טיפול בשפכים מוניציפליים ותעשייתיים הפך לאחד הנושאים המרכזיים בסדר יומה הלאומי של מדינת ישראל ושל מדינות העולם, ולא בכדי, טיפול בשפכים מאפשר להשתמש במי קולחין מושבים להשקיה חקלאית במקום במים שפירים (מי שתייה), וכן מסייע בשמירה על איכות הסביבה.
איור 1. *נלקח מאתר אינטרנט של FAO
ישנן שיטות שונות לטיפול בשפכים אשר נקבעות ע”פ סוג השפכים, רמת הטיהור הנדרשת, שטח זמין, ועוד. הסכמה בעמוד הבא מסכמת את השלבים השונים לטיפול בשפכים:
מבין שלבי הטיפול השונים, (איור 1) השלב העיקרי הן מבחינת חשיבותו לתהליך והן מבחינת העלויות והמורכבות הינו שלב הטיפול הביולוגי. למעשה בתהליך הביולוגי נצרך מרבית החומר האורגני אשר קיים בשפכים ע”י בקטריות אשר משתמשות בו לבניית התאים שלהם בזמן הגדילה וההתרבות שלהם בשפכים. הבקטריות זקוקות לחומר אורגני זמין, לנוטריינטים (חנקן וזרחן) ולחמצן על מנת להתפתח בצורה תקינה. חומרים אורגניים ונוטריינטים נמצאים בד”כ בשפע בשפכים ואלו הם החומרים אשר למעשה אנו רוצים לסלק מן השפכים, בעוד הגורם המגביל הינו כמות החמצן המומס בשפכים, מכיוון שצריכת החמצן המומס של הבקטריות הינה גבוהה מן הכמות המסופקת באופן טבעי לשפכים (ע”י פוטוסינתזה, ובדיפוזיה מן האוויר על פני השטח) יש צורך בהחדרת חמצן לשפכים באופן יזום.
תמונה 1. מאורר שטח
ישנן 2 שיטות עיקריות לאספקת חמצן לשפכים, האחת הינה אוורור שטח פני המים (תמונה 1), שיטה זו מתבצעת ע”י התקנת מאווררים מכאניים על פני המים אשר יוצרים תרסיס של מים לאוויר וכתוצאה מהמגע בין טיפות המים לאוויר נספג החמצן במים. השיטה השנייה הינה דחיסת אוויר לעומק המים ובעבוע של האוויר ע”י דיפיוזרים ליצירת בועות אוויר אשר עולות מעלה (תמונה 2), כתוצאה מכך במהלך העליה של הבועות למעלה מומס החמצן מבועת האוויר במים. שתי השיטות נמצאות בשימוש נרחב בארץ ובעולם, כאשר שיטת הבעבוע של האוויר הינה נפוצה יותר בשנים האחרונות כתוצאה מיעילות מעבר חמצן גבוהה יותר אשר גורמת לחסכון באנרגיה וכמו כן יתרונות נוספים של תפעול, בקרה ושליטה ובטיחות.
שיטת האוורור באמצעות פעפוע אוויר בעומק הנוזל הינה דורשת התקנה של דיפיוזרים בקרקעית הריאקטור כאשר הדיפיוזרים חייבים להיות מפולסים על מנת לגרום לפיזור אחיד של האוויר על פני שטח הדיפיוזר ובין הדיפזיורים השונים. על כן נוצר מצב בו יש אפשרות להתקין מערכות אוורור אלו רק כאשר הריאקטורים מרוקנים ורק כאשר ריצפת הריאקטור הינה קשיחה ומפולסת וניתן לעגן אליה את הדיפיוזרים. כך שלמעשה סקטור רחב של מתקני טיפול בשפכים אשר תוכננו/מתוכננים בבריכות חפורות (בהן אין ריצפה שניתן לעגן אליה את הדיפיוזרים) או מתקנים קיימים אשר אין ביכולתם לרוקן את הריאקטורים הביולוגיים אינם יכולים להשתמש בשיטת אוורור זו ונאלצו להשתמש באוורור שטח.
מפל אנרגיה ירוקה בע”מ פיתחה מערכת אשר מציפה את הדיפיוזרים ולמעשה על ידי כך פתחה את הדלת למתקני טיפול שפכים רבים לשימוש בשיטת אוורור של פעפוע אוויר.
מערכת פעפוע האוויר הצפה של מפל מורכבת מ-4 חלקים עיקריים:
1) מצופים ומאזנים
2) צנרת אוויר אנכית
3) סעפת חלוקה
4) דיפיוזרים
תמונה 2. דיפיוזר בועות עדינות
המערכת מותקנת בעזרת מנוף, כאשר אין צורך בריקון של הנוזל מן הריאקטור ולכן תהליך הטיפול בשפכים אינו מופסק, המערכת צפה על פני המים ולכן ניתן למקם אותה בקלות ובנוסף ניתן לשלוף אותה החוצה לתחזוקה שוטפת או במקרה של תקלה.
יעודה העיקרי של מערכת הדיפיוזרים הצפה היה החלפה של מאווררי שטח בבריכות חפורות, ולמפל התקנות רבות בסקטור זה. בהמשך הדרך יתרונותיה של המערכת הצפה הביאו לשימושים נוספים, החלפת מאוררי שטח בריאקטורים אשר לא ניתנים לריקון, תגבור מערכות אוורור קיימות בזמני תקלה או בזמני עומס חריג, טיפול ומניעת ריחות במאגרי מים מזוהמים ועוד. לאחרונה מפל זיהתה את הדרישה הרבה למתן פתרון זמני למצוקת חמצן במכוני טיהור שפכים, ופיתחה מערך השכרה אשר כולל יחידות דיפיוזרים צפות, מפוחים וצנרת אוויר. כך שלמעשה תוך מספר שעות עד מספר ימים מפל יכולה לספק מערכת אוורור מוכנה לפעולה אשר תספק כמויות חמצן נוספות לפי דרישת הלקוח. מערכת ההשכרה של מפל מותקנת בכמה מפעלים ברחבי הארץ אשר סבלו ממצוקת חמצן בריאקטור הביולוגי עקב תקלה במערכת האוורור הקיימת ובנוסף כפתרון לבעיית ריח ממקור מים שהזדהם.
להלן מקרה דוגמא של השכרת מערכת דיפיוזרים צפה אשר הותקנה בבריכות מי נגר שהזדהמו וגרמו למטרד ריח לסביבה ובנוסף כתוצאה מן הזיהום לא ניתן היה להזרים את המים למאגר לשימוש עתידי בהשקיה חקלאית (תמונה 1). מערכת מפל הושכרה למשך כחודשיים, המערכת כללה 5 יחידות אוורור, כ”א מצוידת ב-32 דיפיוזרים טובולרים, מפוח לספיקה של עד 1,500 מק”ש, וצנרת לפיזור האוויר ליחידות.
חברת מפל אפיינה את כמות החמצן הדרושה לטיפול בזיהום ובהתאם תכננה את המערכת הדרושה ואת זמן הטיפול הדרוש בגוף המים. מכיוון שלא הייתה זרימה נכנסת או יוצאת מן הבריכה, כמות החמצן הדרושה הייתה פונקציה של נפח הבריכה וריכוז המזהמים, סה”כ כמות החמצן הדרושה הייתה כ-100,000 ק”ג חמצן בתנאים סטנדרטיים, כאשר זמן הטיפול נקבע לכ-60 יום, ועל כן מערכת מפל תוכננה לספק כ-70 ק”ג חמצן בשעה. הדיפיוזרים צפו בעומק של 3.2 מטר ויעילות מסירת החמצן חושבה לכ-18% ועל כן ספיקת האוויר הנדרשת הינה כ-1,400 מק”ש בתנאים סטנדרטיים. להלן גרף המתאר את תוצאות המעבדה מלפני ואחרי השימוש במערכת האוורור (ראה גרף 1). לגבי ישראל, נוכח אימוץ תקנות “ועדת ענבר” ע”י
גרף 1.
ממשלת ישראל בשנת 2010 (תקנות בריאות העם (תקני איכות מי קולחין וכללים לטיהור שפכים, 2010 התש”ע) אשר מחייבות את הרשויות ותאגידי המים בטיהור שפכים ברמה גבוהה לרבות טיפול שלישוני, נדרשות עיריות ורשויות מקומיות רבות לשדרג את מתקני טיהור השפכים שלהן שעלויות גבוהות על מנת לעמוד בדרישות החוק. המשמעות התקציבית של יישום תקנות ועדת ענבר הינן עלויות של מאות מיליוני שקלים בהקמת מתקני טיפול בשפכים חדשים.
הפתרון של מפל מאפשר לשדרג את המתקנים הקיימים על פי דרישות תקנות וועדת ענבר בעלויות נמוכות יחסית, הן מבחינת הקמת המערכת והן מבחינת צריכת האנרגיה ועלויות האחזקה והתפעול של מתקני הטיהור. וזאת מכיוון שהמערכת של מפל מאפשרת שימוש ככל האפשר בבריכות ובמתקנים קיימים ומייתרת את הצורך בהקמת מתקנים חדשים. חשוב לא פחות, השיטה מסייעת במניעת זיהום סביבתי בנחלים ובים. את המתקנים המצויידים במערכת של מפל אין צורך לרוקן כשיש תקלה, לפיכך אין צורך להזרים מי שפכים מזוהמים אל הנחל הסמוך או אל הים.
הכותב ניר אנגל הינו מהנדס תהליך בחברת מפל אנרגיה ירוקה
