ประสิทธิภาพของระบบบำบัดน้ำเสียแบบไหลเวียนบนหลังคา โดยใช้แบบจำลองการควบคุมอุณหภูมิในโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำ
คำสำคัญ:
แบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ปลั๊กอุณหภูมิเชิงปริมาตร , แบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนผสม อุณหภูมิ , ระบบบำบัดน้ำเสียในควบคุมอุณหภูมิโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำบทคัดย่อ
วัตถุประสงค์และที่มา : การศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ผสมผสานครั้งนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อต่อยอดความยั่งยืน ในวิถีเกษตรกรรมของบริเวณที่ลุ่มลำน้ำชี โดยพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับระบบบำบัดน้ำเสียในโรงเรือนปลูกพืชที่ให้ผล ตอบแทนสูงที่จะคาดว่าจะช่วยลดความเสี่ยงต่อภาวะขาดทุนจากปัญหาการเกิดอุทกภัย และลดผลกระทบจากความเสื่อมของสภาพลำน้ำชีที่เพิ่มขึ้นทุกปี ผู้วิจัยจึงได้คิดค้นระบบบำบัดน้ำเสียแบบไหลเวียนบนหลังคา โดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ สำหรับควบคุมอุณหภูมิในโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำ เพื่อบรรเทาปัญหาอุทกภัยและปัญหาน้ำเสีย โดยได้ใช้พื้นที่หลังคาโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำที่ทำมุมเอียง 20 องศากับแนวระนาบในการกำจัดค่าบีโอดี (BOD) แอมโมเนีย (NH3) และไนเตรท (NO3) ในน้ำเสีย และได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ควบคุมอุณหภูมิโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำ(Control Temperature in Floating Melon Greenhouses; CTFMG) ได้แก่ แบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ปลั๊กอุณหภูมิเชิงปริมาตร (Plug-Flow Volume Temperature Reactor: PFVTR) และแบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนผสมอุณหภูมิ (Completely-Mixed Stirred Volume Temperature Reactor: CSVTR) ปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งและสอง (n = 1 และ n = 2) ของระบบ CTFMG ทั้งสองแบบจำลองจะลดความเข้มข้นอุณหภูมิ (T) ด้วยอัตราส่วนหมุนเวียน (Recirculation ratio: QR/Qin = R) ของน้ำเสีย และเวลาการกักเก็บ (Hydraulic Retention Time: HRT) โดยใช้หลักเกณฑ์อัตราส่วนพื้นที่หน้าตัดขวางต่อพื้นที่หน้าตัดตามยาว (AC: AL) สำหรับหาค่าความเข้มข้นพื้นหลังของอุณหภูมิ (T*) และค่าสัมประสิทธิ์ของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Coefficient of Temperature: kT) ในการตรวจสอบความแม่นยำของแบบจำลองคณิตศาสตร์
วิธีดำเนินการวิจัย : ลักษณะระบบ CTFMG ความกว้างประมาณ 5.0 เมตร สูง 3.0 เมตร และความยาว 6.0 เมตรมีค่าแฟรกเตอร์ความหนาแน่นเมล่อนลอย (f) เท่ากับ 0.5 ของปริมาตรโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำ (Volume; V) เท่ากับ 90 ลูกบาศก์ มีพื้นที่หน้าตัดขวางต่อพื้นที่หน้าตัดตามยาว (AC: AL) (< 1:4) ระบบใช้พื้นที่หลังคาประมาณ 18 ตารางเมตร ทำมุมเอียง 20 องศาวัสดุทำจากแผ่นพลาสติก โดยทำการเปิดปั๊มน้ำหมุนเวียนเท่ากับ 3, 4, 5, 6 และ 7 ลิตร/นาที และปล่อยน้ำเสียเข้า (Qin) เท่ากับ 1 ลิตร/นาที ให้น้ำกระจายทั่วหลังคามีค่าอัตราส่วนหมุนเวียน (Recirculation ratio: QR/Qin = R) เป็น 3, 4, 5, 6 และ 7 โดยเก็บค่าน้ำเสียได้แก่ ค่าบีโอดี (BOD) แอมโมเนีย (NH3) และไนเตรท (NO3) ส่วนพัดลมไอน้ำเข้า และพัดลมระบายอากาศออกด้วยอัตราการไหล (Air Flow; QAin & QAout) เท่ากับ 576 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน จะเป็นการไหลแบบราบเรียบโดยใช้เวลากักเก็บ (HRT) ที่ 22.33 และ 44.66 วัน ทำการเก็บอุณหภูมิในช่วงเดือนเมษายนเพราะเป็นเดือนที่ร้อนที่สุดส่งผลต่อการผลิตลูกเมล่อน จากค่าอุณหภูมิเข้า (Temperaturein: Tin) ซึ่งควบคุมให้เท่ากับ 36 ± 2.5 0C และค่าอุณหภูมิออก(Temperatureout: Tout) จะทำให้ได้อัตราส่วนหมุนเวียน (Recirculation ratio: QR/Qin = R) นำข้อมูลที่ได้มาประมวลผลในโปรแกรม Microsoft Excel หาค่าความเข้มข้นพื้นหลังของอุณหภูมิ (T*) โดยใช้ปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งและสอง (n = 1 และ n = 2) และค่าสัมประสิทธิ์ของการเปลี่ยนแปลง (kT) ของแบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ปลั๊กอุณหภูมิเชิงปริมาตร (Plug-Flow Volume Temperature Reactor: PFVTR) และแบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนผสมอุณหภูมิ (Completely-Mixed Stirred Volume Temperature Reactor: CSVTR) และทำการตรวจสอบความแม่นยำ และวิเคราะห์ความคุ้มค่าของโรงเรือนเมล่อนลอยเพื่อการเกษตรจากมูลค่าปัจจุบันสุทธิ (Net Present Value; NPV) และอัตราส่วนของผลตอบแทนต่อต้นทุน (Benefit - Cost Ratio; B/C Ratio) เพื่อการเกษตรมีอายุโครงการ 1 ปี
ผลการวิจัย : ผลจากการศึกษาระบบควบคุมอุณหภูมิโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำ(Control Temperature in Floating Melon Greenhouses; CTFMG) ใช้พื้นที่หลังคาประมาณ 18 ตารางเมตรทำมุมเอียง 20 องศากับแนวระนาบในการกำจัดน้ำเสีย โดยวัสดุทำจากแผ่นพลาสติก พบว่าค่าอัตราส่วนหมุนเวียน (Recirculation ratio: QR/Qin = R) เท่ากับ3, 4, 5, 6 และ 7 มีประสิทธิภาพในการบำบัดค่า BOD NH3 NO3 (Removal BOD NH3 NO3 Efficiency) ได้ถึง (5.36 ± 2.59%, 2.83 ± 2.85% และ10.00 ± 0.031%), (25.07 ± 2.56%, 20.49 ± 2.83% และ 10.75 ± 0.0295%), (30.14 ± 2.52%, 22.07 ± 2.81% และ 14.25 ± 0.0275%), (59.72 ± 2.49%, 31.29 ± 2.8% และ 23.50 ± 0.027%) และ (72 ± 2.45%, 34 ± 2.78% และ 32.50 ± 0.0265%) ประสิทธิภาพลดลงได้ถึง 6.81 ± 2%, 8.36 ± 2%, 9.86 ± 2%, 11.32 ± 2% และ 12.74 ± 2% ระบบควบคุมอุณหภูมิโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำ (Control Temperature in Floating Melon Greenhouses; CTFMG) มีพื้นที่หน้าตัดขวางต่อพื้นที่หน้าตัดตามยาว (AC: AL) (< 1:4) พบว่าค่าอัตราส่วนหมุนเวียน (Recirculation ratio: QR/Qin = R) เท่ากับ 7 มีประสิทธิภาพสูงสุดในการบำบัดค่า BOD NH3 NO3 ได้ถึง 72 ± 2.45%, 34 ± 2.78% และ 32.50 ± 0.0265% และประสิทธิภาพสูงสุดในลดอุณหภูมิได้ถึง 12.74 ± 2% สามารถควบคุมอุณหภูมิจากค่าอุณหภูมิเข้า (Temperaturein: Tin) เท่ากับ 36 ± 2.5 0C เป็นอุณหภูมิออก (Temperatureout: Tout) เท่ากับ 31.00 ± 1.5 0C จากแบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ปลั๊กอุณหภูมิเชิงปริมาตร (Plug-Flow Volume Temperature Reactor: PFVTR) และแบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนผสมอุณหภูมิ (Completely-Mixed Stirred Volume Temperature Reactor: CSVTR) เกิดปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งและสอง (n = 1 และ n = 2) มีค่าความเข้มข้นพื้นหลังของอุณหภูมิ (T*) เท่ากับ 15.55 ± 2.0 0C และพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (Coefficient of Temperature: kT) ของแบบจำลองทั้งสองมีดังนี้ 0.008, 0.00004 1/วัน และ 0.0009, 0.00006 1/วัน และ R2 เท่ากับ 0.8398, 0.8497 และ 0.9306, 0.9526 จากการวิเคราะห์ความคุ้มค่าของโรงเรือนเมล่อนลอยเพื่อการเกษตรจากมูลค่าปัจจุบันสุทธิ (Net Present Value; NPV) 1,680 บาทต่อตารางเมตร ได้อัตราส่วนของผลตอบแทนต่อต้นทุน (Benefit - Cost Ratio; B/C Ratio) เท่ากับ 1.68 มีระยะคืนทุน 1 ปี
สรุปผลการวิจัย : ระบบระบบควบคุมอุณหภูมิโรงเรือนเมล่อนลอยน้ำ(Control Temperature in Floating Melon Greenhouses; CTFMG) เกิดปฏิกิริยาอันดับสอง (n = 2) ของแบบจำลองพลวัตเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนผสมอุณหภูมิ (Completely-Mixed Stirred Volume Temperature Reactor: CSVTR) มีค่าสัมประสิทธิ์ของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (kT ) เท่ากับ 0.00006 1/วัน ความคุ้มค่าของโรงเรือนเมล่อนลอยจากมูลค่าปัจจุบันสุทธิ (Net Present Value; NPV) อัตราส่วนของผลตอบแทนต่อต้นทุน (Benefit - Cost Ratio; B/C Ratio) มีระยะคืนทุน 1 ปี
References
Ahern M., Kovats R. S., Wikinson P., Few R. , & Mattthies F. (2005). Global Health Impacts of Floods: Epidemiologic Evidence. Epidemiol Rev. , 27, 36-46.
APHA, AWWA, & WEF. (1999). Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Association.
Bell, J.H. , & R.D. Mehta. (1989). Boundary-layer predictions for small low-speed contractions. AIAA Journal 27(3), 372-374.
Catalano, P., M. Wang, G. Iaccarino, & P. Moin. (2003).Numerical simulation of the flow around a circular cylinder at high Reynolds numbers. Int J Heat Fluid Fl., 24(4), 463–469.
Environment Canada. (2017). Uses for Water In Southern Alberta. Alberta: University of Lethbridge.
Jirasak, J. (1985). Environmental Process. Khon Kaen University: Khon Kaen. (in Thai)
Jongpluempiti, J., Vengsungnle, P., Prapakarn, S., Pannucharoenwong, N., & Punnok, P. (2020). Supervisory Control for Wireless Automatic Environment Control in Oyster Mushroom House. Feat Journal,6(1), 40-49. (in Thai)
Kadlec, R.H., & Knight, R.L. (1996). Treatment Wetlands CRC Press. Inc: U.S.A.
Kadlec, R. H., & Wallace, S. D. (2009). Treatment Wetlands. (2nded). Boca Raton: CRC Press.
Meenaphant, H. (2007). Principle Analysis Theory and Practice to Study the Feasibility of the project. 2nd ed. Bangkok. Chulalongkorn University Pulishing House. (in Thai)
Metcalf, E. (1991). Wastewater Engineering. 3rd ed. New York: McGraw – Hill.
Reynolds, TD. (1982). Solutions manual for unit operations and processes in environmental engineering. California: Brooks/Cole Engineering Division.
Ruaypom, K., Yartjaroen, R., Ruaypom, K., Yartjaroen, R., Boonjue, A., Amattirat1, N., Suttiprapa, P., Vengsungnle, P., & Nuboon, T. (2015). Investigation of the length and the number of gutter optimals for chilled water circulation in hydroponics planting. Feat Journal ,1(2), 67-74. (in Thai)
Ruaypom, K., & Yartjaroen, R. (2022). The Application of Electrical Energy from Solar cells to Automatic Humidity Control System in Mushroom Farms. Feat Journal, 8(1), 58-68. (in Thai)
Samart, J., Maliwani, P., Wananlak, S., & Jirasan, K. (2019). Social Health Impact on River Deterioration: Case Study of Farmers in Li watershed, Lumphun Province. Social Sciences Research and Academic Journal,14, 79-92. (in Thai)
Schlichting H., (1979). Boundary–layer theory. Engineering University of Braunschweig, Germany. Translated by Kestin J. McGRAW-HILL book company, New York.
Shook, G. (1997). A Disaster Risk Assessment for Thailand Using a Technique of Decision Analysis. Journal of Disasters, 21(1),pp. 77-88.
Suksomboon, R., Junsiri, C., Kanyakam, S., & Tangjitjaroenkit, S. (2021a). Mathematical Model of Subsurface Recirculation Flow Constructed Wetland Domestic Wastewater Treatment for Household. Rajabat Chiang Mai Research Journal, 22, 37-48. (in Thai)
Suksomboon, R., Chanachai Uanwang, C., Poosumrong, L., & Anantasirichai, W. (2021b). Mathematical Dynamic Recirculation Plug-Flow Areal Reactor Models of Subsurface Recirculation Flow Constructed Wetland Wastewater Treatment for Floating Agriculture Using in Greenhouse. Engineering Journal Chiang Mai University, 28 (2), 55-63. (in Thai)
Suksomboon, R., Poosumrong, L., & Chuchotsakunleot, A. (2021c). Mathematical Dynamic Recirculation Completely-Mixed Stirred Tank Areal Reactor Models of Subsurface Recirculation Flow Constructed for Wastewater Treatment. Engineering Journal Chiang Mai University, 28 (3), 12-22. (in Thai)
United Nations. (1992). Internationally agreed glossary of basic terms related to Disaster Management. Geneva: United Nations.
Zafarzadeh, A., Bina, B., Nikaeen, M., Movahedian Attar, H., & Hajian nejad, M. (2010). Performance of moving bed biofilm reactors forbiological nitrogen compounds removal from wastewater nitrification-denitrification process. Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering, 7(4), 353-36.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2025 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Burapha Science Journal is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) licence, unless otherwise stated. Please read our Policies page for more information
