สิ่งประดิษฐ์ของในหลวงเรา -- กังหันน้ำชัยพัฒนา --

กังหันน้ำชัยพัฒนา



กังหันน้ำชัยพัฒนา มีชื่อทางวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมว่า " เครื่องกลเติมอากาศที่ผิวน้ำหมุนช้าแบบทุ่นลอย ( Low speed surface Aerator )" และมีชื่อในการจดสิทธิบัตรในพระปรมาภิไธยพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช ใช้ภาษาอังกฤษว่า " Chaipattana Low Speed Surface Aerator, Model RX-2) " โดยทั่วไปเรามักเรียกว่า "กังหันน้ำมื่อวันที่ 3 พฤษภาคม 2531

ความเป็นมา
ปัญหาเรื่องน้ำเสียมีประวัติความเป็นมาควบคู่ไปกับความเจริญเติบโตของชุมชน กล่าวคือ เมื่อครั้งประชากรยังน้อยและกระจัดกระจายก็ไม่เป็นปัญหาอะไรมากนัก ต่อมาเมื่อชุมชนเจริญเติบโตประชากรเพิ่มมากขึ้น ปัญหาเรื่องน้ำเสียก็ติดตามมาเป็นเงาตามตัว ทั้งนี้ เพราะว่าน้ำเสียเป็นผลิตผลอย่างหนึ่งในการดำเนินชีวิตประจำวันของคน และนับวันน้ำเสียจะมีปริมาณมากขึ้นเป็นทวีคูณ และมีสารใหม่ๆ แปลกๆ ของผลิตภัณฑ์สมัยใหม่เจือปนอยู่ด้วย ซึ่งจะทำให้น้ำเสียเป็นปัญหายุ่งยากมากขึ้นตามลำดับในอนาคต

น้ำเสียนอกจากจะโสโครกมีกลิ่นเหม็นสีดำคล้ำ และอาจมีสารเคมีที่มีพิษเจือปนอยู่ด้วย เมื่อน้ำเสียไหลลงสู่แหล่งน้ำ เช่น แม่น้ำ ลำคลอง หนองบึง ก็จะแปรสภาพแหล่งน้ำสะอาดตามธรรมชาติให้กลายเป็นน้ำเสียไป ทำให้ไม่อาจใช้น้ำจากแหล่งน้ำแหล่งนั้นได้อีกต่อไป อีกทั้งยังส่งกลิ่นเหม็นตลบไปทั่วบริเวณ ทำให้อากาศหายใจไม่บริสุทธิ์เป็นอันตรายต่อสุขภาพอนามัยและความเป็นอยู่ของประชาชนอย่างร้ายแรง สัตว์น้ำทั้งหลายที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำหากไม่ตายก็ต้องต้องอพยพหนีไปอยู่ที่อื่น ส่วนที่ทนอาศัยอยู่ต่อไปได้ย่อมจะมีรสชาติของเนื้อผิดแผกไป ความเสียหายที่เกิดขึ้นไม่เพียงแต่ในด้านอนามัยของประชาชนเท่านั้น หากยังกระทบกระเทือนถึงเศรษฐกิจของประเทศด้วย เพราะเหตุว่ากิจการที่ต้องใช้น้ำเป็นวัตถุดิบ เช่น การประปา และการอุตสาหกรรม ไม่อาจจะใช้น้ำจากแหล่งน้ำธรรมชาติเหล่านี้ได้ เป็นเหตุให้ต้นทุนการผลิตสูงประเทศไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งแหล่งชุมชนแออัดและที่ตั้งบ้านเรือนอยู่ริมแหล่งน้ำกำลังประสบปัญหาภาวะน้ำเน่าเสียเช่นนี้ ซึ่งยิ่งนับวันจะมีความรุนแรงเป็นทวีคูณ และส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมต่อส่วนรวมและเป็นภาระอันยิ่งใหญ่ในปัจจุบัน

พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงห่วงใยต่อสุขภาพของประชาชนที่อาศัยอยู่ในแหล่งชุมชน ได้เสด็จพระราชดำเนินทอดพระเนตรสภาพน้ำเสียในพื้นที่หลายๆ แห่ง หลายครั้ง ทั้งในกรุงเทพฯ ปริมณฑลและต่างจังหวัด พร้อมทั้งได้พระราชทานพระราชดำริเรื่องการแก้ไขน้ำเน่าเสีย เริ่มด้วยการแก้ไขน้ำเสียรูปแบบง่าย ในช่วงแรกระหว่าง พ.ส. 2527 ถึง พ.ศ.2530 โดยการใช้น้ำที่มีคุณภาพดีช่วยบรรเทาน้ำเสียบ้าง ใช้วิธีกรองน้ำด้วยผักตบชวาบ้าง ซึ่งก็จะได้ผลเพียงระดับหนึ่งเท่านั้น ต่อมาตั้งแต่ พ.ส.2531 เป็นต้นมา สภาพความเน่าเสียของน้ำที่บริเวณต่างๆ มีความรุนแรงยิ่งขึ้น การแก้ไขน้ำเสียรูปแบบดังกล่าวข้างต้นไม่ได้ผลเท่าที่ควร จำเป็นต้องนำเครื่องกลเติมอากาศเข้าช่วยบำบัดน้ำเสียอีกทางหนึ่งด้วย จึงพระราชทานแนวพระราชดำริให้ประดิษฐ์เครื่องกลเติมอากาศแบบไทยทำ ไทยใช้ขึ้นมา เมื่อวันที่ 24 ธันวาคม 2531 โดยมีวัตถุประสงค์ที่จะช่วยเหลือรัฐบาลเพื่อบรรเทาน้ำเน่าเสียแบบใช้ค่าใช้จ่ายน้อย ไปตามที่ต่างๆ

คุณสมบัติ
"กังหันน้ำชัยพัฒนา" มีคุณสมบัติในการเติมออกซิเจนหรืออากาศลงไปในน้ำ สามารถนำไปใช้ในการปรับปรุงคุณภาพน้ำได้อย่างอเนกประสงค์ ติดตั้งง่าย เคลื่อนย้ายง่าย เหมาะสำหรับใช้ในแหล่งน้ำสาธารณะและแหล่งน้ำธรรมชาติ ได้แก่ สระน้ำ หนองน้ำ คลอง บึง ลำห้วย ฯลฯ


แผนภูมิ 1



แผนภูมิ 2



แผนภูมิ 3

ส่วนประกอบ
ในแผนภูมิกังหันชัยพัฒนา (1) แสดงส่วนประกอบของเครื่องกลเติมอากาศแบบทุ่นลอย สามารถปรับตัวขึ้นลงตามผิวน้ำ ส่วนส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ โครงกังหันน้ำรูป 12 เหลี่ยม มีซองตักวิดน้ำติดตั้งโดยรอบจำนวน 6 ซอง เจาะรูที่ซองตักวิดน้ำเป็นรูพรุนเพื่อให้น้ำไหลกระจายเป็นฝอย ซองน้ำนี้จะถูกขับเคลื่อนให้หมุนโดยรอบด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า อุปกรณ์ทั้งหมดประกอบยึดแน่นอยู่บนโครงเหล็กยึดทุ่นลอย และบริเวณใต้ทุ่นลอยจะติดตั้งแผ่นไฮโดรฟอยล์ จำนวน 2 แผ่น เพื่อช่วยลดการโยกตัว และช่วยขับเคลื่อนน้ำ

หลักการทำงาน
ในแผนภูมิกังหันชัยพัฒนา (2) แสดงให้เห็นถึงการทำงานเมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าหมุนด้วยความเร็ว 1,450 รอบ/นาที ย่องจะส่งกำลังขับผ่านระบบเฟืองเกียร์ทดรอบหรือระบบเฟืองจานโซ่ไปยังซองตักวิดน้ำให้หมุนเคลื่อนตัวโดยรอบด้วยความเร็วที่ช้าลงเหลือ 5 รอบ/นาที สามารถวิดตักน้ำลึกลงไปจากใต้ผิวน้ำ 0.50 เมตร ยกขึ้นไปสาดกระจายเป็นฝอยเหนือผิวน้ำด้วยความสูง 1.0 เมตร ทำให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศกว้างขวางมากขึ้น เป็นผลทำให้ออกซิเจนในอากาศละลายเข้าไปในน้ำได้อย่างรวดเร็ว และในขณะที่น้ำเสียถูกยกขึ้นไปสาดกระจายสัมผัสกับอากาศแล้วตกลงไปยังผิวน้ำจนสิ้นสุดของการสาดน้ำดังแสดงในแผนภูมิกังหันน้ำชัยพัฒนา (3) นั้น จะก่อให้เกิดฟองอากาศจมตามลงไปใต้ผิวน้ำด้วย อีกทั้งในขณะที่ซองตักวิดน้ำกำลังเคลื่อนที่ลงสู่ผิวน้ำแล้วกดลงไปใต้ผิวน้ำนั้น จะเกิดการอัดอากาศภายในซองน้ำน้ำภายใต้ผิวน้ำจนกระทั่งซองน้ำจมน้ำเต็มที่ ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทออกซิเจนได้สูงขึ้นตามไปด้วย

หลังจากนั้นน้ำที่ได้รับการเติมอากาศแล้ว จะเกิดการถ่ายเทของน้ำเคลื่อนที่ออกไปด้วยการผลักดันของซองน้ำ ด้วยความเร็วของการไหล 0.20 เมตร/วินาที จึงสามารถผลักดันน้ำออกไปจากเครื่องมีระยะทางประมาณ 10.0 เมตร และผลพลอยได้อีกประการหนึ่ง ได้แก่ การโยกตัวของทุ่นลอยในขณะทำงาน จะส่งผลให้แผ่นไฮโดรฟอยล์ที่ติดตั้งไว้ในส่วนใต้น้ำ สามารถผลักดันน้ำให้เคลื่อนที่ผสมผสานออกซิเจนเข้ากับน้ำในระดับความลึกใต้ผิวน้ำเป็นอย่างดีอีกด้วย จึงก่อให้เกิดกระบวนการทั้งการเติมอากาศ การกวนแบบผสมผสาน และทำให้เกิดการไหลของน้ำเสียไปตามทิศทางที่กำหนดโดยพร้อมกัน