การประยุกต์ใช้วัสดุยืดหยุ่นในกระบวนการเติมอากาศแบบฟองอากาศของระบบบำบัดน้ำเสียแบบใช้ออกซิเจน

Abstract

ศึกษาการประยุกต์ใช้วัสดุยืดหยุ่นประเภทยางเป็นอุปกรณ์เติมอากาศแบบฟองอากาศ (Diffused-air aerator or diffuser) โดยวิเคราะห์ลักษณะต่างๆ ได้แก่ ด้านกายภาพ (ความทนทาน ความยืดหยุ่น และความดันลดในการสร้างฟองอากาศ) ด้านอุทกพลศาสตร์ของฟองอากาศ (ขนาดและความเร็วลอยตัวของฟองอากาศ ความถี่การเกิดฟองและพื้นที่ผิวสัมผัสจำเพาะ) และด้านการถ่ายเทออกซิเจน (สัมประสิทธิ์และประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจน) โดยถังปฏิกิริยาแบบฟองอากาศขนาดเล็กที่ใช้ในงานวิจัยนี้มีขนาดกว้าง ยาว และสูงเท่ากับ 0.4 0.4 และ 0.3 เมตร ตามลำดับ วัสดุประเภทยางที่ศึกษา ได้แก่ ยางในรถยนต์ (มิชลินและบริดสโตน) และยางพาราธรรมชาติ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 60 เซนติเมตรและเจาะรูเติมอากาศที่มีขนาด จำนวน และระยะห่างระหว่างรูเติมอากาศต่างๆ เพื่อศึกษาผลกระทบที่เกิดขึ้น รวมถึงประยุกต์ใช้ข้อมูลดังกล่าวเพื่อออกแบบและวิเคราะห์ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ จากผลการทดลองพบว่า ยางพารามีความทนทานและความยืดหยุ่นที่ต่ำที่สุด รวมไปถึงมีค่าความดันลดในการสร้างฟองอากาศที่สูงที่สุดเมื่อเทียบกับยางอีกสองชนิด โดยเมื่อพิจารณาตัวแปรด้านอุทกพลศาสตร์พบว่ายางมิชลินที่มีหนึ่งรูเติมอากาศขนาดกลาง สามารถให้ฟองอากาศขนาดเล็ก ทำให้ได้พื้นที่ผิวสัมผัสจำเพาะ (a) และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลสาร (K[subscript L]a) ที่มีค่าสง โดยให้ความดันลดต่ำในการสร้างฟองอากาศ ระยะห่างระหว่างรูเติมอากาศที่เหมาะสมมีค่า 4 มม ซึ่งสอดคล้องกับขนาดฟองอากาศจากอุปกรณ์เติมอากาศ จากการศึกษาแผ่นยางที่เจาะหลายรูเติมอากาศ ด้วยขนาดและระยะห่างที่เหมาะสมบนยางมิชลินพบว่า จำนวนรูเติมอากาศ อัตราการไหลอากาศและปริมาตรเฟสน้ำส่งผลต่อค่าประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจน (OTE) ซึ่งมีค่าสูงสุดประมาณร้อยละ 6.3 สมการทางคณิตศาสตร์สำหรับทำนายขนาด (D[subscript B]) และความเร็วลอยตัวของฟองอากาศ (U[subscript B]) รวมไปถึงค่าสัมประสิทธิ์การเคลื่อนย้ายผ่านฟิล์มของเหลว (K[subscript L]) สามารถใช้ทำนายค่า K[subscript L]a โดยมีความคลาดเคลื่อนสูงสุดประมาณร้อยละ 30 โดยแนวทางการดังกล่าวสามารถช่วยลดความยุ่งยากและเวลาการทดลองหาค่า K[subscript L]a เพื่อการเปรียบเทียบอุปกรณ์เติมอากาศอย่างง่าย