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 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:
- 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.
בשיטת הזיקוק הרב-שלבי משתמשים ב
קיטור כמקור אנרגיה ל
איוד המים. את התהליך מבצעים במספר דרגות שבכל אחת מהן שורר
לחץ שונה ו
טמפרטורה שונה. כך שניתן לחזור על התהליך מספר פעמים תוך ניצול ה
חום 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.
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.
שיטה אחרת להתפלה היא בהשמת המים תחת לחץ גבוה, והעברת
אתן דרכם. כמעט מיד,
גבישים מופיעים למעלה, המורכבים מ
מים 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.
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.
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.
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.
תהליך שבו משתמשים בממברנות חצי חדירות אשר דוחות יונים וחומרים מומסים דוגמת רוב החומרים האורגניים. התהליך משמש בעיקר לריכוך מים קשים ולסילוק מזהמים אורגניים.
רוב מפעלי ההתפלה מייצרים מלח בריכוז גבוה שצריך להיפטר ממנו. מלח בריכוז גבוה יכול לפגוע ב
בעלי 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.
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 ו
רפי סמיט מ
הטכניון פרסמו מאמר בו הראו שצריכת האנרגיה הנדרשת להתפלת מים היא שולית לעומת צריכת האנרגיה הנדרשת לכלי רכב ו
מזגנים 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.
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].
שתיית מים היא מקור לכ-20% מכמות ה
מגנזיום הנכנסת לגוף. בתהליך ההתפלה מוסר מן המים המגנזיום.
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 חפירת
בארות ו
שאיבה 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 ו
איים מבודדים. בנוסף מתבצע התהליך פעמים רבות על
ספינות ו
צוללות, השיטה שמשתמשים בה במקומות אלו היא הרתחת המים בלחץ נמוך, וכך בטמפרטורה נמוכה בהרבה מהרגיל. בשל הטמפרטורה הנמוכה,
אנרגיה נחסכת. אולם, ה
חיידקים במים נותרים חיים, ולכן צריך להעביר את המים בתהליכים נוספים לפני שניתן לשתות אותם.
בישראל ארבעה מפעלים מרכזיים להתפלת מי ים: ב
אשקלון, ב
פלמחים,
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.
מאזן המים של ישראל הוא שלילי, כלומר המדינה משתמשת ביותר מים מכמות ה
גשם 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.