การวิเคราะห์อุปกรณ์ชนิดท่อยืดหยุ่นจากของเสียประเภทยางในกระบวนการเติมอากาศ

Abstract

ศึกษาแนวทางการประยุกต์ใช้ท่อยืดหยุ่นเป็นอุปกรณ์เติมอากาศแบบท่อ โดยศึกษาสมบัติทางกายภาพของท่อยืดหยุ่น ได้แก่ ความหนาผนังท่อ ความทนต่อแรงดึง (Tensile strength) ความแข็ง (Hardness) และความยืด (Elongation) เพื่อเลือกตัวอย่างท่อที่เหมาะสม โดยเปรียบเทียบสมรรถภาพด้วยการวิเคราะห์ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทออกซิเจน (kLa) และประสิทธิภาพเชิงพลังงานในถังเติมอากาศปริมาตรประมาณ 10 ลิตร โดยศึกษากลไกการถ่ายเทออกซิเจนและผลกระทบจากสารเจือปนในน้ำ (ดินขาว เกลือ และเซลล์จุลชีพ) ต่อการถ่ายเทออกซิเจนโดยวิเคราะห์ตัวแปรด้านการถ่ายเทมวลสารและอุทกพลศาสตร์ของฟองอากาศ รวมถึงวิเคราะห์การอุดตันและวิธีทำความสะอาดที่เหมาะสม จากนั้นศึกษารูปแบบการจัดเรียงท่อที่เหมาะสมในถังเติมอากาศขนาด 2,500 ลิตร รูปแบบการกระจายของเรซิเดนซ์ไทม์ (RTD) และประยุกต์ใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในการทำนายค่าสัมประสิทธิ์ kLa เพื่อใช้ผลการวิจัยเป็นข้อมูลเบื้องต้นประกอบการออกแบบ และประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์เติมอากาศชนิดท่อยืดหยุ่น ในกระบวนเติมอากาศได้อย่างเหมาะสม จากผลการทดลองพบว่า ท่อยืดหยุ่นตัวอย่างที่ 6.3 มีความเหมาะสมในการประยุกต์เป็นอุปกรณ์เติมอากาศแบบท่อ เนื่องจากมีสมบัติทางกายภาพที่เหมาะสม ทั้งในด้านการถ่ายเทออกซิเจนและในด้านการใช้พลังงาน การเติมอากาศในน้ำเกลือทำให้เกิดฟองอากาศขนาดเล็ก และมีพื้นที่สัมผัสจำเพาะมาก ส่วนน้ำที่มีเซลล์จุลชีพส่งผลรบกวนการซึมของออกซิเจนผ่านชั้นกลางของเหลว ทำให้สัมประสิทธิ์การเคลื่อนย้ายมวลผ่านชั้นกลางของเหลว (kL) ลดลงอย่างมาก ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยการวิเคราะห์ตัวแปรทางอุทกพลศาสตร์ของฟองอากาศและการถ่ายเทมวลสาร จากการวิเคราะห์การอุดตันของอุปกรณ์พบว่าไม่ควรหยุดเติมอากาศนานเกิน 3 วัน และควรทำความสะอาดด้วยวิธีการเป่าลมด้วยความดัน 3 บาร์ นาน 30 นาที สำหรับผลกระทบจากรูปแบบการจัดเรียงท่อเติมอากาศพบว่าให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนประมาณ 15.08% และให้รูปแบบการกระจายของเรซิเดนซ์ไทม์ใกล้เคียงกัน โดยควรออกแบบโดยใช้ท่อยาว 7.5 ม. ต่อพื้นที่ก้นถังเติมอากาศ 1.33 ตร.ม. นอกจากนี้ จากการประยุกต์ใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในการทำนายค่าสัมประสิทธิ์ kLa พบว่ามีความคลาดเคลื่อนน้อยกว่า 20%