השפכים הביתיים

כ-20% מס"כ שימוש המים בישראל זורמת בסופו של תהליך לביוב. רובם של השפכים נוצרים מצריכה ביתית, ורוב השימוש הביתי הוא לצרכי ניקיון כלומר השפכים הסניטריים. בבחינת ההרכב של השפכים הגולמיים מגלים ש-99% מהמים ורק 1% מהם הנם חומרי פסולת, שאנו רוצים להפטר מהם! טופל
המטרה לתהליכי טיהור שפכים: הוצאת חומרי פסולת מהמים ובכך נמנעים מפגעים סביבתיים היוצרים את המים המזוהמים ובכך מתאפשר שימוש חוזר במי קולחין שהשימוש בהם הנו אמצעי חשוב להקטנת המחסור במים.
השפכים התעשייתיים: הרכב שפכים אלה שונה מהשפכים הביתיים ומותר להזרימם בביוב רק אחרי טיפול שמרחיק את החומרים המיוחדים שנוצרו במפעל. אם קיים צורך המפעל חייב להקים מתקן מיוחד לטיהור השפכים שהוא עצמו מייצר.
השפכים החקלאיים: שפכים אלה נוצרים בעיקר בסמוך לבעלי חיים כמו לולים ורפתות שגם בהם צריך לטפל בנפרד.
סיכונים בריאותיים והמפגעים הסביבתיים שנובעים מהשפכים:
השפכים מכילים מספר רב של חומרים מסוכנים
שפכים ביתיים : קיים ריכוז גבוהה של מיקרואורגניזמים שגורמים למחלות.
בתעשייה קיימים מתכות כבדות ורעילות ולעיתים מסרטנות.
כך שאם השפכים מוזרמים לנחלים ו/או לאגמים הם עלולים להיפסל לשתיה ו/או לרחצה,המערכת האקולוגית שלהם עלולה להיפגע ונפסלת אפשרות השימוש לאתרי נופש בנוסף מי התהום עלולים להיפגע.

תהליכים לטיהור בשפכים הביתיים:
תהליכי הטיהור הטבעיים: הזרמתם של שפכים לאגם ו/או לנהר תיצור למעשה תהליך "טיהור טבעי" על ידי אוכלוסיית המפרקים במידה ואין חומרים רעילים. בתנאים נכונים המפרקים יצרכו חומרים אורגניים שבשפכים כמזון ויהפכו
אותם בתהליכי הנשימה לחומרים אנאורגניים רגילים.
בהתחלה ישנו תהליך איטרופיקצייה ובהמשך
כשכמות המפרקים האנאירוביים תרד יוצרו שוב תנאים אירוביים ואז תשתפר איכותם של המים.תהליך זה קורה ללא התערבותו של האדם ונמשך זמן ממושך ובתנאי שלא הוזרמו שפכים חדשים למאגר המים. נכון להיום כן יוצרים תנאים שינצלו תהליכים ביולוגיים טבעיים.
הרכבם של השפכים: בשפכים הגולמיים שלושה מרכיבים עיקריים:
החומרים המוצקים: החול, שאריות החומרים האורגניים, החיידקים, הוירוסים, חומרי הניקוי והחרסיות שהם ממוינים לפי גודלם. החומרים הגדולים השוקעים מהר במים נקראים "מוצקים מרחפים" והקטנים ששוקעים לאט הם הקולואידים.
החומרים המומסים: עפ"י רוב המלחים השונים,התרכובות האורגניות המסיסות והגזים המסיסים כדוגמת החמצן והפחמן הדו-חמצני.
הנוזלים שאינם מתערבבים במים: השמנים.
שני המדדים החשובים שמתארים את איכות השפכים: הצח"ב. הממוצע בישראל הוא כ-450 מיליגרם/ליטר.
ריכוזי המוצקים שמרחפים-TSS שנערכו בשפכים גולמיים כ-500 מיליגרם/ליטר.
בתהליך טיהור שפכים צריכים להפחית ככל שניתן ערכים אלה.
התקן של משרד הבריאות למי קולחים: הצח"ב 20 מיליגרם/ליטר,המוצקים המרחפים 30 מיליגרם/ליטר.

הטכנולוגיות לטיפול במי שפכים:
ארבעה שלבים לטיפול:

הקדם טיפול: הרחקת הגופים הגדולים
הטיפול הראשוני: הרחקת החומרים המרחפים על ידי הזרמתם של השפכים לבריכות השיקוע בהם המים עומדים
הטיפול השניוני: פירוק חומר הורגני על ידי חיידקים והפרדת מוצקים מהמים.
הטיפול השלישוני: חיטוי מי קולחים וטיפול לשיפור ואיכותם המים (לפעמים מוותרים על שלב זה בתהליך).
בריכות החמצון: הקדם טיפול באמצעות המגובים שהם למעשה מוטות ברזל ודרכם עוברים המים.
גופים גדולים מסולקים למטמנות ומכאן ישירות לטיפול הבא.
הטיפול השניוני מתבצע במערכת בעלת 3 בריכות פתוחות השפכים זורמים לאט וברצף מבריכה אחת לבריכה הבאה בכוח הכבידה בלבד זמן שהייתם של השפכים בכל בריכה יותאם לזמן דרוש להשלמת תהליך שמתקיים בה כשבסיום התהליך מתקבלים מי הקולחים.
הבריכה האנאירובית: העומק בין 3 ל-7 מטר ואליה מוזרמים השפכים הגולמיים, ריכוזם של החומרים האורגניים שבה גבוהים מאוד ובה מתרחשים תהליכי הפירוק האנאירוביים זמן השהייה עד חמישה ימים.
תוצאה: ירידה של חצי בכמות החומר האורגני וירידה של 60% בכמויות מוצקים מרחפים.
הבריכה האירובית: עומקה: 1-3 מטר.
זמן שהייה: כעשרים יום, כשבמהלכם מתפתחות אצות ומייצרות תהליך פוטוסינתזה וחמצן לשימוש חיידקים אירוביים. חיידקים אלה פולטים בתהליך הנשימה "פחמן דו-חמצני" הגורמים לפירוק חומר אורגני ולשחרור חומר אנאורגאני.
הפחמן הדו-חמצני וחומרים אנאורגנים חיוניים לאצות זהו סוג של מערכת הדדית במשך היום קיימת יצירת חמצן גדולה יותר והריכוז ע"פ המים מגיע ל300% ביחס לריכוזי הרוויה.ובלילה יורד ייצורו כך שלקראת הזריחה מתפתחים בבריכה תנאים אנאירוביים. ריכוזי האצות בקרבה לפני המים ומכאן שוררים ב 50 הס"מ התחתונים תנאים אנאירוביים בכל שעות היממה ובדיוק שם פועלים חיידקי הדניטריפיקציה שמפרקים את האמוניה ה ,NH3חנקה NO-3 והחנקית NO-2 ובכך משחררים לאוויר את החנקן N2 שלא מזיק,במים היוצאים מהבריכה האנאירובית קטן הצח"ב ב 95% ממה שהיה בשפך הגולמי.ריכוזי מוצקים שמרחפים קטן ב 90% ובשלב הזה רובם של המוצקים הם האצות שהתפתחו במים ולא המוצקים שהיו בביוב הגולמי,את האצות ניתן בקלות לסלק בעזרת סינון ובכך לשפר את איכות המים,עד למצב שבו ריכוזי המוצקים שמרחפים יורד ל 30 מיליגרם/ליטר.
בריכת ליטוש: עומקה:בין חצי מטר ל-1 מטר.
זמן השהייה: כשבוע.
המטרה: הורדה נוספת של כמות החומר האורגני ושל האמוניה,וגם הפחתה נוספת בכמות החומר האורגני ושל האמוניה והניטריט שבמים,שבה שוררים תנאים שמאפשרים פעילות נמרצת של חיידקי הניטריפיקציה.ובכך הם הופכים אמוניה וניטריט רעילים לניטראט שהנוכחות שלו במים פחות מזיקה לבריאות.
הטיפול השלישוני: לקולחים שהתקבל מוסיפים כלור בכדי להוריד חיידקים פתוגנים מסוכנים.
טיפול החסר: קורה שנמנעים מבניית בריכה אנאירובית בכדי להימנע ממפגעי ריחות ולכן קורה שמוותרים על "בריכת הליטוש" בשל העלויות הגבוהות אך כשהמערכת אינה שלמה איכות הקולחים אכן יורדת.
לזירוזי התהליך על כן לעיתים מוסיפים לבריכות האירוביות מאווררים שמחדירים אוויר בשעות הלילה.
יתרונות שימוש בבריכות החמצון: העליות של ההקמה וההפעלה נמוכות,הטיפול השוטף זניח ולכן נדרש כוח אדם קטן,
ואין שימושים באנרגיה.
חסרונות: תופסות מרחב של שטח גדול וגם מפגעי ריח ליד הישובים ובחורף היעילות התהליכעית יורדת.
הבוצה המשופעלת: טיהור במהירות גדולה יחסית ושילוב של תהליכים פיזיקאליים וגם ביולוגיים.

הקדם טיפול: כמו בבריכת החמצון.
הטיפול הראשוני: השפכים הרי זורמים לאגני השיקוע כך שהחומרים המרחפים שוקעים בקרקעית ויוצרים סוג של תערובת סמיכה שהיא הבוצה כשעל המים צפים החומרים השומניים.
זמן השהייה: כשעתיים.
התוצאה: הצח"ב יורד ב 50% וכלל מוצקים מרחפים ב 60% לעומת ריכוזי השפכים הגולמיים.
בדרך לשלב הבא מורחק החומר השמנוני למטמנה והבוצה מגיעה לטיפול במכלי עיכול הבוצה.
הטיפול השניוני:הטיפול הביולוגי.
זמן השהייה: בין 10 ל- 15 שעות.המים מוזרמים לבריכות האוורור שבהם נמצאים מאווררים גדולים הריאקטורים, שמחדירים לתוך המים אוויר ובכך שומרים ריכוזים גבוהים של חמצן,
התנאים האלה מאפשרים לחיידקים אירוביים להתפתח וגם לנצל את חומר אורגני שבמים לטובת הזנה בעזרת תהליך הנשימה של החיידק הופך למעשה רוב החומר האורגני לפחמן דו-חמצני ולמים, בשלב הזה מעשירים את המים בבוצה מ"מכלי ההצללה" כדי להרבות את אוכלוסיית החיידקים ובכך לייעל את התהליך ששמו " בוצה משופעלת". החיידקים שניזונים מחומר אורגני נוטים בשלב זה לייצר גבשושי חיידקים שמרחפים במים.
מפה עוברים המים למיכל הצללה שבו הם עומדים והגושים שנוצרו ע"י החיידקים שוקעים לקרקעית ויוצרים בוצה. המים השארים בתום השקיעה הם קולחים שמכילים פחות מ 5% מהחומר האורגני שהיה בשפך הגולמי.
כחצי מהבוצה ששקעה ב"מיכל ההצללה" למעשה שבה לבריכת האוורור לסיבוב נוסף של טיהור המים,ושאר הבוצה מועברת למיכלים לטובת עיכול הבוצה.

הטיפול השלישוני: המים עוברים תהליך חיטוי כלורי אבל לדוגמא בשפד"ן המים מטוהרים בעזרת החדרתם באקוות שבחולות יבנה, בכדי להבטיח שלא יוותרו במים חיידקים פתוגניים.

טיפול בבוצה: כשבוצה נכנסת למיכלים היא מכילה כ 95% מים וכ 5% חומרים מוצקים שרובם חומרים ארוגניים ומכילים גם חיידקים וגם נגיפים פתוגניים. בשלב הראשוני של עיכול הבוצה נסחטים ממנה רוב המים ומוכנסים למיכלים סגורים שבהם תנאים אנאירוביים שמפרקים אנאירוביים משתמשים בבוצה כמזון ובתהליך הנשימה שלהם יוצרים בין היתר כמות מאסיבית של גז המתאן 4CH שניתן לשימוש כמקור אנרגיה להפעלת גנראטורים ולהפקת חלק מצריכת החשמל של מכון הטיהור. הטמפרטורה שקיימת הנה 380 שנוחה לפעילותם של המפרקים.
רוב היצורים הפתוגנים מתים נוכח התנאים הגרועים., אחרי 8-6 שבועות רואים את הבוצה שנותרה ובעזרת מכונות מיוחדות סוחטים את המים שמהווים 75% מנפחה,בוצה שכן עברה תהליך עיכול נקראת "בוצה מיוצבת" ובה כמות חומר אורגני שקטן בחצי ממה שהייתה בתחילת דרכה והחומר שנותר בה קשה לפרוק אנאירובי והיא מכילה כמויות מאסיביות של חומרי ההזנה כך שניתן להשתמש בה למטרות דישון גידולים חקלאיים שאינם למאכל אדם.
ניתן להתאימה לכלל הגידולים על ידי השמדת יצורים פתוגניים שמצויים בה ע"י פסטור בחימום ל-67.50 או טיפול בחומרים הכימיים.
משתמשים בבוצה כקומפוסט על ידי ערבוב בשבבי עצים, שסופגים את הנוזלים ובכך המפרקים ממשיכים לפרק חומר אורגני שבתערובת.תהליך הנשימה של המפרקים מעלים את הטמפרטורה עד ל 60 ולכן מחוסלים היצורים הפתוגנים ומתקבל דשן עשיר בחומרים מזינים.

התהליך מועדף:
 היתרונות: הטיהור המהיר, שטח מתקנים קטן; השפעת קטנה למזג האוויר.
החסרונות: עלויות ההקמה וההפעלה גבוהות,תהליך הדורש שימוש באנרגיה, נחיצות בכוח אדם לתחזוקה וההפעלה.
וחידוש תהליך הטיהור: לפעמים השקיעה במכל ההצללה אינה מתבצעת ביעילות, בעיקר משום שלא נוצרים במכלי האוורור גושי חיידקים גדולים מספיק שיכולים לשקוע במהירות.

השימוש בקולחין:
מכוני הטיהור בארץ מייצרים מידי כ-450 מלמ"ק של קולחין, הכמויות גדלות מידי שנה. ע"י תכנון משק המים הם יהוו חלק גדול מצריכות חקלאיות, ובכך יחסכו המים השפירים ההכרחיים למגזר העירוני.
סיכון עיקרי בהשקיית קולחין: חשיפת המשתמש בתוצרים חקלאיים ולעוסקים בה למחלות זיהומיות. על לכן, הקולחין חייב להיות ברמה גבוהה, ולנקוט באמצעי זהירות כמו: צביעת הצינורות של הקולחין בצבעי אדום (אזהרה). כשאיכות המים ירודה חייבים ששדות מושקים יהיו במרחק הארוך הגדול שניתן מאזור המגורים. חייבים לחשב בנוסף גם את מליחות מי הקולחין. בארץ היא בד"כ גבוהה מהנורמה בעיקר בשל הכשרת הבשר: מעל 300 מג"ל של כלוריד בממוצע. על כן, השימוש חייב להיעשות בשדות שבהם שטיפת הקרקע טובה כמו גם שהחלחול למי התהום חייב להיות קטן. מכאן שהמומחים מזהירים מהשקית קולחין באזורים שמעל אקוות החוף, שבהם הקרקע חולית, ומכאן שהחלחול למי התהום הוא גדול ומהיר.
השפכים התעשייתיים:

ההרכב של השפכים:
מזהמים שנוצרים בשפכים תעשייתיים מתחלקים לכמה קבוצות:
המתכות הכבדות: שנוצרות בעיקר במפעלי המתכת ובתעשיות הכבדות.שהן רעילות, והימצאות שלהן במים פוסלת מים אלה לשימוש אנושי, וגם מפריעה לפעילות מט"שים ביתיים. שהרי 1 ק"ג של קדמיום פוסל מי שתייה לעיר קטנה .
המזהמים האורגניים: שנוצרים בתעשיות כימיות כדוגמת הצבעים,התרופות וחומרי הדברה. חלקם גם רעילים וגם מסרטנים. בתעשיית המזון נוצרים שפכים שאינם רעילים,אבל העומס האורגני שבהם גדול כדוגמת מפעלים ליצור חלב וגבינות ועלול ליצור שפכים עם עומס אורגני שווה ערך לשפכים של עיר ע 100,000 איש.
המלחים: במיוחד במשחטות בשר וממפעלי בשר המשתמשים בכמות גדולה של מלח לטובת הכשרת הבשרים.

אופן הטיפול:
נדרשים לטיפול מיוחד: פעולות להמעטת היווצרותם של השפכים,כמו גם טיהור השפכים כשלעצמם.
הקטנת היווצרות השפכים: לרוב ניתן לשנות תהליכי ייצור ובכך להפחית את היווצרות. השינוי בנוסף עשוי גם לחסוך עלויות ייצור למשל בטקסטיל ובמזון בהם מפרידים "סודה קאוסטית" הנוצרת בתהליכי ייצור,ומשתמשים בה בשימוש חוזר בתהליך הבא.גם יתרון לסביבה וגם חסכון למפעל.אימוץ השיטות הנ"ל לצמצום ההיווצרות של השפכים קשה עקב בעיות טכנולוגיות מגוונות.
טיהור שפכים: כל אחד ממרכיב זיהומי בשפכים של תעשיה יש צורך טיפולי באופן שונה,ויישנן כמה טכנולוגיות שונות. אידוי שפכים: שפכים מוזרמים לבריכות פתוחות לצרכי אידוי והמוצקים נשארים על הקרקעית האטומה.
הטיפול הביולוגי: בשפך אורגני כמו שפך ביתי.
ההזרמה לים: שפכים בעלי מליחות גבוהה או בריכות אידוי במידה והים רחוק.
הבוצה הנוצרת בעלת הרכב רעיל ומסוכן, ולכן יש לפנותה לאתר פסולת מסוכנת.
עלויות טיפול בשפכי התעשייה מאוד גבוהות על כן על פי רוב מתקשות רשויות לאכוף את המפעלים ואת הטיפול בשפכים שלהם. השיפור יוכל להיעשות רק ע"י פיתוח טכנולוגיה מתקדמת, הגברת המודעות והגברת האכיפה.
החרוזים: הבעיה העיקרית בטיפול בשפכים האורגניים היא מציאת אוכלוסיית חיידקים מיוחדת לכל סוג של שפך ושמירתם בתנאים במתאימים בכדי שהפעילות תהיה אכן יעילה. בארצנו פיתחו שיטה שמתבססת על חרוזים מחומרים מיוחדים, שמוכנסים לתרבית החיידקים שמיוחדים לסוגי השפכים.בחרוזים קיימים חורים קטנים , שהיצורים הניזונים מהחיידקים הללו אינם מסוגלים לחדור. חיידקים ספציפיים לכל סוג של תהליך המאותרים בשפך עצמו, שהרי הרכב של השפכים מעודד התפתחות אוכלוסייה של חיידקים הניזונה מהשפכים.

השפכים החקלאיים:
קורים במיוחד במקומות בם מגדלים בעלי חיים כמו הרפתות והלולים. עומס אורגני שבהם מאוד גבוה.. והם מכילים תרכובת חנקתית כמו גם שלל חיידקים פתוגניים. עדר המונה כ- 5,000 עדרים מייצר שפכים הדומים לעיר של 100,000 אנשים. וזה אומר כמה שחשוב למנוע הזרמת ביוב חקלאי לסביבה. התכנון הנכון של מערי הניקוז באזורים שבהם מוחזקים בעלי החיים יכול למנוע נזק לסביבה בהיקף גבוהה.

על פי תקנון "המשרד לאיכות הסביבה" צריך לתכנן מתקנים לרפתות, ללולים ולדירים, כדי שהגשמים לא ישטפו את הזבל שנוצר בם. כמו כן נקבע מרחק מינימאלי בין הרפתות,הלולים והדירים לבין מקורות המים ואזורי המגורים.

איגום מי השיטפונות:
כל שנה כמויות מי גשם הופכות לנגר עילי שזורם לים.אפשר לאגום חלק מהם במאגרים ופשוט להשתמש בהם. לצורך כך צריך לבנות סכרים בתוך ערוצי הנחלים.בחלקם של המאגרים לשימוש באופן ישיר, ובאחרים לאפשר למים לחלחל למי התהום,ולאחר מכן לשאוב אותם עזרת קידוחים שבאזור החלחול. תהליך זה הוסיף למשק המים בתחילת שנות האלפיים כ 60 מלמ"ק מדי שנה, כמות שהיוותה 4% מכל הצריכה. ברור שאפשר להגדיל את כמות הלכידה ל 80 מלמ"ק על ידי הקמתם של מאגרים נוספים.אבל זה כמובן מחייב זה דורש מימון, וקיימת בעיית איתור שטחים לצרכי איגום במאגרים, במיוחד במרכז הארץ שהשטחים אינם זמינים ועלותם יקרה. תוספת של מי שיטפונות חשובה אבל כשהכמות קטנה לעומת הכמויות שחסרות במשק המים הפתרון נפסל על הסף.

מפעלי נחלי מנשה:
רמת מנשה הוא איזור גשום של 600 מ"מ גשם מדי שנה. הסלעים שבו הם בעיקר סלעי הקירטון, שאינם מאפשרים את חלחול המים.על לכן,עוד משנות ה 60 נבנתה באזור אחד ממפעלי לכידת מי השיטפונות הגדולים , שמפיק בשנה כ 12 מלמ"ק מים ,לצורך הבנת הנתון הכמות השווה לצריכה בעיר נתניה.
איך מתבצעת תפיסה: באזור הוקמו הסכרים, המטים מים לתעלה מרכזית, שמזרימה את המים למאגר שיקוע. ושם שוקע הסחף שבמים מהצטברות הסחף בשדות החלחול שעלולה פשוט לסתום אותם. ומשם מוזרמים המים היישר לשדות החלחול, וכבר שם הם מוחדרים ע"י חלחול למי התהום. באזור קיימים מס' קידוחים שמפיקים את המים, איכותם מאוד