مضخة يدوية

يُعدّ كلٌّ من الشفط والرفع من الاعتبارات المهمة عند ضخ السوائل. الشفط هو المسافة الرأسية بين السائل المراد ضخه ومركز المضخة ، بينما الرفع هو المسافة الرأسية بين المضخة ونقطة التسليم. ^{[ 5 ]} يقتصر عمق الشفط الذي يمكن أن تصل إليه المضخة اليدوية على أقل من سبعة أمتار بفعل الضغط الجوي. ^{[ 6 ]} أما ارتفاع الرفع الذي يمكن أن تصل إليه المضخة اليدوية فيعتمد على قدرة المضخة والمشغل على رفع الوزن في أنبوب التسليم. وبالتالي، يمكن للمضخة والمشغل نفسيهما تحقيق رفع أكبر باستخدام أنبوب ذي قطر أصغر مقارنةً بأنبوب ذي قطر أكبر.

إضافةً إلى استخدامها في سحب المياه من مصادر المياه الجوفية الضحلة لتوفير إمدادات المياه، طُوِّر نوع آخر من مضخة الشفط اليدوية، ذات الرفع المنخفض والتدفق العالي، في أواخر القرن التاسع عشر لاستخدامها كمضخة تصريف مياه قاع السفن (للسفن الساحلية الصغيرة) وكمضخة لمقاولي مواقع البناء. عُرفت هذه المضخة باسم مضخة الفيضان. ^{[ 7 ]} ومن بين الشركات المصنعة التي أنتجت هذا المنتج منذ أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر وحتى أوائل القرن العشرين شركة غولدز للتصنيع. ^{[ 8 ]}

عند الحاجة إلى رفع الماء إلى ارتفاع أعلى من مستوى عمل مضخة الشفط أو الرفع بكفاءة (حوالي سبعة أمتار)، أو لرفع الضغط بحيث يخرج الماء من فوهة بقوة كبيرة، كما هو الحال في خراطيم إطفاء الحرائق، يمكن استخدام مضخة ضغط. وكما هو الحال مع مضخة الشفط ، تعتمد هذه المضخة اليدوية على مشغل لضخ الماء عبر مقبض. إلا أن الفرق يكمن في أنه بعد سحب الماء عبر الصمام السفلي (نتيجة لرفع المكبس المتصل بالمقبض)، يكون خروجه عبر أنبوب أو فوهة في جانب الأسطوانة الرئيسية. وبمجرد سحب الماء فوق الصمام السفلي واحتجازه هناك، يُدفع بقوة للخارج عند دفع المكبس أو الغطاس للأسفل في الشوط التالي. ^{[ 9 ]}

السيفون (أو السيفون) في أبسط صوره عبارة عن أنبوب منحني، يُغمر أحد طرفيه في الماء المراد نقله، بينما يُغمر الطرف الآخر في وعاء لاستقبال الماء. يجب أن يكون مستوى الماء في الوعاء المستقبل أقل من مستوى الماء في الوعاء المُزوِّد. ^{[ 10 ]} يسعى الماء دائمًا إلى إيجاد أدنى مستوى له. وبناءً على هذا المبدأ، تُستخدم مضخات يدوية بسيطة مزودة بصمامات قلابة في كل طرف لتفريغ عبوات الوقود أو الماء في الخزانات. بمجرد أن يملأ السائل جزءًا كافيًا من الأنبوب، يتدفق السائل تلقائيًا من الوعاء الأعلى إلى الوعاء الأدنى. تسمح العديد من المضخات اليدوية بمرور السائل من خلالها في اتجاه التدفق، وتُعد المضخات الغشائية فعالة جدًا في هذا الصدد. وبالتالي، عندما تكون المستويات صحيحة، يمكن تفريغ كميات كبيرة من السوائل، كما هو الحال في حمامات السباحة، بجهد قليل جدًا ودون استهلاك طاقة مُكلف.

تتكون المضخة السلسلية من سلسلة لا نهائية تحمل سلسلة من الأقراص التي تنزل في الماء، ثم تصعد داخل أنبوب، حاملةً معها كمية كبيرة من الماء. وهي تقنية ضخ يدوية قديمة وبسيطة الصنع ^{[ 11 ].} في القرن الثامن عشر، كانت تُستخدم كمضخات تصريف مياه قاع السفن ^{[ 12 ]} . المضخة السلسلية نوع من مضخات المياه التي تستخدم سلسلة لنقل الماء من مكان إلى آخر. تعمل على مبدأ حلقة متصلة من السلسلة تتحرك عبر سلسلة من التروس، مع دلاء متصلة ترفع الماء عندما تمر السلسلة فوق الترس العلوي وتفرغه عندما تصل السلسلة إلى القاع ^{[ 13 ] .}

تتميز المضخات اليدوية ذات الحركة المباشرة بذراع ضخ يُحرك لأعلى ولأسفل مباشرةً بواسطة المستخدم، مما يؤدي إلى ضخ الماء. تتميز هذه المضخات بسهولة تركيبها وصيانتها، ولكنها محدودة بأقصى ارتفاع لعمود الماء الذي يمكن للشخص رفعه يدويًا، وهو 15 مترًا. من أمثلة هذه المضخات مضخة كانزي ^{[ 14 ]} ومضخة إيماس ^{[ 15 ] .}

تُستخدم مضخات الآبار العميقة اليدوية لرفع المياه إلى ارتفاعات تزيد عن 15 مترًا. نظرًا لثقل عمود الماء، يصعب رفعه مباشرةً، لذا يُستخدم نظام ميكانيكي ذو فائدة، مثل الرافعة أو دولاب الموازنة. تتطلب مضخات الرفع العالي قوة ومتانة أكبر لتحمل الضغوط الإضافية. يُعد تركيب وصيانة وإصلاح مضخات الآبار العميقة اليدوية أكثر تعقيدًا من المضخات اليدوية الأخرى. نظريًا، لا يوجد حد أقصى لعمق استخراج المياه من مضخة الآبار العميقة اليدوية. عمليًا، يُحدد العمق بالقدرة البدنية التي يستطيع الإنسان بذلها لرفع عمود الماء، والتي تبلغ حوالي 30 مترًا.

تتميز مضخات الحجاب الحاجز بميزة الضخ الخفيف نسبيًا لعدم احتوائها على قضبان سحب، كما أنها مقاومة للتآكل. أما عيبها فيكمن في حاجتها إلى طول محدد من الأنابيب وأغشية مطاطية عالية الجودة، وهي مكلفة وغير فعالة نسبيًا نظرًا للجهد الإضافي المطلوب لتشكيل الغشاء. ومع مرور الوقت، تتسرب الأغشية المطاطية وتحتاج إلى استبدال. ولأن هذه العملية معقدة ومكلفة في الغالب، تُهمل مضخات الحجاب الحاجز العاملة في المناطق الريفية الفقيرة بمجرد تلف الغشاء.

تتكون مضخات التجويف التقدمي من دوار حلزوني مفرد مُثبَّت داخل ثابت حلزوني مزدوج. عند دوران الدوار، تتحرك الفراغات الموجودة في الثابت لأعلى على طول محور الدوران. قد تحتوي مضخات التجويف التقدمي على آليات تروس معقدة، ويصعب على فنيي المضخات المحليين صيانتها وإصلاحها. تُعد مضخة الحبل والحلقة نوعًا من مضخات التجويف التقدمي اليدوية.

يُبين الجدول أدناه نطاق الرفع لأنواع مختلفة من المضخات اليدوية: ^{[ 16 ] [ 17 ]}

VLOM، اختصارًا لـ "التشغيل والصيانة على مستوى القرية" ، هو مصطلح استُخدم لأول مرة خلال مشروع مضخات المياه اليدوية الريفية التابع لبرنامج الأمم المتحدة الإنمائي والبنك الدولي. استمر هذا المشروع من عام 1981 إلى عام 1991، ودرس مدى توفر أنظمة المضخات اليدوية وصيانتها. تم تحليل 40 نوعًا من المضخات اليدوية في المختبرات ، كما تم تحليل أداء 2700 مضخة يدوية ميدانيًا. خلصت الدراسة إلى أن هيكل الصيانة المركزي كان سببًا للعديد من المشاكل في برامج المضخات اليدوية، وأن الصيانة على مستوى القرية هي الأفضل. ^{[ 1 ]}

طُبِّق مفهوم VLOM في البداية على المعدات، بهدف: إمكانية الصيانة من قِبَل عمال القرى، وتصنيع قطع الغيار محليًا لضمان توفرها، والمتانة في الميدان، والفعالية من حيث التكلفة. ومع مرور الوقت، ازداد التركيز على إدارة الصيانة، فأصبح الحرف "M" يرمز إلى "إدارة الصيانة". ولذلك، اكتسبت خيارات المجتمع الأوسع في اختيار الخدمة، والجهة التي ستتولى الصيانة، والمساءلة المالية للمجتمع تجاه القائمين على صيانة المضخة، أهميةً أكبر ضمن مفهوم VLOM. ^{[ 1 ]}

يواصل المركز السويسري للموارد والاستشارات للتنمية، Skat، العمل على تصميم ودعم هيكل تطوير المضخات اليدوية بصفته الجهة المضيفة لأمانة شبكة إمدادات المياه الريفية (RWSN).

من الأمثلة على المشاريع الممولة من البنك الدولي والتي تسلط الضوء على العديد من مشاكل المضخات اليدوية، مشروع مالي للإمدادات الريفية لعام 1992. وقد وفر هذا المشروع المياه النظيفة لحوالي 230 قرية ريفية معرضة لفترات الجفاف، و228 ألف نسمة. ^{[ 19 ]} ويُذكر أن المشروع سعى إلى تحميل القرى نفسها مسؤولية صيانة المضخات. ويُعدّ تعقيد المضخات مشكلة أساسية تواجه جميع البرامج من هذا النوع، فضلاً عن جودة المضخات نظراً للاحتياجات الكبيرة للقرى. ^{[ 19 ]} وأظهرت دراسة أجريت عام 1994، بتمويل من البنك الدولي أيضاً، حول متانة المضخات اليدوية في أفريقيا، أن ما بين 41 و51 بالمئة فقط من المضخات اليدوية لا تزال تعمل. ^{[ 19 ]} وقد أثر مشروع مالي للإمدادات الريفية إيجاباً على إطالة عمر المضخات اليدوية من خلال ما يلي: إنشاء مستودعات محلية لقطع الغيار، وتدريب الأفراد على صيانة المضخات، وجدولة عمليات تفتيش من قبل مسؤولي المشروع، وتشكيل لجان محلية، وتجنيد متطوعين.

حظيت فوائد استخدام المضخات اليدوية في الدول النامية باهتمام كبير ، مقارنةً بالأساليب التقليدية. ففي المجتمعات التي تعتمد على المياه الجوفية، سواءً من خلال الآبار أو الحفر، يُثير استخدام نظام الدلو والحبل مشاكل صحية. إذ لا يتوافق هذا النظام مع استخدام غطاء خرساني، الذي يمنع تلوث المياه الجوفية. إضافةً إلى ذلك، قد تتلوث المضخات اليدوية بالأيدي غير المغسولة. تتجنب المضخات اليدوية هذه المشاكل، ولذا فهي الخيار الأمثل. ^{[ 1 ]} مع ذلك، لم يتوقف القرويون عن استخدام الوسائل التقليدية لجمع المياه خلال هذا المشروع، لا سيما عندما وفرت الأمطار مصادر مياه ضحلة. غالبًا ما كانت هذه الآبار الضحلة أسهل وصولًا من الآبار المزودة بمضخات يدوية. وعندما وُضع القرويون أمام خيار استخدام المياه السطحية أو الذهاب إلى المضخات اليدوية، اختار العديد منهم الخيار الأول. ^{[ 19 ]}

بالإضافة إلى ذلك، كان تلوث المياه بالحيوانات واختلاط المياه الجوفية بالمياه السطحية من العوامل التي ساهمت في تدني مستوى الصرف الصحي. ^{[ 19 ]} ومن المشكلات الأخرى التي واجهها المشروع أن المضخات لم تكن قادرة على توفير أكثر من 20 لترًا من الماء للفرد يوميًا، مما استلزم توزيعًا غير واقعي لمواعيد سحب المياه. ^{[ 19 ]} علاوة على ذلك، سحبت العديد من المستودعات دعمها بعد نفاد المخزون المُتبرع به، وانتهت العقود الممنوحة للاستشاريين، ولم تُجرَ الصيانة وفقًا للمعايير المطلوبة. ^{[ 19 ]} وأظهرت دراسة أجراها البنك الدولي في يونيو 2008 بعنوان "مراجعة فعالية مشاريع إمدادات المياه الريفية في الهند" أن حوالي 45% من مشاريع المياه الريفية الموصولة بالأنابيب ركزت على الصيانة الطارئة بدلًا من الصيانة الدورية. كما أفادت التقارير أن حوالي 20% منها تعاني من "إهمال جسيم أو شبه جسيم للصيانة". ^{[ 20 ] [ 21 ]}

يعتمد مدى جدوى مشروع استخدام المضخات اليدوية في دولة نامية على الجهة الممولة. ومع ذلك، يُظهر مثال مشروع مساعدات لإثيوبيا عام ١٩٩٢ التكلفة التي سيتكبدها السكان المحليون المستفيدون منه. ^{[ ٢٢ ]} ويتعلق هذا المثال بمجتمعات ريفية معزولة في جنوب البلاد.

تم استيراد 165 مضخة يدوية من طراز أفريديفس من الهند. بلغت تكلفة كل مضخة حوالي 700 دولار أمريكي، شاملةً التخليص الجمركي والنقل والتركيب. تخدم كل مضخة حوالي 55 أسرة. في ذلك الوقت، حدد البنك الدولي أن متوسط ​​دخل الفرد في إثيوبيا يبلغ 120 دولارًا أمريكيًا. صُممت المضخة اليدوية، التي أنتجها باحثون في جامعة واترلو ثم جرى تطويرها في جامعة مالايا ، مع مراعاة سهولة الحصول على قطع الغيار محليًا. يمكن استخدام مواد متوفرة بسهولة، مثل حبل مغطى بدهن الدجاج أو حزام جلدي، لضمان الصيانة. تبيع شركة جواز للتنمية هذه المضخات بأسعار تتراوح بين 160 و300 دولار أمريكي. وبالتالي، سيُخصص 11% من الدخل السنوي للحصول على مياه نظيفة. وهذا يزيد عن ضعف النسبة التي حددها البنك الدولي ، وهي 5%، كحد أقصى للمبلغ الذي يجب أن تدفعه الأسرة. ^{[ 22 ]}