שפד"ן

מכון טיהור שפכי גוש דן (בראשי תיבות: השפד"ן) הוא מכון לטיהור שפכים שהוקם בחולות ראשון לציון בשנת 1969 על ידי איגודן - איגוד ערים דן לתשתיות איכות הסביבה.

Andrew R. Wheeler}}, מנהל [[הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית, בביקור במכון שפד"ן, נובמבר 2019]]

המכון לטיפול והשבת שפכי גוש דן (שפד"ן) הוא המערכת הגדולה והמורכבת ביותר בישראל לטיפול בשפכים עירוניים והשבתם למשק. המכון מטפל בשפכים מהעיר תל אביב-יפו ומהישובים השכנים: רמת-גן, גבעתיים, בני-ברק, פתח-תקווה, חולון, בת ים, ראשון לציון, גבעת-שמואל, קריית-אונו, גני-תקווה, אור-יהודה, אזור, ראש העין, רחובות, נס-ציונה, יהוד, אלעד, סביון, עמק לוד, כפר קאסם, בית-דגן, דרום השרון.<ref></ref>

מטרת המכון היא טיפול בשפכים המגיעים אליו. הטיפול במכון מתבצע בריאקטורים של בוצה משופעלת בתהליך מכני-ביולוגי, אשר בסופו מתבצע ליטוש הקולחים בתהליך SAT (תהליך בו מחלחלים הקולחים השניוניים אל אקוויפר ייעודי ומתבצעים בקרקע תהליכים של הרחקה ביולוגית, סינון וספיחה).<ref></ref> הקולחים המושבים, אשר מופקים מהאקוויפר לאחר זמן שהייה של מספר חודשים, משמשים להשקיה חקלאית לכל סוגי הגידולים בארץ ללא הגבלה.

תהליך טיהור מי השפכים המתבצע במכון השפד"ן מייצר שלושה תוצרים:
#מי קולחין - המאושרים להשקיית גידולים חקלאיים מכל סוג, המספקים כ-70% מצריכת ההשקיה בשדות העוטף והנגב.
#בוצה קלאס A, המשמשת כדשן לשימוש בפיזור לחקלאות.
#חשמל לשימוש עצמי במכון עצמו.

השפד"ן משרת אוכלוסייה של למעלה משניים וחצי מיליון תושבים בשטח עירוני ותעשייתי של כ-220 קמ"ר. המכון קולט כ-25% מהשפכים בישראל והוא המתקן לטיפול בשפכים הגדול במזרח התיכון.<ref></ref>

בשנת 2012 בחר האו"ם במערכת טיהור השפכים של גוש דן, יחד עם שלושים פרויקטים אחרים מהעולם, כמהווה דוגמה ליכולתן של רשויות מקומיות להתמודד עם בעיות סביבתיות. הבחירה נעשתה בזכות השיטה הייחודית של שימוש בתכונות הסינון הטבעי של חול על מנת לשפר את איכות השפכים.

==היסטוריה==
באוגוסט 1956 נוסד איגוד ערים דן,<ref></ref> על מנת לפתור את בעיית הביוב של תל אביב-יפו, רמת גן, גבעתיים, בני ברק, פתח-תקווה, חולון ובת ים. באותה תקופה זרם הביוב הגולמי לים התיכון, אם דרך אפיקי הנחלים באזור (איילון, ירקון ושורק) ואם דרך צינורות ייעודיים. לצורך הטיפול בביוב הוקם בחולות ראשון לציון מכון טיהור. המפעל נחנך בדצמבר 1969. בשלב הראשון הוזרמו אליו שפכי חולון ובת ים, ושטח אגני החימצון היה 560 דונם. למפעל קמו מתנגדים רבים מבין תושבי הסביבה, ובפברואר 1970 אף הופסקה הזרמת השפכים אליו, עקב מטרדי ריח קשים. ב-1973 השתרעו אגני החימצון על פני 750 דונם, והם קלטו כ-10 מיליון מ"ק שפכים בשנה.

ב-17 בפברואר 1987 החלה הפעלתו של שלב א' של המכון המכני-ביולוגי וב-12 במרץ 1996 הופעל שלב ב', בנוסף לשלב א'.<ref></ref> כך הושלם המכון, המאפשר לטפל בכל שפכי גוש-דן רבתי לאיכות של קולחים שניוניים. ב-28 באוגוסט 1997 החלה הפעלת המתקן להסמכה גרביטציונית של הבוצה המשופעלת. באפריל 2010 החלה באופן חלקי הסמכת הבוצה על ידי מערך GBT וסחיטת בוצה על ידי צנטריפוגות. בשנת 2015 הופעל טיפול קדם חדש לכלל השפכים הנכנסים למכון, הכולל מגובי 40 מ"מ, מגובי 20 מ"מ, מגובי 6 מ"מ, ומשקעי חול ציקלונים.

בשנת 2016 החלה הרצת המעכלים האנאירוביים כפתרון יבשתי לבוצת השפד"ן. תחילה מולאו המעכלים בבוצה ממכון טיהור מירושלים ומאשקלון, וחוממו באמצעות סולר. לאחר הרצה של כשנה, בשנת 2017, הופסקה הזרמת הבוצה לים התיכון וכלל הבוצה הוזרמה למתקן דן-וירו ולמעכלים האנאירוביים. החל מחודש אוגוסט 2017 הופסקה הזרמת הבוצה למתקן דן-וירו וכלל הבוצה מוזרמת למעכלים האנאירוביים.

בשנת 2018, כחלק מהיערכותו של איגודן לגידול האוכלוסייה בערים המחוברות לצנרת שבאחריותו, החלו עבודות להרחבת המכון (שלב ג'). פרויקט שלב ג' כולל תוספת של ריאקטורים ביולוגים לטיפול בשפכים בשיטת BNR

(Biological nutrient removal) ומערך להרחקת נוטרינטים ממי הנטל, הכולל גם את המתקנים הבאים: מתקן Wasstrip להרחת זרחן מבוצה שניונית, מתקן אוסטרה להרחקת זרחן ומתקן Demon להרחקת חנקן בטכנולוגיית אנמוקס. ספיקת התוכן עבור הריאקטורים הביולוגיים בשלב ג' היא 280,000 מק"י והוא נכנס להפעלה במקום שלב ב' במהלך שנת 2023. יחד עם שלב א', קיבולת המכון עלתה ל-480,000 מק"י.

== אופן הפעולה ==
=== איסוף השפכים ===
איסוף השפכים והזרמתם אל מפעל השפד"ן מתבצע באמצעות מערכת בין-אזורית, לאיסוף, טיפול והשבה של שפכים עירוניים בשטח עירוני, הכולל גם אזורי תעשייה.
מערכות האיסוף וההולכה הראשיות של איגודן - איגוד ערים דן לתשתיות איכות הסביבה מורכבות ממאסף הירקון, ממאסף איילון וממאסף לאורך שפת הים, כאשר אורכם הכללי של המובלים הראשיים והמשניים מגיע לכ-100 קילומטר של צינורות בקטרים בין 60 סנטימטר ל-2.2 מטר.

מכון השפד"ן מקבל אליו את השפכים הזורמים במערכת של איגודן. המערכת אוספת ומטפלת בשפכים של הערים תל אביב-יפו והערים תל אביב-יפו, רמת-גן, גבעתיים, בני-ברק, פתח-תקווה, חולון, בת-ים, ראשון לציון, גבעת שמואל, קריית אונו, גני תקווה, אור-יהודה, אזור, ראש העין, רחובות, נס-ציונה, יהוד, אלעד, סביון, עמק לוד, כפר קאסם, בית דגן, דרום השרון. המערכת משרתת שטח[ של כ-250 קמ"ר המאוכלס בכ-2.5 מיליון תושבים. תוספת שפכי תעשייה תורמים עומס שווה ערך לכ-0.5 מיליון תושבים בקירוב. מקורם של כ-90% מכלל כמות השפכים הוא בביוב ביתי והיתר, כ-10%, בשפכים תעשייתיים. מדי שנה זורמים אל מכון השפד"ן מערים אלו כ-155 מיליון מ"ק ביוב, שהם כשליש מכמות השפכים הנוצרת בישראל.

=== תהליך טיהור השפכים ===
ריאקטור ביולוגי ובוצה.
מעכלים אנאירוביים במכון השפד"ן
תהליך טיהור השפכים נעשה באמצעות תהליך ביולוגי טבעי להרחקת חומר אורגני ונוטריינים כגון חנקן וזרחן. תהליך הטיהור בשפד"ן מורכב מארבעה שלבים:

# שלב ראשון - קדם טיפול מטרתו של קדם הטיפול היא שיפור איכות השפכים הנכנסים לתהליך הטיפול ומניעת תקלות לציוד במורד התהליך על ידי הרחקה של פסולת וחול: פסולת קשה ("גבבה") הכוללת בעיקר מגבונים, מקלות אוזניים אך גם קרשים, שקיות פלסטיק, סמרטוטים וכיוצא בזה מסולקת מהשפכים בעזרת מגובים (מסננות). החומר הגס (סמרטוטים וחומרים מרחפים גסים) מורחק מהשפכים הגולמיים הנכנסים על ידי מערכת מגובים תלת-שלבית (4 מגובים גסים מאוד ו-4 מגובים גסים בטור עם 40 מ"מ ו-20 מ"מ רווח בין המוטות, ו-6 מגובים עדינים עם חורים בגודל 6 מ"מ). מערכת המגובים היא אוטומטית ובעלת יכולת ניקוי עצמי. מערך זה כולל מערך שינוע, שטיפה ודחיסת הגבבה והגרוסת ומערך שינוע ופיזור במכולות. במערכת המגובים קיימת שאיבת אוויר למתקן ביולוגי לטיפול בריח. לאחר הסינון הגס עוברים השפכים למשקעים ציקלוניים להרחקת חול (גרוסת). הפרדת החול בקדם הטיפול מתבצעת באמצעות מערכת של 8 משקעי חול ציקלונים. כמו כן קיימות 4 מערכות שטיפה של החול, המאפשרות קבלת חול באיכות טובה. לאחר הרחקת הגבבה והגרוסת, השפכים עוברים לשיקוע ראשוני הכולל 20 אגני שיקוע. חומר אורגני בעל יכולת שיקוע שוקע במשקעים ומפונה למעכלים כבוצה ראשונית. בחלק העליון של אגני השיקוע נאספים חומרים צפים כגון שמנים, שומנים וצופת, אשר מועברים לדחסנים לצמצום הנוזלים ומפונים להטמנה.
#שלב שני - ריאקטורים ביולוגיים בשפד"ן מופעלים שני סוגי ריאקטורים ביולוגיים בטכנולוגיה של בוצה משופעלת לטיפול בשפכים בשלב א' ובשלב ג'. בריאקטורים מתבצע תהליך הרחקה ביולוגית של חומר אורגני ונוטריינטים (זרחן וחנקן). הרחקת החנקן מתבצעת על ידי תהליך של ניטריפיקציה ודה-ניטריפיקציה. הרחקת הזרחן מתבצעת על ידי הטמעת הזרחן במבנה התא של החיידקים. הרחקה ביולוגית של חומרים מומסים ומרחפים אורגניים (צואה) מתבצעת באמצעות אוכלוסייה מיקרוביאלית, אשר צורכת חומרים אלה. בשלב א' של המכון (שהוקם בשנת 1987) פועלים שני ריאקטורים בנפח של 55,000 מ"ק כל אחד, המצוידים ב-36 מאווררי שטח כפולים, שתפקידם להחדיר חמצן לצורך הפעילות הביולוגית ולדאוג לערבול של הנוזל המעורבב בריאקטור. בכניסה לריאקטור מותקן סלקטור ביולוגי שפועל בתנאים אנאירוביים, המשמש להרחקת זרחן ופילמנטים. לאחר פעולתו של הסלקטור, מועבר הנוזל המעורב לאזור אנוקסי (עשיר בניטרט) המשמש לדה-ניטריפיקציה ולאחר מכן הנוזל עובר לאזור האירובי, בו יש החדרת חמצן על ידי מאווררי שטח. שלב ב', אשר הוקם בשנת 1996, אינו פועל בימים אלה והוא נמצא בתהליכי הריסה על מנת לאפשר את הרחבת קיבולת המכון והחלפת הטכנולוגיות למתקדמות יותר. בשלב ג' קיימים ארבעה ריאקטורים. כל ריאקטור בנוי משבעה תאים כמפורט להלן: תא אנאירובי ולאחריו שלושה תאים אנוקסים ועוד שלושה תאים אירוביים (מסודרים לסירוגין). תא אנאירובי: בוצה מסוחררת (RAS) מגיעה ישירות אל אזור זה ביחד עם חלק קטן מהקולחים הראשוניים (PE). הקולחים הראשוניים משמשים כמקור פחמן והסביבה האנאירובית מעודדת התרבות של אורגניזמים מרחיקי זרחן (PAO's). תאים אנאוקסיים: בכל ריאקטור ישנם 3 תאי ערבול מכני בתנאים אנוקסיים. באזור זה מתערבבים ומגיבים חלק מהקולחים הראשוניים יחד עם הנוזל המעורב החנקתי מהתאים האירוביים הסמוכים. כאשר אין אספקת חמצן, אך ישנן חנקות זמינות, הנמצאות בנוזל המעורב, מתרחש תהליך של דה-ניטריפיקציה. כתוצאה מכך הופכות החנקות למים ולחנקן גזי, אשר משתחרר לאטמוספירה. חלק ניכר מהפחמן הנמצא בקולחים הראשוניים נצרך בתהליך הדה-ניטריפיקציה המתרחש בתאים האנוקסיים. תאים אירוביים: בכל ריאקטור ישנם 3 תאים אירוביים המצוידים במערכת דיפיוזרים להחדרת אוויר. בתאים אלו מושלמת הפעילות המטבולית עם הפחמן, מתרחשת ניטריפיקציה וזרחן נקלט על ידי אורגניזמים מרחיקי זרחן (PAO's). בתאים אלו ישנה בקרה על ריכוז החמצן המומס (DO).
#שלב שלישי - אגני שיקוע (מצללים) בשלב א' מותקנים 5 מצללים, בנפח של כ-7,500 מ"ק כל אחד, ובשלב ג' 12 מצללים בנפח של 8,500 מ"ק כל אחד. באגני השיקוע מופרדים החיידקים (בוצה שניונית) מהמים באמצעות שיקוע פיזיקלי (כוח המשיכה). במצללים ישנם גשרים מסתובבים שאליהם מחוברות מגרפות, הנעות על רצפות המכלים וגורפות את הבוצה, ששקעה אל מרכז המכל. תהליך זה נמשך כחמש שעות. עם סיומו מוחזרים כ-90% מהבוצה אל אגני האוורור הביולוגיים לצורך המשך הטיפול בשפכים ושמירה על גיל בוצה רצוי בריאקטורים. יתרת הבוצה העודפת מוזרמת אל המשך טיפול במערך הטיפול בבוצה.
#שלב רביעי - אגני החדרה הקולחים השניוניים מועברים להמשך טיפול בחברת מקורות, שמחדירה אותם לקרקע חולית באקוויפר ייעודי, שמופרד מהאקוויפר של מי שתייה. החול, שנחשב לפילטר הטבעי, משמש כליטוש הקולחים עד לרמה רבעונית על ידי הרחקה ביולוגית, סינון וספיחה בקרקע. בתהליך זה ישנה הרחקה של שארית האמוניה ו-TOC מהקולחים. הקולחים שוהים מספר חודשים בקרקע ולכן מתבצע גם חיטוי של הקולחים אשר יוצאים ללא פתוגניים. המים המושבים נשאבים במערך של 150 קידוחים מסביב לשדות ההחדרה ומועברים להשקיית חקלאות הנגב בהשקיה ללא מגבלות.

=== טיפול בבוצה ===
==== הבוצה ====
הבוצה היא הפאזה המוצקה, הנוצרת במהלך הטיפול בשפכים. מרבית הבוצה היא המאסה המיקרוביאלית אשר נוצרת כתוצאה מפירוק החומר האורגני בשפכים, כאשר כמות הבוצה היבשה תלויה בכמות הביוב המגיעה למתקני טיפול בשפכים ובעומס האורגני בשפכים.

===== סילוק הבוצה =====

מפעל השפד"ן מקבל כ-380,000 מ"ק שפכים ליום, ומייצר בסוף התהליך כמות של כ-15,000 מ"ק בוצה ליום (בריכוז של 1% חומר יבש), כאשר עודף הבוצה המשופעלת (בוצה ביולוגית שניונית בלבד) עוברת תהליך עיכול אנאירובי להפיכתה לבוצה סוג א’. הבוצה עוברת כדשן חקלאי לשימושים חקלאיים, בהתאם לאישורים קיימים ממשרד הבריאות ומהמשרד להגנת הסביבה.<ref></ref>

===== טיפול מקדים - מסמיכים גרביטציונים, Wasstrip והסמכה =====

בטרם כניסתה למעכלים האנאירוביים, עוברת הבוצה השניונית (שנשאבה מהמצללים) טיפול מקדים. להלן תיאור שלבי הטיפול: הבוצה מועברת למסמיכים גרביטציוניים לצורך צמצום נפח (הוצאת מים) ומשם לתעלות כיחוש בוצה (Wasstrip). הבוצה השניונית שוהה במשך 30 שעות בתעלות Wasstrip, בתנאים אנאירוביים אשר מאפשרים שחרור של פוספאט לפאזה הנוזלית. הוצאת הזרחן מהפאזה המוצקה לפאזה הנוזלית מאפשרת מניעת שיקוע של סטרובית (NH4MgPO4·6H2O), שהוא תוצר לוואי של התהליך שגורם להצרת קוטר צנרת במתקני המכון ועשוי לשמש כדשן בשימוש חוזר. לאחר תעלות ה-Wasstrip הבוצה השניונית עוברת למתקן ההסמכה, בו הבוצה מוסמכת ב-11 מסמיכי סרט GBT מריכוז של 1.1% ל-5%, טרם כניסתה אל תהליך העיכול במעכלים האנאירוביים.

===== עיכול אנאירובי =====

מערך העיכול כולל 8 מעכלים אנאירוביים תרמופיליים שפעולתם מתבצעת בשלושה שלבים. 6 מעכלים מהווים את השלב הראשון ובשני מעכלים נוספים מתבצעים השלב השני והשלישי. המעכלים האנאירוביים בשלב הראשון מוזנים בבוצה ראשונית (שעברה הסמכה באגני השיקוע הראשוניים) ובבוצה שניונית שהוסמכה במסמיכי הסרט. הבוצה המעורבבת עוברת סינון בוצה של 5 מ"מ להוצאת חלקים גסים (סמרטוטים, חלקי שיער וכדומה) העלולים לפגוע בציוד המכני. מערך סינון הבוצה כולל 8 יחידות סינון הפועלות במקביל. מתקני הסינון סגורים ומותקנים במבנה המאפשר תחזוקה נאותה עם טיפול בריחות. אוויר ממבנה מסנני הבוצה ומבנה המכולות שמתחתיו נשאב למערכת ביולוגית לטיפול באוויר בטכנולוגיה המבוססת על Bio-trickling + Bio-filtering.

לאחר שלב הסינון הבוצה מוזנת לשלב העיכול במעכלים האנאירוביים. שלב העיכול פועל בטמפרטורה תרמופילית הנעה בין 55 ל-57 מעלות צלזיוס. בשלב העיכול מתבצע פירוק של כ-60% מהמוצקים המרחפים הנדיפים (VSS) בתנאים אנאירוביים, תוך יצירת ביו-גז המורכב בעיקר מגז מתאן ופחמן דו-חמצני. פירוק חלק ניכר מן המוצקים בשלב זה מפחית משמעותית את כמות המוצקים, בהם יש לטפל בהמשך בשלב הסחיטה.

===== סחיטת בוצה ופינוי לחקלאות =====

לאחר שלב העיכול האנאירובי במעכלים, מוזרמת הבוצה המעוכלת למתקן הסחיטה לצורך הוצאת נוזלים נוספים וצמצום נפח. בוצה מעוכלת סחוטה באיכות סוג א' מפונה ממתקן הסחיטה לאחסון יומי במתקן העמסת בוצה ב-4 מכלים בנפח של כ-600 מ"ק כל אחד. הבוצה מפונה מהמכלים על ידי משאיות לפיזור חקלאי.

===== טיפול בביו-גז וניצולו =====

הביו-גז הנוצר בתהליך העיכול האנאירובי נאסף במערכת סגורה אל אוגר גז. אוגר הגז נועד לאפשר פעולה תקינה וסדירה של מערך הקוגנרציה וכן למניעת שריפת גז, במקרה של קצב לא אחיד של ייצור גז.

מאוגר הגז, הביו-גז מוזרם למערך הטיפול בגז המורכב ממערכת תלת שלבית:

* מערכת ביולוגית לסילוק מימן גופרתי (H2S).
* מערכת עיבוי מים לצורך סילוק מים מהגז.
* סילוק סילוקסאן (Siloxane) על ידי פחם פעיל.

ממערך הטיפול, מוזרם הביו-גז למערך של דודים וקוגנרציה, בו הוא מנוצל לחימום ולייצור חשמל. במערך הקוגנרציה מאפשר הפחתה של צריכת האנרגיה במכון בשני אופנים:

# ייצור החשמל מגז המתאן לשימוש עצמי.
# שימוש בחום הנפלט מהגנרטורים לצורך חימום המעכלים.

מערך הדודים מורכב מ-8 יחידות בהספק חום מרבי של כ-1.4 מגה-וואט ליחידה. הדודים נכנסים לעבודה רק במקרה של מחסור בחום שיורי ממערך הקוגנרציה. מערך הקוגנרציה מורכב מ-8 גנרטורים, המנצלים את מירב כמות הביו-גז הנוצרת.

== פרשת הזרמת השפכים לים ==
ב-28 בינואר 2003 התפוצץ צינור הביוב הראשי של השפד"ן בקטע שעובר ברחוב עזה ביפו. מי השפד"ן הלא-מטוהרים פרצו החוצה בזרם אדיר, דירות הוצפו במי ביוב, ועשרות חנויות ובעלי עסקים ניזוקו. אנשי איגוד הערים לביוב החליטו להזרים את השפכים לים מבלי לקבל את אישור ועדת החריגים. בעקבות אירוע זה הוגשו כתבי אישום נגד בכירי האיגוד.

בעקבות הפרשה הונח בשדרות ירושלים ביפו בסוף 2004 צינור ביוב עילי על מנת לאפשר את שיפוץ המערכת. הצינור הוצב מבלי לאפשר לתושבים להתנגד לכך ואכן עורר התנגדות עזה. הצינור פורק באמצע 2005, עם תום השיפוץ.

==מרכז המבקרים==
במרכז המבקרים בשפד"ן
בשפד"ן יש מרכז מבקרים הממוקם בליבו של המכון. במהלך הביקור במרכז נחשפים בפני המבקרים החיים מתחת לפני הקרקע במטרופולין גוש דן. במקום מוצג סרטונים לימודיים, המלמדים את המבקרים אודות מערכת הביוב הבינעירונית בגוד שן ולגבי אופן פעולת טיהור המים שמתבצעת במכון. ישנה הדמיה של סיור בצינור תת-קרקעי והיכרות עם תהליכי מיחזור המים. המרכז מארח משלחות מכל העולם, והסיורים בו מותאמים לשפות רבות. המרכז הנגיש לבעלי מוגבלויות זכה באות נגישות ישראל לשנת 2008.

==קישורים חיצוניים==

* 

==הערות שוליים==

קטגוריה:ישראל: תעשייה
קטגוריה:ראשון לציון: ארגונים
קטגוריה:ביוב
קטגוריה:ישראל: פינוי פסולת
קטגוריה:זוכי פרס הגלובוס הירוק
קטגוריה:גוש דן
קטגוריה:חברות מים ושפכים ישראליות