สื่อประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมสุขาภิบาลและการประปา (Sanitary Engineering and Water Supply) ภาควิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา คณะวิศวกรรมศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา อาจจะใช้วาจาที่ไม่สุภาพและอธิบายผิดพลาดบ้าง ขออภัยไว้ ณ ที่นี้ด้วยครับ Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCBjlX2t0xcFEZevBA2zGj-g เอกสารประกอบการสอน Link: https://drive.google.com/drive/folders/1ilsTCmX3lTmAO_a1-WdGQ3-RJlf_o-PU?usp=sharing

1. อาจารย์ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์
ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
วิชาวิศวกรรมสุขาภิบาลและการประปา
(Sanitary Engineering and Water Supply)
บทที่ 5 ระบบทรายกรองช้า
(Slow Sand Filtration)

2. Sanitary Engineering and Water Supply
ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
บทที่ 5
ระบบทรายกรองช้า (Slow Sand Filtration)

3. กลศาสตร์ของไหล (Fluid Mechanics)
ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
SCAN ME
สแกน QR Code
เพื่อดูคลิปสอนใน Youtube

4. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
การผลิตน้้าสะอาดโดยใช้วิธีกรองด้วยทรายมีขึ้นเป็นครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1804 ที่ประเทศสก็อตแลนด์ โดยนายจอห์น
กิบบ์ เพื่อใช้น้้าส้าหรับอุตสาหกรรมฟอกสีและขายน้้าที่ผลิตได้เกินให้แก่ชุมชนด้วย จากนั้นได้พัฒนาต่อมาเพื่อใช้ส้าหรับ
ผลิตน้้าประปาในการสาธารณูปโภค การกรองน้้าได้แพร่หลายไปโดยรวดเร็วเมื่อพบว่าน้้าที่ผ่านการกรองนั้นสามารถ
ก้าจัดเชื้อโรคซึ่งเกิดจากน้้าเป็นพาหะได้

5. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
โครงสร้างของระบบทรายกรองช้า
ส่วนเก็บกัก (Supernatant Water Reservoir)
ชั้นทรายกรอง (Sand Layers)
ระบบประตูน้้าควบคุมการไหล (control valves)
ระบบท่อรับน้้ากรอง (Under-Drainage System)

6. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply

7. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
ที่ผิวหน้าของชั้นทรายจะมีสิ่งสกปรกสะสมอยู่เป็นชั้นฟิล์มบางๆ
ซึ่งเรียกว่า ชมุทเดกเก (schnutzdecke) เป็นชั้นเมือกปกคลุมหน้า
ทราย ซึ่งน้้าดิบจะต้องซึมผ่านก่อนจะไหลซึมลงสู่ชั้นทรายจริงๆ เมือก
นี้ประกอบด้วย แอลจีและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่น แพลงตอน ไดอะตอม
โปรโตซัว โรติเฟอร์ และ แบกทีเรีย จุลินทรีย์เหล่านี้จะท้าการย่อย
สลายสารอินทรีย์ที่น้้าพามา ซากแอลจีรวมทั้งแบกทีเรียที่ยังมีชีวิตที่มี
อยู่ในน้้าดิบจะถูกดูดซับไว้ในชั้นเมือกนี้ ดังนั้น ระบบกรองแบบ
ชีววิทยา (Biological filter)

8. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
การก้าจัดสิ่งปะปนในขั้นทรายกรองที่ได้ผลยิ่งกว่าการกรอง
ผ่านช่องว่างระหว่างเม็ดทรายก็คือการดูดติด (adsorption) ซึ่ง
เป็นผลเนื่องมาจากแรงประจุไฟฟ้า (electrical forces) แรงยึด
เกาะโมเลกุล (chemical bonding) และแรงดึงดูดระหว่างสาร
(mass attraction) การดูดติดนี้เกิดขึ้นที่ผิวสัมผัสของเม็ดทราย
เมื่อน้้าไหล ผ่านพื้นที่ทั้งหมดของผิวสัมผัสนี้มีค่าสูง ทรายปริมาตร
หนึ่งลูกบาศก์เมตรจะมีผิวสัมผัสรวมกันถึง 15,000 ตารางเมตร
น้้าที่ไหลผ่านทรายแต่ละเม็ดจะเปลี่ยนทิศทางการไหลตลอดเวลา
จากเม็ดหนึ่งไปสู่เม็ดหนึ่ง การ เปลี่ยนแปลงทิศทางนี้จะท้าให้เกิด
มีผลจากแรงดึงดูดของโลกและแรงเหวี่ยง (centrifugal force)
ต่อสิ่งปะปน ที่ติดมากับน้้า ท้าให้การดูดติดดีขึ้น

9. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
การออกแบบระบบทรายกรองช้า
• ถ้าให้อัตราก้าลังผลิต (Q) ที่ต้องการเป็น ม.3/ชม. และให้ Vf เป็นอัตราการกรองที่จะก้าหนดให้ใช้
(อยู่ระหว่าง 0.1 - 0.4 ม.3/ชม. - ม.2)
• การท้าความสะอาดทรายกรองนั้น ส่วนมากจะใช้แรงคน โดยเมื่อระบายน้้าออกจากถังหมดแล้ว
คนงานจะลงไปในถังกรองและใช้พลั่วแบนๆ แซะเอาผิวหน้าส่วนที่สกปรกบางๆ ออก ความถี่ในการ
ท้าความสะอาด ทรายกรองนั้นขึ้นอยู่กับคุณภาพของน้้า โดยปกติแล้วการท้าความสะอาดผิวหน้า
ทรายนี้ควรอยู่ระหว่าง 2-3 เดือน ต่อครั้ง อย่างไรก็ตาม
พื้นที่ถังกรอง

10. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
• เนื่องจากถังกรองมีพื้นที่กว้างขวางและใช้แรงคนท้าความสะอาด ดังนั้น การท้าความสะอาดแต่ละครั้งจะ
เสียเวลาพอสมควร อาจจะเป็น 1-2 วัน และหลังจากท้าความสะอาดเสร็จใหม่ๆ ก็ยังไม่อาจกรองน้้าใช้ได้ทันที
ต้องทิ้งน้้ากรองในระยะแรกไปบ้างก่อนที่ระบบจะด้าเนินได้โดยสมบูรณ์ และมีชั้นเมือกเกิดขึ้นบ้างแล้ว ดังนั้น
การออกแบบที่ถูกต้องจะต้องให้มีถังกรองอย่างน้อย 2 ชุด ขณะที่ชุดหนึ่งอยู่ในระหว่างท้าความสะอาดก็จะได้ใช้
อีกชุดหนึ่งผลิตน้้าหรืออาจหาจ้านวนถังกรองได้จากสูตร
n = Q/4
เมื่อ n เป็นจ้านวนถังกรองและมีค่าไม่น้อยกว่า 2
Q เป็นอัตราการผลิต ม.3/ชม.

11. Sanitary Engineering and Water Supply
ชั้นทรายกรอง (Sand Bed)
เนื่องจากทรายกรองที่ใช้มีปริมาณมหาศาล ดังนั้น จึงไม่ต้องท้าการคัดขนาดเพราะจะเสียค่าใช้จ่ายสูง ใช้ทราย
ธรรมชาติที่ชุดจากแหล่งมาใช้ได้เลย และจากการที่ไม่ได้ใช้วิธีล้างกลับ (backwash) แบบระบบทราย กรองเร็วจึงไม่เกิด
ปัญหาการแยกตัวออกเป็นชั้นๆ แต่ถึงอย่างไรก็ดี ขนาดและความสม่้าเสมอของเม็ดทรายต้องอยู่ในมาตรฐานที่วางไว้เพื่อให้
ได้ช่องว่างที่เพียงพอกับอัตราการกรอง
ทรายกรองที่ดีจะต้องแข็ง ทนทาน กลม สะอาด ปราศจากฝุ่นผงหรือสารอินทรีย์ปะปน ของขนาดประสิทธิผล
(effective size, ES) และสัมประสิทธิความสม่้าเสมอ (uniformity coefficient, U.C.) ซึ่งหาได้มาจากการทดสอบร่อน
ด้วยตะแกรง (sieve analysis) โดยเอาตัวอย่างทรายจ้านวนหนึ่งมาร่อนด้วย ตะแกรงขนาดต่างๆ แล้วชั่งน้้าหนักทรายที่
ค้างอยู่ในตะแกรงแต่ละชั้น จากนั้นจึงค้านวณหาน้้าหนักสะสมของ ทรายที่สามารถหลุคผ่านพ้นตะแกรงแต่ละชั้นไปได้
ในระบบทรายกรองช้า ค่า effective size ของทรายกรองอยู่ระหว่าง 0.15-0.35 มม. และค่า uniformity
coefficient ไม่ควรเกิน 2.5

12. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
ตัวอย่างการหาขนาดและความสม่่าเสมอของเม็ดทราย
ผลที่ได้จากการทดสอบร่อนด้วยตะแกรง มีดังนี้
ขนาดช่องเปิดของตะแกรง (มม.) น้่าหนักสะสมเป็นเปอร์เซนต์ที่ผ่านพ้นได้
0.3 0.10
0.4 1.80
0.5 10.00
0.7 48.00
0.75 60.00
1.0 90.00
1.3 99.00

13. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
ความหนาของชั้นทรายเมื่อแรกเริ่มนั้นไม่ควรน้อยกว่าหนึ่งเมตร ทั้งนี้เพราะเมื่อเวลาท้าความสะอาด ผิวหน้าทรายจะ
ถูกแซะออกไปด้วยราว 1-2 ชม. ถ้าท้าความสะอาดทุกระยะสองเดือน จะท้าให้ระดับทรายลดลงไปปีละประมาณ 9-10
ซม. ความหนาของชั้นทรายจะอนุโลมให้เหลือได้น้อยที่สุด 60 ซม. ดังนั้น อาจกินระยะเวลาราวสี่ปีที่จะต้องมีการน้าทราย
ใหม่มาเติมให้มีความหนาเท่าเดิม

14. Sanitary Engineering and Water Supply
กรวดไม่ได้ท้าหน้าที่กรองให้น้้าสะอาดขึ้นแต่อย่างใด แต่ช่วยในการรองรับชั้นทรายกรองมิให้ไหลลงมา อุดตันใน
ระบบท่อรับน้้ากรองเบื้องล่าง และท้าให้น้้าไหลเข้าสู่ระบบรับน้้ากรองด้วยความสม่้าเสมอ
กรวดแบ่งออกเป็นชั้นๆ โดยกรวดขนาดเล็กอยู่ด้านบน และกรวดขนาดใหญ่สุดอยู่ที่พื้นล่าง ขนาดของกรวดชั้นล่างนี้
จะต้องใหญ่กว่าช่องเปิดรับน้้าอย่างน้อยสองเท่า กรวดที่ใช้ควรมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับ ทราย คือ กลม แข็ง สะอาด
ปราศจากฝุ่นผง การทดสอบคุณภาพอาจท้าได้โดยการแช่กรวดไว้ในกรดเกลือ เข้มข้นเป็นเวลา 24 ชั่วโมง น้้าหนักของ
กรวดที่หายไปภายหลังการแช่ไม่ควรเกิน 5 เปอร์เซนต์
ชนิดของกรวดและความหนาของชั้น มีดังนี้
ชั้นบนสุดขนาด 0.74-1.4 มม. ความหนา 6 ซม.
ขั้นที่สองขนาด 2-4 มม. ความหนา 6 ซม.
ชั้นที่สองขนาด 6-12 มม. ความหนา 6 ซม.
ชั้นล่างสุดขนาด 18-36 มม. ความหนา 12 ซม.
ชั้นกรวด (Gravel Bed)

15. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply
ระบบนี้อยู่ที่ส่วนล่างสุดของถังกรอง จึงไม่อาจ
มองเห็นได้เมื่อสร้างเสร็จและใช้งานแล้ว การ
ตรวจสอบหรือท้าความสะอาดใดๆ กระท้าได้ยาก
หรือต้องรื้อชั้นทรายข้างบนออกหมด ดังนั้น จึงต้อง
ออกแบบและสร้างด้วยความระมัดระวัง ปัญหาที่อาจ
เกิดขึ้นคือการอุดตัน ถ้าช่องเปิดรับน้้านั้นมีขนาดเล็ก
เกินไป
ระบบรับน้่ากรอง (Underdrainage System)

16. ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
Sanitary Engineering and Water Supply

17. กลศาสตร์ของไหล (Fluid Mechanics)
ธนสิทธิ์ พรหมพิงค์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
SCAN ME
สแกน QR Code
เพื่อดูคลิปสอนใน Youtube