เครื่องคำนวณเวลาพักน้ำใช้หาว่าของเหลว ซึ่งโดยทั่วไปคือน้ำหรือน้ำเสีย อยู่ภายในถัง บ่อ หรือโครงสร้างกักเก็บอื่นนานเท่าใด โดยนำปริมาตรของโครงสร้างหารด้วยอัตราการไหลที่ผ่านโครงสร้างนั้น ผลลัพธ์เรียกว่าเวลาพักน้ำ หรือเวลาคงอยู่ทางชลศาสตร์ (HRT) และใช้ในงานบำบัดน้ำ การบำบัดน้ำเสีย และการจัดการน้ำฝน

เวลาพักน้ำคืออะไร?

เวลาพักน้ำคือเวลาเฉลี่ยที่อนุภาคน้ำใช้ภายในถังหรือบ่อก่อนจะไหลออก วิศวกรยังเรียกว่าเวลาคงค้างหรือเวลาพำนัก โดยมีค่าเท่ากับปริมาตรของบ่อหารด้วยอัตราการไหลของน้ำที่เคลื่อนผ่าน

สูตรนี้ตั้งอยู่บนกรณีอุดมคติ โดยน้ำอาจเคลื่อนผ่านตามลำดับเหมือนรถยนต์ในอุโมงค์ช่องทางเดียว ซึ่งเรียกว่าการไหลแบบปลั๊ก หรืออาจผสมกับน้ำทั้งหมดที่อยู่ภายในอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเรียกว่าการไหลแบบผสมสมบูรณ์ ถังจริงแทบไม่ตรงกับกรณีใดอย่างสมบูรณ์ น้ำอาจลัดเส้นทางระหว่างทางเข้าและทางออก ซึ่งเป็นปัญหาที่เรียกว่าการไหลลัดวงจร มุมบางส่วนของถังแทบไม่มีการเคลื่อนที่ พื้นที่เหล่านี้เรียกว่าโซนอับ ด้วยเหตุนี้ เวลาที่น้ำอยู่ในถังจริงจึงมักสั้นกว่าเวลาพักน้ำที่คำนวณได้

สูตรคำนวณเวลาพักน้ำ

สูตรพื้นฐานคือ:

เวลาพักน้ำ (t) = ปริมาตร (V) ÷ อัตราการไหล (Q)

t = เวลาพักน้ำ โดยปกติวัดเป็นชั่วโมง
V = ปริมาตรของถังหรือบ่อ
Q = อัตราการไหลผ่านถังหรือบ่อ

ปริมาตรและอัตราการไหลต้องใช้หน่วยที่สอดคล้องกันก่อนนำมาหาร เครื่องคำนวณนี้จัดการแปลงหน่วยโดยอัตโนมัติ หน่วยที่รองรับมีดังนี้:

ปริมาตร: ลูกบาศก์เมตร (m³), ลิตร (L), แกลลอนของเหลวสหรัฐ (gal)

1 m³ = 1,000 ล.
1 แกลลอน = 3.785411784 ล. พอดี ดังนั้น 1 m³ ≈ 264.17 แกลลอน

อัตราการไหล: ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (m³/h), ลิตรต่อนาที (L/min), แกลลอนของเหลวสหรัฐต่อนาที (gal/min)

1 m³/h ≈ 16.67 ล./min
1 m³/h ≈ 4.40 แกลลอน/min

เวลา: ชั่วโมง, นาที, วินาที

1 ชั่วโมง = 60 นาที = 3,600 วินาที

วิธีคำนวณเวลาพักน้ำ

ป้อนปริมาตรของถังหรือบ่อ แล้วเลือกหน่วย
ป้อนอัตราการไหลผ่านถัง แล้วเลือกหน่วย
เลือกหน่วยของผลลัพธ์: ชั่วโมง นาที หรือวินาที
เครื่องคำนวณจะแปลงปริมาตรเป็นลูกบาศก์เมตรและอัตราการไหลเป็นลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง จากนั้นนำปริมาตรหารด้วยอัตราการไหลเพื่อหาเวลาพักน้ำ

ตัวอย่างการคำนวณ

ตัวอย่าง 1: บ่อสัมผัสคลอรีน

โรงผลิตน้ำประปาแห่งหนึ่งมีบ่อสัมผัสคลอรีนที่มีปริมาตร 500 m³ น้ำไหลผ่านบ่อด้วยอัตรา 100 m³/h

เวลาพักน้ำ = 500 m³ ÷ 100 m³/h = 5 ชั่วโมง

ตัวอย่าง 2: หน่วยผสม

ถังใบหนึ่งจุน้ำได้ 5,000 ลิตร โดยมีน้ำไหลเข้าด้วยอัตรา 250 ลิตรต่อนาที

ขั้นแรกแปลงเป็นลูกบาศก์เมตรและลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง:

5,000 ล. = 5 m³
250 ล./min × 0.06 = 15 m³/h

เวลาพักน้ำ = 5 m³ ÷ 15 m³/h = 0.33 ชั่วโมง หรือ 20 นาที

ตัวอย่าง 3: แกลลอน

ระบบกรองน้ำในสระว่ายน้ำมีความจุ 50,000 แกลลอน (190,000 ล.) และมีอัตราการไหลเท่ากับ 100 แกลลอน (380 ล.) ต่อนาที

แปลงเป็นลูกบาศก์เมตรและลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง:

50,000 แกลลอน × 0.003785411784 ≈ 189.27 m³
100 แกลลอน/min × 0.22712470704 ≈ 22.71 m³/h

เวลาพักน้ำ = 189.27 m³ ÷ 22.71 m³/h ≈ 8.33 ชั่วโมง

การใช้งานเวลาพักน้ำ

การผลิตน้ำประปา เวลาพักน้ำควบคุมระยะเวลาที่น้ำสัมผัสสารฆ่าเชื้อ เช่น คลอรีน หน่วยงานกำกับดูแล เช่น สำนักงานพิทักษ์สิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา กำหนดเวลาสัมผัสขั้นต่ำ เพื่อให้เชื้อก่อโรคถูกทำให้หมดฤทธิ์ก่อนน้ำที่ผ่านการบำบัดจะถึงผู้บริโภค บ่อตกตะกอนใช้เวลาพักน้ำที่นานกว่า ซึ่งมักเป็นเวลาหลายชั่วโมง เพื่อให้อนุภาคแขวนลอยตกตะกอน

การบำบัดน้ำเสีย กระบวนการบำบัดทางชีวภาพ เช่น ระบบตะกอนเร่ง ต้องมีเวลาพักน้ำเพียงพอให้จุลินทรีย์ย่อยสลายสารอินทรีย์ เวลาพักทางชลศาสตร์นี้แตกต่างจากเวลาเก็บกักของแข็ง (SRT) ซึ่งวัดระยะเวลาที่ตัวจุลินทรีย์อยู่ในระบบ โดยปกติ SRT ยาวนานกว่าเวลาที่น้ำอยู่ในระบบมาก

การจัดการน้ำฝน บ่อหน่วงน้ำใช้กักน้ำไหลบ่าหลังพายุ เพื่อให้ตะกอนและมลพิษตกตะกอนก่อนปล่อยน้ำออก โดยทั่วไปเวลาพักน้ำที่นานขึ้นจะกำจัดอนุภาคละเอียดได้มากขึ้น แต่ก็ต้องใช้บ่อที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

ระบบอื่น ๆ เวลาพักน้ำยังใช้กับถังปฏิกรณ์เคมี เครื่องแยกน้ำมันออกจากน้ำ และพื้นที่ชุ่มน้ำที่สร้างขึ้น รวมถึงระบบใด ๆ ที่ปริมาตรคงที่ใช้รองรับการไหลอย่างต่อเนื่อง

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

ใช้ค่าอัตราการไหลเฉลี่ยแทนค่าอัตราการไหลสูงสุด บ่อต้องมีเวลาพักน้ำเพียงพอเมื่อมีอัตราการไหลสูงสุด ไม่ใช่เฉพาะในสภาวะปกติ
ไม่คำนึงถึงการไหลลัดวงจร บ่อจริงมักให้เวลาพักน้ำที่มีประสิทธิผลน้อยกว่าค่าที่คำนวณได้ เพราะการไหลไม่ได้กระจายทั่วถังอย่างสม่ำเสมอ
สับสนหน่วยเวลา การสับสนระหว่างนาทีกับชั่วโมงทำให้ผลลัพธ์ผิดไป 60 เท่า
ใช้ปริมาตรรวมแทนปริมาตรสุทธิ อุปกรณ์ แผ่นกั้น และตะกอนสะสมลดพื้นที่ที่น้ำใช้ได้จริง

คำถามที่พบบ่อย

เวลาพักน้ำในการผลิตน้ำประปาคืออะไร เวลาพักน้ำคือเวลาเฉลี่ยที่น้ำอยู่ในถังหรือบ่อ คำนวณโดยนำปริมาตรหารด้วยอัตราการไหล ค่านี้แสดงว่ากระบวนการ เช่น การฆ่าเชื้อหรือการตกตะกอน มีเวลาเพียงพอที่จะทำงานหรือไม่

เวลาพักน้ำเหมือนกับเวลาคงอยู่หรือไม่ มักใช้คำทั้งสองแทนกันได้ วิศวกรบางคนใช้ “เวลาพักน้ำ” สำหรับค่าทางทฤษฎีที่คำนวณได้ และใช้ “เวลาคงอยู่” สำหรับระยะเวลาที่น้ำอยู่จริง โดยคำนึงถึงการไหลลัดวงจรและโซนอับแล้ว

เหตุใดเวลาพักน้ำจึงสำคัญ กระบวนการบำบัดหลายอย่างต้องใช้เวลาขั้นต่ำจึงจะทำงานได้ คลอรีนต้องมีเวลาสัมผัสเพื่อทำให้เชื้อก่อโรคหมดฤทธิ์ อนุภาคต้องใช้เวลาในการตกตะกอน และจุลินทรีย์ต้องใช้เวลาในการย่อยสารอินทรีย์ หน่วยงานกำกับดูแลจึงกำหนดเวลาพักน้ำขั้นต่ำสำหรับกระบวนการเหล่านี้หลายประเภท

เวลาพักน้ำอาจนานเกินไปได้หรือไม่ ได้ เวลาพักน้ำที่นานเกินไปอาจทำให้สาหร่ายเติบโตในบ่อเปิด ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานไปกับการเติมอากาศที่ไม่จำเป็น และเพิ่มต้นทุนการก่อสร้างจากการใช้ถังที่มีขนาดใหญ่เกินไป

อะไรทำให้เวลาพักน้ำจริงในถังแตกต่างจากค่าที่คำนวณได้ การไหลลัดวงจร โซนอับ ลมที่กระทำต่อบ่อเปิด และการแบ่งชั้นของอุณหภูมิ ล้วนทำให้เวลาพักน้ำที่มีประสิทธิผลสั้นกว่าค่าที่คำนวณได้

เครื่องคำนวณใช้แกลลอนชนิดใด ใช้แกลลอนของเหลวสหรัฐ ซึ่งเท่ากับ 3.785411784 ลิตรพอดี แกลลอนจักรวรรดิที่ใช้ในสหราชอาณาจักรมีขนาดใหญ่กว่า คือ 4.54609 ลิตร และไม่มีอยู่ในตัวเลือก

ควรใช้หน่วยเวลาใด กระบวนการที่เกิดขึ้นเร็ว เช่น การผสมอย่างรวดเร็ว มักวัดเป็นวินาทีหรือนาที ส่วนการตกตะกอนและการบำบัดทางชีวภาพมักวัดเป็นชั่วโมง กระบวนการที่ช้า เช่น การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน มักวัดเป็นวัน

เครื่องคำนวณเวลากักเก็บ - เครื่องมือการบำบัดน้ำและ HRT