกอนจมตัวเร็วขึน และตะกอนไม่แยกตัว
สารดังกล่าวนีได้แก่ polyelectrolyte,
activated silica, adsorbent, weighting
agents และสารพวก oxidant

การตกตะกอน (Sedimentation)
หลังจากผ่านขบวนการรวมตะกอนแล้ว ตะกอน
วุ้นหรือตะกอนฟล็อก (floc) จะมีขนาดใหญ่ขึนและมี
น่าหนักพอเพียงที่จะจมตัวลง ตะกอนฟล็อกกับน่าจะ
ไหลเข้าสู่ถังตกตะกอน ซึ่งเป็นถังขนาดใหญ่ น่าจะไหล
ในถังอย่างช้าๆ ท่าให้ตะกอนฟล็อกมีโอกาสจมตัวได้
น่าที่ไหลผ่านพ้นถังตกตะกอนจะมีความใสและไหลเข้า
สู่ถังกรอง เพื่อก่าจัดตะกอนฟล็อกเล็กๆ เบาๆ ซึ่งลอย
ติดไปด้วยบางส่วน Inlet Zone Outlet Zone
Settling Zone
Sludge Zone

ลักษณะการท่างานของถังตกตะกอนแบ่งออกได้เป็น 4 ส่วน
1. ส่วนน่าไหลเข้า (Inlet Zone) วัตถุประสงค์ของส่วนนี เพื่อลดความเร็วของการไหลเข้าสู่ถัง ทังนี
เพื่อมิให้มีความปั่นป่วนเกิดขึน ซึ่งอาจท่าให้ตะกอนฟล็อกแตกตัวและน่าในถังไม่สงบนิ่ง ท่าให้ตะกอน
ไม่จม โดยทั่วไปมักใช้แผ่นกัน (baffle) ขวางไว้เป็นช่วงๆ
2. ส่วนตกตะกอน (Settling Zone) คือปริมาตรส่วนใหญ่ของถัง น่าในส่วนนีจะไหลช้ามาก ตะกอน
ฟล็อกจะค่อยๆ จมตัวลงสู่เบืองล่าง
3. ส่วนตะกอนทับถม (Sludge Zone) คือบริเวณส่วนล่างของถังซึ่งตะกอนจะลงมาทับถมกันอยู่ และ
ถูกระบายทิงต่อไป
4. ส่วนน่าไหลออก (Outlet Zone) มีวัตถุประสงค์เช่นเดียวกับส่วนน่าไหลเข้า คือออกแบบให้การไหล
ออกจากถังเป็นไปอย่างราบเรียบ ไม่เร็วเกินไปจนอาจเป็นเหตุให้เกิดการดึงดูดเอาตะกอนบางส่วนติด
ออกไปด้วย

รูปแบบถังตกตะกอน
ถังตกตะกอนแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า
ถังตกตะกอนแบบกลม
ถังตกตะกอนแบบแผ่นสาดเอียง (inclined plate settler)
ถังตกตะกอนแบบไหลขึน (upward flow settling tank)

จะออกแบบให้น่าไหลเข้าทางปลายด้านหนึ่ง แล้วไหล
ตามแนวนอนไปตามความยาวถังและล้นออกข้ามเวียร์ที่ปลาย
อีกข้างหนึ่ง
น่าดิบจะไหลเข้าตรงกลางถังซึ่งมีส่วนน่าเข้า (inlet) ท่า
หน้าที่กระจายน่าให้ไหลออกอย่างสม่่าเสมอรอบด้าน ข้อ
ได้เปรียบของถังตกตะกอนแบบนีคือความเร็วของน่าแรกเริ่มที่
จุดกลางถังจะเร็วแล้วค่อยๆลดลง จนมีความเร็วต่่าสุดเมื่อไหล
ล้นผ่านเวียร์ที่เส้นรอบขอบถัง ท่าให้การตกของตะกอนดีขึน
โดยทั่วไปพืนล่างของถังกลมจะลาดซัน เพื่อให้ตะกอนไหลลง
มารวมกันที่กลางถังด้านล่างและติดตังเครื่องกวาดตะกอนซึ่งมี
ถังตกตะกอนแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า
ถังตกตะกอนแบบกลม

เป็นถังซึ่งมีลักษณะการท่างานโดยรวมเอากระบวนการรวม
ตะกอนและกระบวนการตกตะกอนไว้ด้วยกัน ตัวถังจะเป็นรูป
กรวยหงาย น่าดิบผสมสารส้มจะไหลเข้าทางด้านล่างซึ่งมี
พืนที่หน้าตัดแคบ ดังนัน จะไหลในในอัตราเร็วสูง แต่เมื่อไหลสูงขึน
พืนที่หน้าตัดของการไหลจะเพิ่มขึนความเร็วจะลดลงจนกระทั่งมี
velocity gradient ที่พอเหมาะกับการรวมตะกอนคือจากมากไป
หาน้อย ตะกอนจะมีขนาดใหญ่เพิ่มขึนตามล่าดับ จนเมื่อไหลขึนไป
ได้ราวสองในสามของความสูงของถัง น่าหนักที่เพิ่มขึนของตะกอน
ฟล็อกจะพอดีกันกับแรงยกที่เกิดจากความเร็วของน่าที่ไหลขึน
ตะกอนจะไม่ไหลขึนหรือจมตัวลง แต่จะอยู่คงที่และเกาะตัวกันเป็น
ขันตะกอนซึ่งเรียกว่าชันสลัดจ์ (sludge blanket)
ถังตกตะกอนแบบไหลขึน
(upward flow settling tank)

ถังตกตะกอนที่อาศัยหลักการนีมีหลายลักษณะ เป็นชนิดลา
เมลลา (Lamella) ซึ่งมีการไหลแบบจากบนลงล่าง ภายในถังจะมี
แผ่นรับตะกอนเรียงกันอยู่เป็นแถว ท่ามุมระหว่าง 30 ถึง 45 องศา
เมื่อน่าและตะกอนไหลลงมาจากด้านบน ตะกอนจะตกลงบนแผ่น
รับตะกอนและไหลเลื่อนสะสมกันลงมารวมอยู่ที่ก้นถัง ท่อรับน่า
สะอาดจะอยู่ในช่วงระดับที่ตะกอนแยกตัวออกจากน่าจนหมดแล้ว
ท่อนีจะน่าน่าสะอาดขึนไปถึงรางเปิดรับน่าสะอาดด้านบน
ถังตกตะกอนแบบแผ่นสาดเอียง
(inclined plate settler)

องค์ประกอบในการออกแบบถังตกตะกอน
เมื่อพิจารณาการไหลของน่าในถังตกตะกอนแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า ซึ่งมีการไหลตามแนวนอนไป
ตลอดความยาวของถัง จะเห็นได้ว่าการเคลื่อนที่ของตะกอนเป็นไปในสองลักษณะ คือ เคลื่อนที่ตาม
แนวนอนตามการไหลของน่า กับเคลื่อนจมตัวลงตามแรงดึงดูดของโลก ดังนัน ทิศทางที่แท้จริงของการ
เคลื่อนที่ของตะกอนจะเป็นไปในทิศทางของความเร็วรวมที่ได้จากรูปสามเหลี่ยมของความเร็วตามแนวตัง
และแนวนอน
ถ้าถังตกตะกอนมีความลึก h0 และให้ระยะเวลาที่ตะกอนจมตัวลงตลอดความลึกนีเท่ากับ t0
ดังนันความเร็วของตะกอนที่จมตัวลงสู่ก้นถังพอดีจะเป็น V0 ซึ่งมีค่าเท่ากับ h0/t0 ส่าหรับถังตกตะกอนซึ่งมี
พืนที่ผิวน่าเป็น A และอัตราการไหลของน่าในถังเป็น Q จะมีค่าของ v0 = Q/A (ซึ่งก็คือค่า h0/t0 นั่นเอง)
ค่า v0 เรียกว่า ค่าภาระผิว (surface loading) หรือความเร็วน้าล้น (overflow velocity) ของถัง
ตกตะกอน
องค์ประกอบในการออกแบบถังตกตะกอน

จึงมีความเร็วในการจมตัว vs (setting velocity) ของตะกอนแต่ละชนิดแตกต่างกันไปด้วย

โดยทั่วไป ถังตกตะกอนรูป
สี่เหลี่ยมผืนผ้าจะมีความกว้างอยู่ระหว่าง
2 ถึง 8 เมตร ส่วนความยาวนันอาจเกิน
กว่า 30 เมตร ก็นิยมสร้างกันอยู่
อัตราส่วนระหว่างความยาวต่อความ
กว้างอยู่ระหว่าง 3 ต่อ 1 ถึง 5 ต่อ 1
และมีความลึกที่เหมาะสมประมาณ 2 ถึง
4 เมตร
ขนาดและการใช้งานของถังตกตะกอนรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ถังตกตะกอนรูปกลมโดยทั่วไปไม่
นิยมให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่เกิน 60
เมตร เพราะไม่สะดวกในการควบคุมการ
ท่างาน ส่วนน่าไหลเข้า (inlet) เป็นรูป
ทรงกระบอกอยู่ที่ศูนย์กลางถัง ลึกจาก
ผิวน่าลงมา 0.5 - 1 เมตร มีช่องกระจาย
น่าอยู่โดยรอบ
ขนาดและการใช้งานของถังตกตะกอนรูปกลม
ความลาดเอียงของก้นถังประมาณ 8% โดยลาดลงสู่แอ่ง
ตะกอน (sludge hopper) กลางถังติดตังเครื่องกวาดตะกอนชนิด
มีแขนกวาด (rake arms) ซึ่งจะหมุนกวาดให้ตะกอนมารวมอยู่ใน
แอ่ง แล้วจึงระบายออก

ตัวอย่าง จงออกแบบถังตกตะกอนสี่เหลี่ยมผืนผ้าส่าหรับอัตราการผลิตวันละ 1,800 ลบ.เมตร โดยมี
ค่า detention time 3 ชั่วโมง และค่าภาระผิวไม่เกิน 50 ม.3 /วัน-ม.2
การคานวณ
อัตราการผลิต 1,800 ม.3 /วัน = 1,800/24 = 75 ม.3 /ชม.
จาก ปริมาตรถังตกตะกอน = อัตราการผลิต x ระยะเวลาตกตะกอน
= 75 x 3 = 225 ม.3
ก่าหนดความลึก 3.5 เมตร โดยให้ส่วนตะกอนทับถมมีความสูง 0.50 เมตร
ดังนัน ความลึกของส่วนตกตะกอน = 3.50 - 0.50 เมตร
= 3.0 เมตร

จะได้พืนที่ผิวน่า = ปริมาตรถัง/ความลึก
= 225/3.0 ตร.ม.
= 75 ตร.ม.
ใช้อัตราส่วนความกว้าง : ความยาว = 1 : 3
จะได้ความกว้าง 5 เมตร และความยาว = 15 เมตร
ตรวจสอบค่า surface loading (Q/A) = 1,800/(45x 16)
= 24 ม.3 /วัน-ม.2
ใช้ได้เพราะน้อยกว่าค่าก่าหนด 50 ม.3 /วัน-ม.2

การกรอง (Filtration)
ในระบบประปาทรายกรองเร็ว กระบวนการขัน
สุดท้ายในการก่าจัดความขุ่นออกจากน่าดิบ หลังจากการ
ตกตะกอนแล้วก็คือ การกรอง
น่าซึ่งไหลเข้ามาในถังกรองจะมีความใสมาก คือวัด
ความขุ่นได้น้อยกว่า 5 NTU น่าจะไหลผ่านชันทรายหรือ
ตัวกลาง (filter media) อื่น เช่น ถ่าน สารแขวนลอย
และสารคอลลอยด์จะถูกก่าจัดไป คุณสมบัติทางเคมีของ
น่าอาจเปลี่ยนแปลงไปด้วย และจ่านวนจุลินทรีย์จะ
ลดลงไปมากมาย

การท่างานของถังกรอง
การกรอง (Mechanical Straining)
การเติบโตและด่ารงชีวิตของสารอินทรีย์ (Biological Metabolism)
การตกตะกอนและการดูดซับ (Sedimentation and Adsorption)
การแลกเปลี่ยนประจุไฟฟ้า (Electrolytic Action)

การท่าความสะอาดขันทรายกรองของระบบทราย
กรองเร็วเรียกว่า การล้างกลับ (backwashing) กระท่า
โดยปล่อยน่าเข้าทางก้นถังด้วยความเร็วสูง พัดพาเอาเม็ด
ทรายลอยขึน (sand expansion) จะเกิดการเสียดสี
ระหว่างเม็ดทรายที่ก่าลังลอยขึนและก่าลังตกลงมา ท่าให้
สิ่งสกปรกที่เกาะติดอยู่นันหลุดออกไป ตะกอนสกปรก
ต่างๆ ที่มีน่าหนักเบาจึงลอยขึนสูงแล้วล้นออกทางราง
ระบาย (trough) และปล่อยทิงต่อไป ในบางครังอาจ
ติดตังเครื่องตะกุยหน้าทรายเพื่อช่วยในการท่าความ
สะอาดให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึน (auxiliary scour)

โครงสร้างของถังทรายกรองเร็ว
ถังกรอง (Filter Tank)
กรวดกรอง (Filter Gravel)
ทรายกรอง (Filter Sand)
ระบบท่อรับน่ากรอง (Underdrainage System)

ถังกรอง (Filter Tank)
เป็นถังเปิดมักท่าด้วยคอนกรีต มีขันทรายหยาบหนาประมาณ 0.6 ถึง
0.80 ม. โดยมีชันกรวดคัดขนาดหนา 0.45 ม. รองรับอยู่เบืองล่าง ใต้ชัน
กรวดจะมีระบบท่อรับน่ากรอง (underdrainage system) ซึ่ง
ประกอบด้วยท่อรวมรับน้ำ (manifold) วำงไปตำมควำมยำวตรงกลำงถัง
แล้วมีท่อแขนง (laterals) เป็นสำขำแยกออกจำกท่อรวมรับน้ำ โดยอยู่
ห่ำงกันประมำณ 15-20 ซม. ท่อแขนงนี้จะมีรูเจำะอยู่ทำงด้ำนข้ำง เพื่อให้
น้ำไหลเข้ำ ซึ่งจะไหลต่อไปสู่ท่อรวมรับน้ำแล้วออกไปสู่ถังเก็บหรือถังน้ำ
ใส (clear well) ต่อไป

ทรายที่ใช้ส่าหรับกรองจะต้องสะอาดปราศจากดินโคลน พืชหรือ
สารอินทรีย์อื่นๆ มีขนาดสม่่าเสมอและถูกต้อง ถ้าเม็ดละเอียดเกินไปจะท่า
ให้อุดตันได้ง่าย ในขนาดอัตราการกรองปกติ (5 ม.3 /ชม. - ม.2) จะใช้
ทรายกรองที่มี Effective Size 0.40-0.50 มม. ถ้าเป็นถังชนิดอัตรากรอง
สูง (high rate filter) ซึ่งมีการบ่าบัดก่อนหน้า (pretreatment) ที่มี
ประสิทธิภาพสูง อาจเพิ่มขนาดของทรายกรองเพื่อให้รับกับอัตราการกรอง
ที่เร็วขึนเป็น E.S ประมาณ 0.50-0.70 มม. ค่า Uniformity
Coefficient ไม่ควรเกิน 1.8
ทรายกรอง (Filter Sand)

กรวดกรอง (Filter Gravel)
จริงแล้วกรวดไม่ได้ช่วยในการท่าให้น่าสะอาดแต่อย่างใด เพียงแต่มีหน้าที่รองรับชันทรายมีให้ไหลมาอุดตันระบบท่อ
รับน่ากรอง และประโยชน์ที่ส่าคัญคือ ช่วยในการกระจายน่าล้างกลับให้ออกโดยสม่่าเสมอตลอดทั่วทุกจุด โดยปกติกรวด
กรองจะคัดขนาดออกเป็นห้าถึงหกชัน โดยมีความหนารวมทังสินประมาณ 45 ชม. กรวดขนาดเล็กจะอยู่ชันบน การแบ่งชัน
เป็นไปดังนี

ระบบท่อรับน่ากรอง (Underdrainage System)
ระบบท่อรับน่ากรองของระบบประปาทราย
กรองเร็ว นอกจากใช้ส่าหรับเป็นที่รวมรับน่ากรอง
แล้ว ยังมีความส่าคัญอย่างยิ่งต่อการท่าความสะอาด
ทรายกรองโดยการล้างกลับ น่าที่ไหลผ่านขึนมา
จะต้องมีการกระจายตัวโดยสม่่าเสมอ บางครังมีการ
ใช้ระบบแบบแผ่นรูพรุน (porous plate) ช่วยพยุง
รับชันทรายแทนกรวดได้

การล้างกลับเป็นไปเพื่อขจัดสิ่งสกปรกหรือตะกอนต่างๆ ซึ่งติดค้างอยู่ที่ชันทรายและผิวหน้าทรายซึ่งเกิดขึนใน
ระหว่างการกรอง น่าซึ่งใช้ในการล้างกลับมาจากเครื่องสูบน่าหรือจากหอถังสูงเก็บน่าก็ได้ น่าล้างจะไหลเข้าทางท่อ
ก้างปลาแล้วกระจายขึนผ่านชันกรวดและทรายด้วย ความเร็วและแรง ท่าให้เม็ดทรายเกิดการสั่นไหว เคลื่อนที่ขึนลงขัด
สีกันเอง ท่าให้สิ่งสกปรกหลุดออก การขยายตัวขึนสูงของชันทรายนีเรียกว่า Sand Expansion มีความสูงระหว่าง 20-
50% ของความหนาของชันทราย อัตราความเร็วที่น่าไหลขึนประมาณ 15-90 ชม./นาที อาจใช้ค่า 45 ชม./นาที ก็
ได้ผลดี อัตรานีท่าได้โดยการปล่อยน่า 500 ลิตร/นาทีต่อตารางเมตรของพืนที่ทรายกรอง ปริมาณน่าที่ใช้ล้างอยู่ระหว่าง
2-49% ของน่ากรองไปแล้วทังหมด ใช้เวลาในการล้าง 10-15 นาที ระยะห่างของการล้างแต่ละครัง 24 - 48 ชม.
แรงดันของน่าที่ใช้ล้าง 0.4 กก./ซม.2 โดยให้ความเร็วสูงสุดของน่าในท่อรวมรับน่าไม่เกิน 1.8-2.4 ม./วินาที
การท่าความสะอาดทรายกรองหรือการล้างกลับ (Filter Backwashing)

ปัญหาที่เกิดในชั้นทรายกรอง (Filter Troubles)
การเกิดสุญญากาศและชันอากาศภายในชันทราย
(Negative head and air bound)
การแตกที่หน้าทราย (Filter crack)

การเกิดสุญญากาศและชันอากาศภายในชันทราย
(Negative head and air bound)
การแตกที่หน้าทราย
(Filter crack)

ถังกรองตัวกลางหลายชนิด (Multi-Media Filters)
การสร้างชันกรองที่มีประสิทธิภาพสูงขึนไปอีกอาจท่าได้โดยการใช้วัสดุกรองสามหรือสี่ชนิด ซึ่งคัดขนาด และความ
ถ่วงจ่าเพาะอย่างละเอียด (mixed-media filters) ที่น่าเอามาใช้กัน ได้แก่ ชันกรองที่มีความหนา 0.75 เมตร ซึ่ง
ประกอบด้วย แอนทราไซท์ 60 เปอร์เซนต์ ทราย 30 เปอร์เซ็นต์และการ์เน็ท (garnet sand) 10 เปอร์เซนต์ โดยชันบน
เป็นแอนทราไซท์ ขนาด E.S 1.0 มม. ชันกลางเป็นทราย ขนาด E.S. 0.5 มม. และชันล่างเป็นการ์เน็ทขนาด E.S. 0.15
มม. ความถ่วงจ่าเพาะของแอนทราไซท์ ทราย และการ์เน็ทจะเป็น 1.6 , 2.6 และ 4.2 ตามล่าดับ

เครื่องกรองดินเบาหรือไดอะตอม (Diatomaceous-Earth Filters)
ไดอะตอไมท์เป็นสารละเอียดขนาด 0.5-13 ไมครอน เกิดจากการทับถมของดินโคลนใต้ทะเล ความพรุนของสาร
ไดอะตอไมท์จะช่วยกรองสิ่งสกปรกที่อยู่ในน่าดิบไว้ได้
เครื่องกรองชนิดนีประกอบด้วยไส้กรอง (septum) เป็นแท่งโลหะ
ทรงกระบอกกลวงพันไว้ด้วยเส้นลวดโดยรอบเป็นตาตะแกรงละเอียด ก่อนจะ
กรองต้องผสมน่ากับไดอะตอไมท์ แล้วผ่านสารละลายนีเข้าไปในถังกรอง ซึ่ง
ไดอะตอไมท์จะไปฉาบอยู่ที่ผิวนอกของไส้กรอง เมื่อปรากฎมีฟิล์มของไดอะตอ
ไมท์ติดที่ผิวไส้กรองพอควรแล้วก็ปล่อยน่าดิบเข้าถังกรองได้ ความขุ่นและสิ่ง
ปะปนต่างๆ จะติดค้างอยู่เพราะฟิล์มดินเบาจะกรองซับไว้ น่าใสจะซึมผ่านความ
พรุนเข้าไปได้ (ดังในรูปที่ 1 6.20) แต่ในกรณีที่น่าดิบมีความขุ่นสูงอาจจะต้องมี
การผสมไดอะตอไมท์กับน่าดิบก่อน (body feed) เพื่อให้การกรองมีผลดียิ่งขึน

บทที่ 6 ระบบทรายกรองเร็ว (Rapid Sand Filtration)

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to บทที่ 6 ระบบทรายกรองเร็ว (Rapid Sand Filtration)

Similar to บทที่ 6 ระบบทรายกรองเร็ว (Rapid Sand Filtration) (8)

More from AJ. Tor วิศวกรรมแหล่งนํา้

More from AJ. Tor วิศวกรรมแหล่งนํา้ (14)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

บทที่ 6 ระบบทรายกรองเร็ว (Rapid Sand Filtration)