محطة ضخ

محطات الضخ ، وتُسمى أيضاً ^بيوت الضخ ، هي مبانٍ ^تابعة للمرافق العامة تحتوي على مضخات ومعدات لضخ السوائل من مكان إلى آخر. وتُعدّ هذه المحطات بالغة الأهمية في العديد من أنظمة البنية التحتية ، مثل إمدادات المياه، ^وتصريف الأراضي المنخفضة ، والقنوات، ونقل مياه الصرف الصحي إلى مواقع المعالجة. كما تُشكّل محطة الضخ جزءاً لا يتجزأ من محطة توليد الطاقة الكهرومائية بالتخزين الضخّي .

صُممت محطات الضخ لنقل المياه أو مياه الصرف الصحي من مكان إلى آخر، متغلبةً على تحديات الجاذبية، وهي ضرورية للحفاظ على مستويات المياه في القنوات الصالحة للملاحة ، وتوفير المياه ، وإدارة مياه الصرف الصحي والفيضانات. في أنظمة القنوات، تساعد محطات الضخ على تعويض المياه المفقودة نتيجة استخدام الأقفال والتسرب، مما يضمن صلاحية الملاحة. وبالمثل، في تصريف الأراضي، تضخ المحطات المياه لمنع الفيضانات في المناطق الواقعة تحت مستوى سطح البحر، وهو مفهوم رائد خلال العصر الفيكتوري في أماكن مثل منطقة فينز في المملكة المتحدة. وقد أدى إدخال "محطات الضخ المدمجة" إلى تحديث أنظمة الصرف، مما أتاح حلاً فعالاً ومدمجاً للمناطق التي يكون فيها الصرف بالجاذبية غير عملي.

تختلف محطات ضخ المياه باختلاف استخداماتها، مثل الضخ من الآبار، وضخ المياه الخام، والضخ عالي الكفاءة، حيث صُممت كل منها لتلبية توقعات الطلب واحتياجات العملاء. أما محطات ضخ مياه الصرف الصحي، فقد صُممت لمعالجة مياه الصرف الصحي، بتصاميم تضمن الموثوقية والسلامة، مما يقلل من الآثار البيئية الناجمة عن الفيضانات. وقد أدت الابتكارات في تكنولوجيا المضخات وتصميم المحطات إلى تطوير محطات ضخ غاطسة، وهي أكثر إحكامًا وأمانًا، مما يقلل بشكل فعال من مساحة البنية التحتية لإدارة مياه الصرف الصحي ووضوحها. كما عززت وحدات التحكم الإلكترونية كفاءة محطات الضخ وقدراتها على المراقبة، وهو أمر ضروري للأنظمة الحديثة. وتمثل مشاريع التخزين بالضخ استخدامًا بالغ الأهمية لمحطات الضخ، حيث توفر طريقة لتخزين الطاقة وتوليدها عن طريق نقل المياه بين خزانات على ارتفاعات مختلفة، مما يُبرز تنوع محطات الضخ وأهميتها في مختلف القطاعات.

حظيت بعض محطات الضخ بتقديرٍ لأهميتها المعمارية والتاريخية، مثل محطتي ضخ كلافيرتون وكروفتون ، وهي محفوظة كمعالم متحفية. وتُبرز أمثلةٌ أخرى، مثل تصريف الأراضي في هولندا، وإمدادات المياه في هونغ كونغ، وتصريف المياه الزراعية في العراق، الدور الحيوي الذي تؤديه هذه المنشآت في دعم البنية التحتية الحديثة، والإدارة البيئية، وتخزين الطاقة.

في الدول التي تمتلك شبكات قنوات ، تكثر محطات الضخ. وبسبب آلية عمل نظام أهوسة القنوات ، يُفقد جزء من الماء من الجزء العلوي للقناة مع كل مرور سفينة. كما أن معظم بوابات الأهوسة ليست محكمة الإغلاق، لذا يتسرب بعض الماء من المستويات العليا للقناة إلى المستويات السفلى. ويجب تعويض هذا التسرب، وإلا فلن تستوعب المستويات العليا من القناة كمية كافية من الماء تجعلها غير صالحة للملاحة.

تُغذى القنوات عادةً بتحويل المياه من الجداول والأنهار إلى أجزائها العلوية، ولكن في حال عدم توفر مصدر مناسب، يمكن استخدام محطة ضخ للحفاظ على مستوى المياه. ومن الأمثلة على محطات ضخ القنوات محطة كلافيرتون للضخ على قناة كينيت وآفون في جنوب إنجلترا، المملكة المتحدة. تقوم هذه المحطة بضخ المياه من نهر آفون المجاور إلى القناة باستخدام مضخات تُدار بواسطة عجلة مائية تعمل بقوة النهر. ^{[ 1 ]}

في حال عدم توفر مصدر مياه خارجي، يمكن استخدام أنظمة الضخ العكسي. تُستخرج المياه من القناة أسفل أدنى هويس في سلسلة البوابات، ثم تُضخ عائدةً إلى أعلى السلسلة، لتكون جاهزة لمرور القارب التالي. عادةً ما تكون هذه المنشآت صغيرة الحجم.

عند تجفيف الأراضي المنخفضة، تتمثل الطريقة العامة في حفر قنوات تصريف . أما إذا كانت المنطقة تحت مستوى سطح البحر ، فمن الضروري ضخ المياه إلى أعلى في قنوات مائية تصب في النهاية في البحر.

وفي أماكن أخرى، تُستخدم محطات الضخ لإزالة المياه التي شقت طريقها إلى المناطق المنخفضة نتيجة للتسرب أو الفيضانات (في نيو أورليانز ، على سبيل المثال).

تختلف محطات ضخ المياه عن محطات ضخ مياه الصرف الصحي في أنها لا تحتاج إلى تصميم يراعي معدلات التدفق العالية في أوقات الذروة. ولها خمس فئات عامة: ^{[ 2 ]}

• مصدر (مثل البئر) مضخة تصب في خزان مرتفع
• ضخ المياه الخام من نهر أو بحيرة
• مضخة معززة داخلية تضخ إلى خزان مرتفع
• ضخ المياه المعالجة بكفاءة عالية تحت ضغط عالٍ
• معزز نظام موزع بدون خزان تخزين في نظام الأنابيب

تُنشأ محطات ضخ المياه في المناطق التي يكون فيها الطلب أو الطلب المتوقع محدداً بشكل معقول، ويعتمد على مزيج من احتياجات العملاء ومتطلبات تدفق المياه لمكافحة الحرائق. ويمكن أن يختلف متوسط ​​الاستهلاك السنوي للفرد من المياه، وساعات الذروة، والحد الأقصى اليومي اختلافاً كبيراً تبعاً لعوامل مثل المناخ، ومستويات الدخل، وعدد السكان، ونسب المستخدمين السكنيين والتجاريين والصناعيين. ^{[ 2 ]}

تُصمَّم محطات الضخ في أنظمة تجميع مياه الصرف الصحي عادةً للتعامل مع مياه الصرف الصحي الخام التي تُغذَّى من أنابيب الصرف الصحي الجوفية (أنابيب مائلة تسمح بتدفق السائل في اتجاه واحد بفعل الجاذبية). تُغذَّى مياه الصرف الصحي وتُخزَّن في حفرة تُعرف باسم البئر الرطبة . تُجهَّز البئر بأجهزة قياس كهربائية لرصد مستوى مياه الصرف الصحي. عندما يرتفع مستوى مياه الصرف الصحي إلى مستوى مُحدَّد مسبقًا، تُشغَّل مضخة لرفع مياه الصرف الصحي إلى أعلى عبر نظام أنابيب مضغوط يُسمى خط أنابيب الصرف الصحي الرئيسي، إذا كانت مياه الصرف الصحي ستُنقل لمسافة كبيرة. قد تُسمى محطة الضخ محطة رفع إذا كانت المضخة تُصرِّف مياهها ببساطة في فتحة تفتيش قريبة. ^{[ 3 ]} من هنا، تبدأ الدورة من جديد حتى تصل مياه الصرف الصحي إلى وجهتها النهائية، وهي عادةً محطة معالجة. بهذه الطريقة، تُستخدم محطات الضخ لنقل النفايات إلى مستويات أعلى. في حالة تدفق كميات كبيرة من مياه الصرف الصحي إلى البئر (على سبيل المثال، خلال فترات ذروة التدفق والأمطار الغزيرة)، تُستخدم مضخات إضافية. إذا كان هذا غير كافٍ، أو في حالة تعطل محطة الضخ، فقد يحدث انسداد في نظام الصرف الصحي، مما يؤدي إلى فيضان مياه الصرف الصحي - أي تصريف مياه الصرف الصحي الخام في البيئة.

تُصمَّم محطات ضخ مياه الصرف الصحي عادةً بحيث تكفي مضخة واحدة أو مجموعة مضخات للتعامل مع ذروة التدفق العادية. ويُدمج في النظام نظام احتياطي يضمن استمرارية التدفق في حال تعطل أي مضخة، حيث تتولى المضخة أو المضخات المتبقية معالجة التدفق المُصمَّم. ويُصمَّم حجم خزان التخزين في البئر الرطب بين وضعيتي تشغيل وإيقاف المضخة لتقليل عمليات بدء وإيقاف المضخة، مع الحرص على ألا يكون وقت الاحتفاظ طويلاً بما يكفي لتخمر مياه الصرف الصحي في البئر الرطب .

تُعدّ مضخات الصرف الصحي في الغالب مضخات طرد مركزي ذات شفط طرفي ودوافع مفتوحة ، وهي مصممة خصيصًا بممر مفتوح واسع لتجنب انسدادها بالرواسب أو التصاقها بالدوافع. ويُشغّل المضخة عادةً محرك حثي بتيار متردد رباعي أو سداسي الأقطاب. وبدلًا من توفير ممرات مفتوحة واسعة، تقوم بعض المضخات، وخاصةً مضخات الصرف الصحي الصغيرة، بتفتيت المواد الصلبة الموجودة في مياه الصرف الصحي إلى أجزاء أصغر يسهل مرورها عبر الدوافع.

يُعدّ الجزء الداخلي لمحطة ضخ مياه الصرف الصحي مكانًا شديد الخطورة. إذ يُمكن أن تتراكم الغازات السامة، مثل الميثان وكبريتيد الهيدروجين ، في البئر الرطبة؛ وسيُصاب أي شخص غير مُجهّز جيدًا يدخل البئر بالاختناق سريعًا بسبب الأبخرة. ويتطلب أي دخول إلى البئر الرطبة اتباع أسلوب الدخول الصحيح للأماكن المحصورة في البيئات الخطرة. ولتقليل الحاجة إلى الدخول، يُصمّم المرفق عادةً بحيث يُمكن إزالة المضخات والمعدات الأخرى من خارج البئر الرطبة.

تتضمن محطات ضخ مياه الصرف الصحي التقليدية بئرًا رطبة وبئرًا جافة. غالبًا ما يكونان نفس الهيكل مفصولين بفاصل داخلي. في هذا التصميم، تُركّب المضخات تحت مستوى سطح الأرض في قاعدة البئر الجافة بحيث تكون مداخلها تحت مستوى الماء عند بدء تشغيلها، مما يُهيئها ويزيد من ضغط الشفط الصافي المتاح . على الرغم من عزلها اسميًا عن مياه الصرف الصحي في البئر الرطبة، إلا أن الآبار الجافة تقع تحت الأرض، وهي مساحات مغلقة تتطلب اتخاذ الاحتياطات اللازمة للدخول. علاوة على ذلك، فإن أي عطل أو تسرب في المضخات أو الأنابيب قد يؤدي إلى تصريف مياه الصرف الصحي مباشرة في البئر الجافة، مع احتمال حدوث فيضان كامل. ونتيجة لذلك، تُركّب المحركات الكهربائية عادةً فوق مستوى الفائض، أي أعلى مستوى للماء في البئر الرطبة، وعادةً ما تكون فوق مستوى سطح الأرض، وتُشغّل مضخات الصرف الصحي عبر عمود رأسي ممتد. لحماية المحركات الموجودة فوق سطح الأرض من العوامل الجوية، تُبنى عادةً غرف ضخ صغيرة، تتضمن أيضًا لوحة المفاتيح الكهربائية والإلكترونيات الخاصة بالتحكم. هذه هي الأجزاء المرئية لمحطة ضخ مياه الصرف الصحي التقليدية، على الرغم من أنها عادةً ما تكون أصغر من الآبار الرطبة والجافة الموجودة تحت الأرض.

لا تتطلب محطات الضخ الحديثة بئرًا جافة أو غرفة ضخ، وعادةً ما تتكون من بئر رطبة فقط. في هذا التصميم، تُركّب مضخات الصرف الصحي الغاطسة المزودة بمحرك كهربائي موصول مباشرةً داخل البئر الرطبة نفسها، مغمورةً في مياه الصرف الصحي. تُركّب المضخات الغاطسة على سكتين توجيه رأسيتين وتُحكم إغلاقها على قاعدة ثابتة تُعرف باسم "قاعدة البطة"، والتي تُشكّل قاعدة تثبيت وانحناءً رأسيًا لأنبوب التصريف. لأغراض الصيانة أو الاستبدال، تُرفع المضخات الغاطسة بواسطة سلسلة من قاعدة البطة إلى أعلى سكتي التوجيه وصولًا إلى مستوى الصيانة (عادةً ما يكون على سطح الأرض). لإعادة تركيب المضخات، تُعكس هذه العملية ببساطة، حيث تُعاد المضخة إلى سكتي التوجيه وتُخفض على قاعدة البطة، حيث يُحكم وزن المضخة إغلاقها. نظرًا لأن المحركات محكمة الإغلاق ولا تتأثر بالطقس، فلا حاجة إلى أي هياكل فوق سطح الأرض، باستثناء كشك صغير يحتوي على لوحة المفاتيح الكهربائية وأنظمة التحكم.

نظراً لانخفاض المخاوف المتعلقة بالصحة والسلامة بشكل كبير، وصغر حجمها وقلة وضوحها، فقد حلت محطات ضخ مياه الصرف الصحي الغاطسة محل محطات الضخ التقليدية بشكل شبه كامل. علاوة على ذلك، تتضمن عملية تحديث محطة ضخ تقليدية عادةً تحويلها إلى محطة ضخ حديثة عن طريق تركيب مضخات غاطسة في البئر الرطبة، وهدم مبنى الضخ، وإلغاء البئر الجافة إما بتجريدها من محتوياتها أو بهدم الحاجز الداخلي ودمجها مع البئر الرطبة.

لطالما صممت شركات تصنيع المضخات أجهزة إلكترونية للتحكم في محطات الضخ ومراقبتها. واليوم، يشيع استخدام وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو وحدات التحكم الطرفية عن بُعد (RTU) لهذا الغرض، إلا أن الخبرة اللازمة لحل بعض المشكلات الخاصة تجعل من السهل اختيار وحدة تحكم مخصصة للمضخات. تُعد وحدات التحكم الطرفية عن بُعد (RTU) مفيدة للغاية في المراقبة عن بُعد لكل محطة ضخ من غرفة تحكم مركزية مزودة بأنظمة SCADA (نظام التحكم الإشرافي واكتساب البيانات). يُسهم هذا النظام في مراقبة أعطال المضخات ومستوياتها وغيرها من الإنذارات والمعايير، مما يزيد من كفاءتها.

يُعد نظام التخزين بالضخ نوعًا من محطات الطاقة لتخزين وإنتاج الكهرباء لتلبية ذروة الطلب العالية عن طريق نقل المياه بين الخزانات على ارتفاعات مختلفة.

عادةً، تُنقل المياه من خزان علوي إلى خزان سفلي عبر مولدات توربينية لتوليد الكهرباء. ويتم ذلك عندما تحتاج المحطة إلى توليد الطاقة. أما خلال فترات انخفاض الطلب، مثل الليل، فتُعكس المولدات لتصبح مضخات تُعيد المياه إلى الخزان العلوي.

توجد آلاف لا حصر لها من محطات الضخ في جميع أنحاء العالم. فيما يلي قائمة بتلك الموصوفة في هذه الموسوعة.

• محطة ضخ إدمونستون
• غرفة التحكم (محطة المياه)  - تتضمن بعض غرف التحكم محطات ضخ
• مضخة غاطسة
• ضخ المياه
• مضخة هواء

• كيفية اختيار المضخة المناسبة لمحطة الضخ الخاصة بك
• كيفية العناية بمحطة الضخ المعبأة الخاصة بك
• كم تبلغ تكلفة محطات ضخ مياه الصرف الصحي؟