บ่อดักทรายแบบ vortex: คำนวณความเร็วตกตะกอนและเส้นผ่านศูนย์กลาง

กลุ่มเป้าหมาย: วิศวกรออกแบบระบบต้นน้ำ (headworks) สถานีบำบัดน้ำเสีย โรงงาน และนิคมอุตสาหกรรมในเวียดนาม อินโดนีเซีย และไทย เวลาอ่าน: ~5 นาที เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง: ออกแบบบ่อดักทราย vortex · คู่มือออกแบบ

หลักการ

น้ำไหลตามแนวสัมผัสสร้างกระแส vortex ทำทรายที่หนักถูกแรงเหวี่ยงเหวี่ยงออกไปตกก้นกรวย ส่วนอินทรีย์แขวนลอยลอยตามน้ำทิ้งออก ต่างจากบ่อดักทรายแบบเติมอากาศ vortex ไม่ต้องเติมอากาศ (เป็นระบบไฮดรอลิกบริสุทธิ์) — กะทัดรัด ใช้พลังงานน้อย เดินระบบง่าย

ความเร็วตกตะกอน (Stokes)

v = g·(ρs − ρw)·d² / (18·μ) (m/s) ρs = 2 650 kg/m³ (ทราย) ρw ≈ 995 kg/m³ ที่ 30 °C μ ≈ 0,8 mPa·s ที่ 30 °C d = 0,2 mm

ที่ 30 °C ทราย 0,2 mm ตกประมาณ 0,03 m/s น้ำเขตร้อนมีความหนืดต่ำกว่า → ทรายตกเร็วกว่า → บ่อเล็กกว่าออกแบบเขตอบอุ่นที่ประสิทธิภาพเท่ากัน

พื้นที่และเส้นผ่านศูนย์กลาง

อัตรายอด Qp = Q·peak/86400 (m³/s) พื้นที่ A = Qp / v (m²) เส้นผ่านศูนย์กลาง D = √(4A/π) (m) ปริมาตร Vol = A·H

เวลาไฮดรอลิก

t = H / v (วินาที) เหมาะสม 15–60 วินาที นอกช่วงนี้ → ปรับความลึก H หรือยอมรับประสิทธิภาพดักทรายต่างไป

ปริมาตรทรายที่เก็บได้

ปริมาตรทราย gritV = rate·Q/1e6 (m³/d, rate L/1000 m³) มวล gritM = gritV·1600 (kg/d, ความถ่วงจำเพาะ ~1,6 t/m³) เหมือนบ่อแบบเติมอากาศ

5 ข้อผิดพลาดการออกแบบ

1. t < 15 วินาที: ทรายยังตกไม่ทัน → พัดไปบ่อถัดไป
2. t > 60 วินาที: อินทรีย์แขวนลอยเริ่มตกตามทราย
3. ลืมว่ารอบน้อยเปลี่ยนตามอุณหภูมิ: เขตร้อนตกเร็วกว่า → ออกแบบใหญ่เกินถ้าใช้ μ เขตอบอุ่น
4. เลือกขนาดเม็ดผิด: ใช้ 0,1 mm แทน 0,2 mm → ดักได้แย่ ทรายเข้าบ่อชีวภาพ
5. ไม่วัดปริมาณทราย: ไม่รู้ภาระถังเก็บและความถี่ในการระบาย

บทสรุป

vortex เป็นตัวเลือกประหยัดพลังงานสำหรับ headworks คำนวณ v = g·(ρs−ρw)·d²/(18·μ) A = Qp/v D = √(4A/π) รักษา t = 15–60 วินาที เม็ดออกแบบ 0,2 mm ระบบไฮดรอลิกบริสุทธิ์ (ไม่เติมอากาศ)