טיהור שפכים

טיהור שפכים הוא תהליך של הוצאת חומרים מזהמים, כימיקלים וחיידקים, המסוכנים לבני אדם, ממי הביוב באמצעות תהליכים פיזיקליים, כימיים וביולוגיים. כלומר שימוש במגוון טכנולוגיות הכוללות סינון מכני, טיפול ביולוגי אירובי, טיפול ביולוגי אנארובי כדי לטפל בשפכים ולבסוף הפיכתם למי קולחין, בהם ניתן לבצע שימוש חוזר, לרוב בחקלאות או הזרמה לנחלים מבלי שיגרמו לזיהום.

טיהור שפכים מבוצע באמצעות מכון טיהור שפכים או בריכת חימצון המופרדות משפכים תעשייתיים. טיפול בשפכים תעשייתיים הוא תהליך מורכב הכולל מגוון רחב של טכנולוגיות שונות המותאמות לפי סוג המזהמים.

מכון טיהור שפכים
מכון טיהור שפכים הוא מתקן המנקז אליו את שפכי הביוב, לשם טיהורם. המים המטוהרים משמשים בחקלאות או מושבים לנחלים בטבע.

מכוני טיהור אינטנסיביים 
תהליך הטיפול בשפכים במכוני הטיהור האינטנסיביים נחלק לשלושה שלבים עיקריים: טיפול ראשוני, שניוני ושלישוני. איכות מי הקולחין נקבע על פי מספר השלבים בתהליך הטיהור. כיום נכנסות לתוקף באירופה תקנות חדשות הדורשות טיפול רביעוני המצריך הפרדה של מיקרו-מזהמים שבדרך כלל מקורם בתרופות אנטיביוטיות והורמונים ששורדים את תהליך הטיפול.
 טיפול ראשוני: טיפול מכני הכולל סינון גס של השפכים, שיקוע גרוסת (שיקוע של חלקיקים כבדים) ושיקוע ראשוני הכולל הרחקת חלק מהמוצקים ה"מרחפים" (חלקיקים מוצקים שאינם מומסים במים, אלא "מרחפים" בתוכם. חלקיקים אלה קטנים במיוחד ומופיעים החל מגודל של 1 מילימיקרון, וגורמים לעכירות המים שלעיתים עשויה להוות סכנה בריאותית או למערכות הובלת המים וההשקיה) והחומר האורגני.
 טיפול שניוני: טיפול ביולוגי בו מתבצע תהליך של פירוק החומר האורגני בשפכים, הרחקת המוצקים המרחפים, שיקוע של הבוצה (המכילה בעיקר את החיידקים המפרקים) וחיטוי הקולחין לצורך סילוק מיקרואורגניזמים פתוגנים (מעבירי מחלות). בתהליך מתקבלים קולחין צלולים בעלי ריכוז חומר אורגני נמוך המתבטא בריכוז צח"ב (צריכת חמצן ביולוגית) הנמוך מ-20 מ"ג/ל' וריכוז מוצקים מרחפים הנמוך מ-30 מ"ג/ל'.
 טיפול שלישוני: טיפול שלישוני הוא טיפול נוסף לקולחין המעלה את איכות הקולחין לכזו אשר ניתן להשתמש בקולחין להשקיה בלתי מוגבלת-גידולים חקלאיים למאכל אדם ו/או השקיה מעל אקוויפרים וזאת בלי חשש לבריאות הציבור או זיהום האקוויפר. טיפול שלישוני יכול לכלול אחד או יותר מהתהליכים הבאים:
 סילוק חנקן בתהליך ביולוגי.
 סילוק זרחן בתהליך ביולוגי ו/או על ידי כימיקלים.
 סינון נוסף של מוצקים מרחפים.
 סינון גרביטציוני: החדרה לתת קרקע - סינון הקולחין על ידי החדרה דרך חול שבסופו מתקבלים קולחין באיכות גבוהה מאוד. תהליך זה דורש משאבי קרקע גדולים (בישראל הדבר נעשה כיום רק במכון הטיהור של גוש דן - השפד"ן).
 סינון בלחץ: סינון הקולחין על ידי העברתם במסנני חול סגורים, בשיטה זו אין צורך בשטח גדול וקיימת בקרה טובה יותר על איכות הקולחין. המחיר הוא בצורך בעבודה עם לחצים גבוהים המסופקים על ידי משאבות - תהליך הדורש אנרגיה. דוגמה לתהליך כזה בישראל הוא מכון טיהור השפכים בכרמיאל.

שיטות הטיהור 
מכוני טיהור אינטנסיביים פועלים, בדרך כלל, על בסיס שיטת הבוצה המשופעלת. בתהליך זה מוזרם אוויר באופן מכני ובכמויות גדולות לאגני איוור, בהם מתפתחת אוכלוסיית חיידקים פעילה. תרכובות אורגניות וחנקניות המצויות בשפכים עוברות פירוק על ידי החיידקים והופכות לביומסה או לגז הנפלט לאטמוספירה.

לאחר זמן שהיה של מספר שעות מוזרמים השפכים המטוהרים מאגני האיוור לאגני שיקוע, בהם מופרדים המוצקים המרחפים (רובם הם תאי חיידקים ותרכובות אורגניות לא מסיסות) ומתקבלים קולחין.

חלק מהבוצה הנוצרת כמשקע מוחזרת בסחרור לאגני האיוור והיתרה מסולקת כבוצה עודפת.

יתרונות וחסרונות של השיטה 

יתרונות השיטה הם צריכה פחותה של שטח וכן בשיטה זו ניתן להפיק קולחין באיכות גבוהה מהמקובל במערכות אקסטנסיביות. מאידך, חסרונותיה הם רגישות גבוהה לאיכות השפכים, נוכחות חומרים רעילים, ריכוז החומר האורגני וטמפרטורת הסביבה.
עלות הטיפול בשפכים גבוהה יחסית והתהליך מחייב בקרה צמודה והפעלה על ידי כוח אדם מיומן ברמה טכנית גבוהה.

מכוני טיהור אקסטנסיביים 

תהליכים אקסטנסיביים כוללים בדרך כלל בריכות ייצוב אנאירוביות (בהן עומק המים גדול יחסית), המשולבות עם בריכות אארוביות רדודות. בבריכות אלו מתפתחות אצות התורמות חמצן למים ומסייעות בכך לפירוק מיקרוביאלי של המזהמים. בבריכות בהן מצוי עומס אורגני גבוה או פני שטח קטנים יחסית, יש לעיתים צורך בהוספת איוור מכני לשיפור תהליכי החמצון.

יתרונות וחסרונות 

יתרונותיה של שיטה זו הם: כמויות הבוצה הנוצרות קטנות ביותר ומחייבות סילוק רק אחת למספר שנים. ההפעלה פשוטה ביותר ואינה דורשת כוח אדם מיומן. עלות הטיפול במכונים מסוג זה אמורה להיות נמוכה באורח משמעותי מזו של מכונים אינטנסיביים. טיהור בדרך זו רגיש פחות לשינויים בכמות ואיכות השפכים ויעיל יותר בפירוק מזהמים אורגניים יציבים.

חסרונות שיטה זו הם באיכות הקולחין הנמוכה יחסית.

מחקרים שנערכו בישראל בשנים האחרונות הראו כי ניתן להגיע לאיכות קולחין גבוהה מאוד במערכות אקסטנסיביות על ידי שימוש במאגרים מקבילים. בשיטה זו מוזרמים שפכים לאחר טיפול ראשוני, לסירוגין, למאגרים מקבילים.

השיטה מאפשרת הזרמת שפכים טריים למאגר קולט, בעוד מאגר שני משמש כגוף אגירה ומאפשר זמן שהיה ארוך לקולחין המצויים בו, ללא תוספת שפכים טריים. ההשקיה נעשית אך ורק בקולחין ששהו במאגר שלושה חודשים לפחות. לאחר התרוקנות המאגר, מתחילה הזרמת שפכים אליו בעוד המאגר המקביל נסגר לקליטת שפכים טריים וחוזר חלילה.

בריכות חמצון

בריכות חמצון הן מקווי מים מלאכותיים שאליהם מתנקזים שפכים של יישובים קטנים, לשם טיהור שפכים ביתיים. בבריכות מתבצע סילוק של החומר האורגני שבשפכים באמצעות חמצון ביולוגי. שיטה זו מתאימה בעיקר ליישובים קטנים ומבודדים, שבהם מאות ספורות של תושבים, ובעבר הייתה השיטה הנפוצה בישראל.

תהליכי הטיהור המתבצעים בבריכות חמצון מתבססים על קשרי גומלין בין אצות ירוקות המבצעות פוטוסינתזה בשכבת המים העליונה, שאליה חודרות קרני השמש, ובכך מעשירות את המים בחמצן, לבין מיקרואורגניזמים המנצלים את החמצן כדי להתקיים ולפרק את החומר האורגני המצוי בשפכים. כמו כן מתבצעים תהליכים של מינרליזציה וניטרפיקציה שבה הופכת האמוניה לחנקית ולחנקה.

התהליך רגיש לתנאי האקלים, לטמפרטורה, לאורך היום, להיפוך שכבתי של המים וכדומה. ככל שעומס השפכים על הבריכות גדול יותר, הן הופכות למטרד בגלל היחס בין קצב ייצור החמצן הנגרם על ידי השמש והאצות (פוטוסינתזה), לדרישת החמצן הנגרמת על ידי כמות השפכים.

המים בבריכת חמצון הם סביבה עוינת לבעלי חיים. הכמויות הגדולות של חומרי מזון גורמות להתפתחות יתרה של אצות בבריכה. האצות מבצעות הטמעה בנוכחות אור יום ונשימה בלילה, ויוצרות מחזוריות יום-לילה בבריכה. במשך היום ה-pH וריכוז החמצן עולים. ערך ההגבה הגבוה גורם לעליית ריכוז האמוניה לעומת יון האמון. במשך הלילה, לעומת זאת, יש ירידה בערך ההגבה וברמת החמצן המומס עד מתחת ל־ppm 0.1. בעלי חיים שמסוגלים לחיות בבריכות חמצון צריכים להתמודד עם ריכוזי אמוניה גבוהים ביום ועקת חמצן במשך הלילה. כל זאת בנוסף לריכוזי ניטריטים, דטרגנים ומזהמים אחרים.

ברם, ישנם בעלי חיים שמעדיפים התפתחות במים מזוהמים בחומר אורגני. כאלה הם למשל יתושי כולכית מצויה טרדנית, ואכן, בעיית היתושים הללו קיימת בכל אגני החמצון, תעלות הביוב והנחלים המזוהמים שבהם מוזרמים שפכים, שכן אלו מהווים מוקדי דגירה עיקריים של היתושים. במקווי מים בלתי מזוהמים מתפתחת אוכלוסייה של אויבים טבעיים לזחלי יתושים כמו דגים, זחלי חיפושית המים, זחלי שפיריות וראשנים. במקווי מים כאלה מתפתחים בדרך כלל מעט מאוד זחלי יתושים או שהם נעדרים כליל. אולם, בניגוד לטורפיהם, מסוגלים הזחלים של יתושי כולכית מצויה טרדנית, להתקיים בסביבה העוינת מאוד של חלק ממקווי המים המלאכותיים, משום שטווח התנאים לקיומם של הזחלים רחב בהרבה מן הטווח הצר שבו מתקיימים אויביהם. התפתחות הזחלים מתרחשת במים מתוקים או מליחים, בטווחי חומציות וטמפרטורה רחבים ובמים שבהם העומס האורגני גבוה וריכוז החמצן נמוך. בנוסף להיעדר כמעט מוחלט של אויבים, מצויות במי בריכות החמצון תרכובות של זרחן ושל חנקן בריכוזים גבוהים, המדשנות את גדות הבריכות וגורמות להתפתחות צמחייה עשירה על שפת המים, שהיא חביבה על יתושים אלה. גם הזרימה האיטית בבריכות ופני המים השקטים הם גורמים ההופכים את בריכות החמצון לבתי גידול אידיאליים לזחלי יתושים.

הדברת יתושים בבריכות חמצון

הדרך הנפוצה למניעת התפתחות יתושים בבריכות חמצון מבוססת על עיקור צמחיית הגדות באמצעות קוטלי צמחייה כימיים, ריסוס רצועת המים הקרובה לגדות בקוטלי חרקים כימיים ויציקת חומרים שמנוניים למים בצמוד לגדות. לשיטה זו מספר חסרונות :

 הכנסת כימיקלים לבריכה מפרה את שיווי המשקל הביוכימי במים ומפריעה לתהליכי החמצון.
 השימוש הנרחב בפיזור רעלים כימיים מביא לזיהום סביבתי ולפגיעה משנית באורגניזמים שונים שאינם מטרת ההדברה. חומרים אלה מצטברים בגופם של האורגניזמים, עוברים בשרשראות המזון וכך פוגעים, בסופו של דבר, במארג כולו.
 עלותם הגבוהה של חומרי ההדברה והצורך המתמיד בהעלאת הריכוזים שבשימוש ובפיתוח חומרים אלטרנטיביים – כנגד התפתחות התנגודת המהירה של הזחלים, הנעשים עמידים לרעלים השונים בתהליך הברירה הטבעית - אשר מייקרים עוד יותר את השימוש בהם.

מרבדי קנה
שיטת מרבדי קנה (נקראת בדרך כלל אחו לח או אגנים ירוקים) היא שיטה טבעית ואקולוגית לטיהור מי שופכין, המחקה את מנגנוניו הטבעיים של הטבע בטיהור מי ביצות. מי השופכין מוזרמים לאגם מלאכותי האוגר את המים לפרקי זמן ארוכים. צמחי מים וצמחי גדה שונים נשתלים סביב האגם ומטהרים את המים באופן טבעי. מרבית הגידולים הם גידולי קנה מסוגים שונים ומכאן נגזר שמה של השיטה.

השיטה פועלת בכל רחבי העולם ובישראל נעשה בה שימוש בנאות סמדר ובקיבוץ להב וכן מתוכנן אגם נוסף בערד שמטרתו לטהר את 400 אלף הקוב המוזרמים מדי שנה על ידי מפעל מגבות שבעיר.

ראו גם
 טיהור מים
 מי קולחין

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
טיהור מים
בריכות מלאכותיות