דו"ח סיור במתקן ההתפלה באשקלון

 דוח סיור -מתקן ההתפלה באשקלון

נושא הסיור: מתקן ההתפלה באשקלון(ותהליך ההתפלה).

מקום הסיור: בעיר אשקלון.

התאמת המקום לפעולת ההתפלה: המקום מותאם לפעולת ההתפלה בכך שנמצא ליד הים (אשקלון היא עיר ליד הים) בשביל שיהיה אפשר לשאוב מים מהים בשביל הפעולה (בפעולת ההתפלה הופכים מי ים למים ראויים לשתייה).

תהליך ההתפלה: תהליך ההתפלה מחולק לחמישה שלבים:

1.    שאיבת מי ים.

2.    סינון    סינון גס- מעבירים את המים דרך שכבות של חול ופחם  

                                   

ישנה מערכת השבת אנרגיה המאפשרת למחזר את התמלחת ובכך משיבה 50% אנרגיה וחוסכת בחשמל 

יתרונות:

*שימוש במי הים הרבים ושמירה על מאגרי הכנרת שכמותם הולכת   ופוחתת.

*מבחינה סביבתית  ההתפלה עדיפה על שימוש במי תהום או במי נגר. היא גם מביאה לשיפור באיכות המים , הפחתת אבנית ושיפור מי התהום.

*הודות  לשיפורים טכנולוגיים עלויות ההתפלה הולכות ופוחתות והייצור משתפר ומתייעל.  אמנם מים שפירים טבעיים זולים ממים מותפלים, אך כששוקלים את הנזקים שייגרמו לכלכלה ולחברה -  ייבוש שטחי החקלאות והגנים - בגלל מחסור במים , אין ברירה, אלא להתפיל מים מלוחים.

חסרונות:

*ההתפלה יוצרת בעיות אקולוגיות. רוב מפעלי ההתפלה מייצרים מלח בריכוז גבוה שצריך לסלקו והוא מוחזר אל הים, דבר המשפיע לרעה על הסביבה הימית -  מלח בריכוז גבוה יכול לפגוע בבעלי חיים ימיים.

*על פי מחקר שביצעו חוקרים ישראלים התברר שהשקיה במים מותפלים עלולה לגרום לנזקים לגידולים חקלאיים, זאת, מאחר שהמים המותפלים חסרים מינרלים החיוניים לבריאותו של הצמח. וכן אפשרות זיהום של מי התהום.

זיהום האוויר על ידי מתקני ההתפלה ופליטי גזי חממה.

*גם אם ממשלת ישראל תמצא לנכון שההתפלה היא הפתרון למצוקת המים שלנו, ותשקיע את הכסף הנדרש, עדיין יחלפו עוד שנים רבות עד שתושבי מרכז הארץ יזכו ללגום את כוס המים המותפלים הראשונה. 

                                                                                                                                                           

מושג שלמדתי:

ממברנה-ממברנה או קרומית הוא שם כולל לקרום דק.

שאלות שמעניינות אותי:

1.     מהו סינון מיקרוני וכיצד הוא עובד?

2.     מדוע המפעל בנוי דווקא בצורה זו?

שיטות להטפלת מים

שיטת הזיקוק

שיטת הזיקוק מתבססת על ההבדלים בנקודת הרתיחה בין המים לבין המלחים המומסים בתוכם: מחממים את תמיסת המים והמלחים עד לרתיחת המים; המים הרותחים מתאדים, ואילו המלחים נשארים; את אדי המים מקררים והם מתעבים למים מתוקים - ללא מלחים.
אמנם שיטת הזיקוק דורשת אנרגיה להרתחת המים ולהפיכתם לאדים, אך ניתן לייעל את התהליך ולחסוך באנרגיה בכך שאת את החום, המשתחרר בזמן עיבוי האדים, מנצלים לחימום התמיסה המקורית בשיטה, שנקראת זיקוק רב שלבי.

סיור לימודי - מתקן ההתפלה באשקלון

סיור לימודי

להטפלת המים בשיטת האוסמוזה ההפוכה יש  כמה שלבים:

1. שואבים את מי הים בעזרת צינור ענק
2. סינון המים-מתחלק לשני שלבים: סינון גס:העברת המים דרך חול ופחם מיוחד
                                                  סינון מיקרוני:העברת המים דרך קרום בררני
3. מעבירים את הלחץ של המים ל- 70 [BAR]
4. העברת המים בלחץ של 70- [BAR] דרך ממברנות ובסוף המים הנקיים יוצאים בלחץ של 0[BAR]
5.טיפול משלים: בגלל שבמים רגילים יש ויטמינים נוספים אז מוסיפים סידן לתוך המים המוטפלים

ידע כללי על התפלה

התפלה (או התפלת מים) היא תהליך הפרדה בין מים לחומרים המומסים בהם (מלחים ומינרלים), על מנת לקבל מים הראויים לשתייה או לחקלאות. המילה "התפלה" נגזרת מהמילה "תפל" - חסר טעם, מכיוון שהתהליך מסיר את מליחותם של המים.

הסיבות להתפלה[עריכת קוד מקור | עריכה]

שלוש סיבות עיקריות להתפלה:

• פתרון למחסור במים: אפשרות למלא את המחסור במים שפירים, באמצעות הפקת מים איכותיים במחירים סבירים ממאגר מים בלתי נדלה שהוא הים.
• איכות המים: תהליך ההתפלה מביא לשיפור משמעותי באיכות המים. איכות המים המופקים ממתקני ההתפלה טובה בהרבה מאיכות מי השתייה הנדרשים בתקנות מי השתייה של משרד הבריאות. בנוסף, כתוצאה מתהליך ההתפלה קשיות המים קטנה באופן משמעותי וכפועל יוצא מכך ישנה הפחתה משמעותית באבנית. יתרון נוסף הינו קבלת קולחים במליחות נמוכה בהרבה מהקיים היום, דבר המאפשר שיפור ביבול החקלאי ושיפור משמעותי לא פחות של מי התהום.
• יתרון כלכלי: הודות לשיפורים הטכנולוגיים ולתחרותיות בשוק, עלויות ההתפלה הולכות ופוחתות בצד שיפור וייעול הייצור. מים מותפלים אמנם יקרים יותר ממים שפירים טבעיים, אך העלות הנוספת זניחה ביחס לנזק הכלכלי הנגרם מייבוש שטחי החקלאות והגנים.

שיטות התפלה

ישנם תהליכים רבים המסוגלים להפחית ריכוזי מלחים מתמיסות. קיימים שלושה סוגי מי גלם עיקריים המשמשים להתפלה: מים שפירים, מים מליחים ומי ים.

• מים שפירים, (שמקורם בעיקר ממי תהום ומים עיליים לרבות נהרות ואגמים), מוגדרים כמים שריכוז סך המוצקים המומסים בהם הוא מתחת ל-1,000 מג"ל.
• מים מליחים, מוגדרים כמים שריכוז סך כל המומסים בהם הוא בתחום של 1,000-15,000 מג"ל.
• מי ים, מוגדרים כמים שריכוז סך המומסים בהם הוא בתחום של 15,000 עד 50,000 מג"ל.

ניתן לסווג שיטות להתפלת מים לפי סוג התהליך:

תהליכי אידוי

המים מתאדים בהדרגה תוך מעבר בין מספר תאים, בהם רמת הטמפרטורה והלחץ משתנים. בכל אחד מהתאים מתאדה כמות מסוימת של מים, ואילו המלחים נותרים במים שלא מתאדים. המים עם המלחים (כמחצית ממי הגלם) מסולקים בחזרה לים כתמלחת. אדי המים עוברים תהליך עיבוי, בו נאספות טיפות המים ומתקבלים מים מותפלים.

תהליכי ממברנות

טכנולוגיה חדשה יותר מטכנולוגיות האידוי. הידוע והנפוץ בתהליכים אלו הוא האוסמוזה ההפוכה. בתהליך זה דוחסים את המים המלוחים דרך ממברנות המאפשרות מעבר מים בלבד ומונעות מעבר מלחים. המים שעוברים דרך הממברנות הם מים מותפלים, ואילו המים שנשארים בתמיסה הם רכז המוזרם חזרה לים. דוגמאות נוספות לטכנולוגיות כאלה הן אלקטרודיאליזה, החלפת יונים וסינון ננו.

שיטות נפוצות[עריכת קוד מקור | עריכה]

• שיטות להתפלת מים שפירים: "אלקטרודיאליזה", "סינון- ננו", "אוסמוזה הפוכה" "והחלפת יונים"
• שיטות להתפלת מים מליחים: "אוסמוזה הפוכה" "ואלקטרודיאליזה"
• שיטות להתפלת מי ים: "אוסמוזה הפוכה", "זיקוק בדחיסת אדים" "וזיקוק רב שלבי"

הסברים לשיטות:

• אוסמוזה הפוכה

 ערך מורחב – אוסמוזה הפוכה

אוסמוזה הפוכה משמשת להתפלת מי ים ומים מליחים ואספקת מי שתייה או מים לחקלאות. בשיטה זו מתבצע פעפוע הפוך שהוא תהליך של מעבר תמיסה דרך מסנן הלוכד את המומס בצד אחד ומאפשר מעבר של ממס טהור לצד השני. במתקני התפלה בטכנולוגיה זו מקובל לבצע הכנת המים על ידי תהליך אולטראפילטרציה.

• זיקוק רב שלבי

בשיטת הזיקוק הרב-שלבי משתמשים בקיטור כמקור אנרגיה לאיוד המים. את התהליך מבצעים במספר דרגות שבכל אחת מהן שורר לחץ שונה וטמפרטורה שונה. כך שניתן לחזור על התהליך מספר פעמים תוך ניצול החום הכמוס שיוצרים אדי מים כאשר הם מתעבים, על מנת לחמם את המים של הדרגה הבאה. החימום גורם לאיוד חלק מהמים וחוזר חלילה. בצורה זו ניתן לקבל מכל קילוגרם קיטור, מספר ליטרים של מים מותפלים.

• זיקוק בדחיסת אדים

בשיטת זיקוק דחיסת האדים, מזרימים מי ים לתא שבו שורר ריק, דבר זה גורם לאידוי חלק מהמים, מדחס מכני דוחס את האדים ובכך מעלה את הטמפרטורה שלהם, אלה מתעבים על צינורות תוך מסירת החום הכמוס שלהם למים הנכנסים למתקן ומסירת האנרגיה הדרושה לאיודם.

• זיקוק תוך שימוש באתן

שיטה אחרת להתפלה היא בהשמת המים תחת לחץ גבוה, והעברת אתן דרכם. כמעט מיד, גבישים מופיעים למעלה, המורכבים ממים מזוקקים ואתן. ניתן להמס גבישים אלה, ואז מזרימים את המים למכל נפרד. המבנה של מולקולות אלה גורמות להן להיווצר מאתן ומים בלבד, כאשר המלח נותר מאחור. לפעמים נוצר גם מלח בישול כתוצר לוואי של התהליך.

• אלקטרודיאליזה

תהליך האלקטרודיאליזה מבוסס על יצירת שדה חשמלי בין שתי אלקטרודות שביניהן נמצאות ממברנות חדירות למחצה משני סוגים, אלו המעבירות יונים חיוביים בלבד ואלו המעבירות יונים שליליים בלבד. כאשר המים מועברים במרווחים שבין הממברנות, נודדים שני סוגי היונים לאלקטרודות השונות. בתהליך זה מסולקים רק יוני המלחים ולא שאר החומרים המרחפים.

• התפלה בהקפאה

בתהליך ההקפאה, מולקולות המים מסתדרות במבנה מרחבי שאינו משאיר מקום למלחים, התהליך נקרא גם תהליך זרחין על שם אלכסנדר זרחין. התהליך מבוסס על איוד והקפאה בו זמנית של מי הים בתא אחד ועל עיבוי האדים תוך הפשרת הקרח בתא אחר. שניהם בתוך מכל אחד. הן הקרח והן האדים הנוצרים ולאחר מכן מופשרים ומעובים, הופכים למוצר נטול מלח.

• החלפת יונים

תהליך של סיפוח, המנצל תכונות של חומרים מסוימים, כדי להחליף יונים (חיובים או שליליים), הקשורים אל חומרים אלו בכוחות אלקטרוסטטיים עם יונים בעלי אותו מטען המצוין בתמיסה.

• סינון ננו

תהליך שבו משתמשים בממברנות חצי חדירות אשר דוחות יונים וחומרים מומסים דוגמת רוב החומרים האורגניים. התהליך משמש בעיקר לריכוך מים קשים ולסילוק מזהמים אורגניים.

ביקורת[עריכת קוד מקור | עריכה]

מנקודת מבט סביבתית, תהליך ההתפלה עלול לגרום לבעיות אקולוגיות.

ריכוזי מלח[עריכת קוד מקור | עריכה]

רוב מפעלי ההתפלה מייצרים מלח בריכוז גבוה שצריך להיפטר ממנו. מלח בריכוז גבוה יכול לפגוע בבעלי חיים ימיים. על פי מחקר שביצעו חוקרים ישראלים ואשר התפרסם בנובמבר 2007, התברר שהשקיה במים מותפלים עלולה לגרום לנזקים לגידולים חקלאיים. זאת, היות שהמים המותפלים חסרים מינרלים החיוניים לבריאותו של הצמח.^[1]. בשנת 2004 שיפרה מקורות את תהליך ההתפלה, עם הוספת אמצעים לסילוק בור מהמוצר, אשר תרמו למניעת הנזקים לגידולים החקלאיים.

צריכת אנרגיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

להפעלת מתקני התפלה נדרשת אנרגיה רבה. פעמים רבות מופקת אנרגיה זו משריפת דלקים מתכלים (פוסיליים) ובכך מעלה את רמות הפליטה של פחמן דו-חמצני. עם זאת, אורי להב ורפי סמיט מהטכניון פרסמו מאמר בו הראו שצריכת האנרגיה הנדרשת להתפלת מים היא שולית לעומת צריכת האנרגיה הנדרשת לכלי רכב ומזגנים וכי חיסכון של 3% בצריכת האנרגיה יכסה את כל התוספת הנדרשת לצורך התפלת מים.

בשל צריכת האנרגיה הגבוהה במיוחד של תהליכי אידוי לשם התפלה, הם גורמים לזיהום גדול יותר ונמצאים בשימוש רק במדינות בהם מחיר החשמל נמוך מאוד. שיטת האוסמוזה ההפוכה חסכונית הרבה יותר באנרגיה ומסיבה זו השימוש בה הולך ומתרחב. מתקני ההתפלה במדינת ישראל מבוססים על שימוש בטכנולוגית האוסמוזה ההפוכה.

שטחי חוף[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתקני ההתפלה נבנים צמוד לחוף הים, שהוא משאב מוגבל, ולכן פוגעים באיכות הסביבה. עם זאת, אורך החוף בו הם משתמשים עשוי להיות קטן. כך למשל, במתקן התפלה בחדרה מגיע השימוש ברצועת החוף ל-20 מטרים בלבד‏^[2].

מחסור במגנזיום[עריכת קוד מקור | עריכה]

שתיית מים היא מקור לכ-20% מכמות המגנזיום הנכנסת לגוף. בתהליך ההתפלה מוסר מן המים המגנזיום.

בעולם[עריכת קוד מקור | עריכה]

מפעל התפלה בטכנולוגיה של זיקוק רב שלבי באיחוד האמירויות הערביות

בשנים האחרונות ירדה באופן חד עלות התפלת המים בעולם. מפעל מודרני ויעיל להתפלת מי ים מייצר מים נקיים במחיר שהוא רק 20% מעל למחיר של חפירתבארות ושאיבה ממקום חדש. המפעלים החדשים שולטים ברמת המליחות, הטמפרטורה והלחץ כדי להביא לתנאים אופטימליים ליעילות ההתפלה.

התפלה של מי ים נפוצה במדינות המזרח התיכון, צפון אפריקה ואיים מבודדים. בנוסף מתבצע התהליך פעמים רבות על ספינות וצוללות, השיטה שמשתמשים בה במקומות אלו היא הרתחת המים בלחץ נמוך, וכך בטמפרטורה נמוכה בהרבה מהרגיל. בשל הטמפרטורה הנמוכה, אנרגיה נחסכת. אולם, החיידקים במים נותרים חיים, ולכן צריך להעביר את המים בתהליכים נוספים לפני שניתן לשתות אותם.

כווית היא המדינה הראשונה שבנתה מפעל התפלת מי ים גדול בשנות ה-60 של המאה ה-20, והיא המדינה היחידה המשתמשת בשיטה זו גם לחקלאות ולא לשתייה בלבד. מתקן ההתפלה הגדול בעולם כיום נמצא באיחוד האמירויות הערביות, ומסוגל להתפיל 300 מטר מעוקב לשנייה (מעל 9 מיליארד מטר מעוקב לשנה).

בישראל[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתקן התפלה בפלמחים, שהוקם בשנת 2007

מתקן התפלה בחדרה

פנים מתקן ההתפלה בפלמחים

בישראל ארבעה מפעלים מרכזיים להתפלת מי ים: באשקלון, בפלמחים, חדרה ושורק. בשנת 2013 הופקו בישראל כ-500 מלמ"ש (מיליון מטר מעוקב לשנה) מים מותפלים מכל המפעלים. למעט מתקן ההתפלה בפלמחים, שהוקם בשיטת BOO - Build Own Operate, כל מתקני ההתפלה נבנו בשיטת BOT (בנה-הפעל-העבר).

צריכת המים הכוללת בישראל ב-2013 עמדה על 2,200 מלמ"ש‏^[3] מתוכם סיפקה מערכת המים הארצית בממוצע כ-1,150 מלמ"ש מים שפירים. המים המותפלים סיפקו באותה שנה כמחצית מצריכת מי השתייה‏^[4].

מתקן ההתפלה אשר מוקם בשורק על ידי SDL שבבעלות איי.די.אי טכנולוגיות ו-Hutchison Water, יוסיף 150 מלמ"ש מים מותפלים נוספים למערכת המים הארצית ומתקן ההתפלה שיוקם באשדוד יוסיף 100 מלמ"ש מים נוספים לשנה. במקביל מתוכנן מתקן התפלה נוסף בגליל המערבי ונבחנת אפשרות להרחבת המתקנים הקיימים.

מפעלי התפלה גדולים הפועלים בישראל:

מיקום‏‏	היקף התפלה שנתי (מליון מ"ק)	מחיר ריאלי (שקל לקוב)	שנת הפעלה	זכיין	הערה
אשקלון	119	2.9	2005	(VID (IDE+Veolia	עם הקמתו, היה מתקן ההתפלה הגדול והמתקדם ביותר בעולם בסוגו,‏[5] וכבר לאחר שנת פעילות בודדת, הוא הוכרז כ"מפעל ההתפלה של שנת 2006" בטקס פרסי Global Water.
פלמחים	90	3.2	2007	Via Maris	עלות ההקמה - 100 מיליון דולר[6]. בשנת 2013 הוכפלה קיבול הייצור של המתקן
חדרה	127	2.65	2010	H2ID ‏(IDE +שיכון ובינוי)	באתר חברת החשמל. זהו המתקן הגדול מסוגו בעולם‏[7]
שורק	150	2.01	2013	SDL ‏(IDE + Hutichison Water)	התחיל לפעול באוגוסט 2013 במחצית מכושר הייצור הסופי‏[8]
אשדוד	100	2.4	2014	מקורות	בבניה
גליל מערבי	50	?	?	בבדיקה סטטוטורית	בבדיקה סטטוטורית

מתקני התפלת מים מליחים:

• "מתקן ההתפלה באילת" - הוותיק מבין המפעלים בארץ, המספק את מי השתייה באזור.
• ברמת הנגב ישנם כמויות גדולות של מי תהום מליחים. חלקם מותפלים ומשמשים כמי שתייה.
• מפעלים ביישובים קטנים כגון "מעגן התפלה" - מפעל התפלת מים מליחים במעגן מיכאל (12.5 מלמ"ש ב-2011).

כמות כלל המים המליחים המותפלים בישראל ב-2011 עומדת על 28.8 מלמ"ש.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מאזן המים של ישראל הוא שלילי, כלומר המדינה משתמשת ביותר מים מכמות הגשם הממוצעת. מיום הקמתה של מדינת ישראל לא חדלה סוגיית המחסור במים בארץ הצחיחה להטריד את קברניטיה. ראש הממשלה הראשון, דוד בן-גוריון, הכריז ש"הצורך במקורות מים נוספים הוא לא רק חיוני, אלא גורלי בשביל ישראל", ועל כן חיפשה ישראל מאז ומתמיד פתרון לבעיית המים כשרעיון ההתפלה עומד בבסיס רוב התוכניות.