טיהור מים

טיהור מים הוא תהליך של הסרת חומרים, כימיקלים ומזהמים בלתי רצויים מהמים. מטרת הטיהור היא להפיק מים המתאימים למטרה מסוימת. רוב טיהור המים נעשה לשם צריכה אנושית (מי שתייה), אך הוא יכול להעשות גם לשם מטרות נוספות, כגון לרפואה, רוקחות, חקלאות ותעשייה.
השיטות לטיהור המים יכולות להיות פיזיות, כגון סינון או שיקוע, ביולוגיות ווכימיות, כמו הוספת כלור למים, ושימוש בקרינה אלקטרומגנטית בעזרת נורות על-סגול. תהליך הטיהור יכול להפחית את ריכוזם של חומרים ומזהמים, הכוללים חלקיקים מומסים שונים, טפילים, חיידקים, אצות, נגיפים, ופטריות.

תקן האיכות למי השתייה נקבע על ידי הממשלה לפי סטנדרטים בינלאומיים. התקן כולל בדרך כלל ריכוזי מינימום ומקסימום למזהמים לפי השימוש שיעשה במים.

בלתי אפשרי להבחין בעין באיכותם של המים. פעולות פשוטות כגון הרתחה או סינון ביתי במסנן פחם פעיל אינן אפקטיביות כלפי כל סוגי המזהמים שיכולים להיות במים ממקור לא ידוע. אפילו מי מעיינות טבעיים, שנחשבו לבטיחותיים לכל שימוש במאה ה-19, צריכים להיבדק על מנת לבדוק באיזה טיפול יש צורך. למרות המחיר היקר, אנליזה כימית היא הדרך היחידה לקבוע מהן השיטות הנחוצות לטיהור המים.

על פי דו"ח משנת 2007 של ארגון הבריאות העולמי, ל-1.1 מיליארד אנשים בעולם אין גישה למי שתייה ראויים, ו-88% מתוך 4 מיליארד מקרי השלשול בכל שנה מיוחסים למים שאינם בטוחים ותנאים סניטריים והיגיינים לקויים. בכל שנה מתים כ-1.8 מיליון אנשים ממקרים כאלה. לכן, הורדת מספר מקרי המוות ממחלות שמועברות על ידי מים לא ראויים הוא יעד מרכזי לשיפור בריאות הציבור במדינות מתפתחות.

מקורות המים
מי תהום: מקורם של מים הנשאבים מהאדמה ממעיינות, קידוחים או בארות מגוון, החל במי גשמים מתחדשים וכלה במים לכודים בני מאות אלפי שנים. שכבות קרקע וסלעים מסננים באופן טבעי את מי התהום, ולכן הם צלולים מאוד. מי תהום בדרך כלל הם נקיים ברמה בקטריאלית גבוהה מאוד, כלומר הם כמעט ואינם מכילים חיידקים, אך הם עשירים במוצקים מומסים, כגון קרבונטים וסולפטים של סידן ומגנזיום. יונים אחרים עשויים להופיע כגון כלורידים וביקרבונטים, תלוי בשכבת הקרקע בהן מצויים המים. ייתכן כי יהיה צורך להקטין את כמות הברזל והמנגן במים אלה על מנת להפוך אותם לשימושיים לשתייה, בישול וכביסה. ייתכן כי ידרש גם צורך בחיטוי.
אגמים ומקורות ברמה: ממוקמים בדרך כלל על מקורות נהרות. רמות החיידקים בהם בדרך כלל נמוכות, אך קיימים חיידקים, חד-תאיים ואצות. אם האגם בקרבת יער או כבול, חומצה הומית תתן את צבעה למים. לחלק מהמקורות יהיה pH נמוך הדורש התאמה.
נהרות ותעלות ומקורות בשפלה: יכילו רמות חיידקים משמעותיות, ולעיתים אצות, מוצקים ומגוון של מומסים.
התפלת מי ים: נעשית על ידי זיקוק או אוסמוזה הפוכה.

הטיפול במים
התהליכים שלהלן הם הנפוצים במתקני טיהור המים. בחלקם לא יהיה צורך, תלוי באיכות המים. ישנן שיטות רבות נוספות והבחירה תעשה לפי יעוד המים והעלות.

לפני הטיפול
 שאיבה – המים צריכים להשאב מן המקור או להיות מובלים בצינורות או מכלים. כדי להימנע מהוספת מזהמים, על התשתית להיות בנויה מחומרים מתאימים על מנת שלא יתרחש זיהום מקרי.
 סינון גס – השלב הראשון בטיהור המים היא להסיר פסולת ועצמים גדולים כגון ענפים, עלים וזבל העלולים להפריע לשלבי הטיהור הבאים. רוב מי התהום אינם זקוקים לשלב זה.
 אחסון – מי נהרות צריכים להתאחסן במקורות מים לתקופה של בין כמה ימים לחודשים, על מנת לאפשר לתהליכי טיהור ביולוגים טבעיים להתרחש. מאגרים אלה גם מספקים לתקופות קצרות של בצורת, ולאפשר לאספקת המים להישאר גם אם יש זיהום במקור.
 הכנה לריכוך – מים עשירים במלחים קשים, מטופלים עם סודה לשתייה (נתרן פחמתי) על מנת לשקע סידן פחמתי.
 הכנה לכלורינציה (חיטוי בכלור) – במתקנים רבים מוסיפים כלור למים הנכנסים על מנת למזער התפתחות אורגניזמים בצינורות ובמכלים. בגלל ההשפעה האפשרית השלילית על איכות המים, תהליך זה הופסק בחלק מהמקומות.

איזון רמת ה-pH
רמת ה-pH של מים מזוקקים היא 7 (לא חומצי ולא בסיסי), ולמי ים ממוצע של 8.3 (בסיסיים מעט). אם המים חומציים, ניתן להוסיף להם סיד, נתרן פחמתי, או נתרן הידרוקסידי על מנת להעלות את ה-pH. חומצות כמו חומצה מלחית או חומצה גופרתית יוכנסו למים בסיסיים בנסיבות מסוימות על מנת להוריד את ה-pH. מים עם pH נמוך עשויים למוסס מתכות כבדות כמו עופרת מן הצינורות ולכן נוטים להשאיר את המים בסיסיים מעט.

הפתתה
הפתתה (מלשון פתית) היא תהליך הפיכת המים לצלולים, כלומר הסרת עכירות וצבע. שלב זה נעשה באמצעות הוספת חומרים שיגרמו להגדלת המוצקים על ידי התלכדות חלקיקים לפתית גדול יותר ויצירת משקע שניתן להסיר אחר כך בסינון. המים מעורבבים באיטיות ליצירת מגע בין החלקיקים והתגבשותם לפתית גדול יותר. ניתן להשתמש בברזל (III) הידרוקסידי, אלומיניום הידרוקסידי או ב־PolyDADMAC.

שיקוע
מים שעברו את אגן ההפתתה נכנסים לאגן השיקוע. זהו מכל גדול בו זרימה איטית, המאפשר לפתיתים לשקוע לתחתית. הזרימה מן האגן היא מעל סכר כך שרק השכבה העליונה עוברת. הזמן המינימלי למים באגן השיקוע הוא בדרך כלל 4 שעות. השכבה שנוצרת בתחתית היא משמעותית ומהווה בדרך כלל בנפח 3%-5% מנפח המכל, ולכן יש להסירה.

סינון
המים עוברים דרך מסנן נוסף להסרת הפתיתים שלא שקעו. שלב זה נעשה בדרך כלל בעזרת מסנן חול, בעל שכבה של פחם פעיל. אחר כך נעשה סינון בעזרת ממברנה. לצורך הסרת יונים מן המים משתמשים בחילוף יונים וממברנה חדירה למחצה.

חיטוי
המים צריכים לעבור חיטוי על מנת להוציא מהם גורמי מחלות. החיטוי נעשה גם על ידי סינון וגם על ידי הוספת חומרי חיטוי למים בשלב האחרון בטיהור מי שתייה. גורמי מחלות כאלה כוללים נגיפים, חיידקים (למשל שיגלה ו-Escherichia coli), ופרוטיסטים (טפילים) כגון Giardia lamblia.

חיטוי בכלור
השיטה הנפוצה ביותר לחיטוי היא באמצעות כלור או תרכובות שלו. כלור הוא מחמצן חזק ההורג במהירות מיקרואורגניזמים רבים. מכיוון שכלור הוא גז רעיל, קיימת סכנה בשימוש בו. אף על פי שכלור יעיל כנגד חיידקים, הוא אינו יעיל כנגד טפילים היוצרים ציסטות במים.

חיטוי באוזון
אוזון הוא מולקולה בלתי יציבה המוותרת בקלות על אטום חמצן אחד ובכך מייצרת מחמצן חזק הרעיל לרוב האורגנימים החיים במים. חיטוי באמצעי זה נמצא בשימוש נרחב בעיקר באירופה. חיטוי זה יעיל גם כנגד טפילים היוצרים ציסטות, וכמעט נגד כל גורמי המחלות. ניתן לייצר את האוזון על ידי העברת חמצן באור אולטרה סגול או פריקה חשמלית. כדי להשתמש בו האוזון חייב להיווצר במקום ולבעבע למים. אחד החסרונות העיקריים של חיטוי באמצעות אוזון הוא שהוא לא משאיר חומר חיטוי במים.

חיטוי באמצעות אור אולטרה סגול
אור על-סגול יעיל מאוד במים בעכירות נמוכה (ויעילותו יורדת ככל שהמים עכורים יותר). החיסרון העיקרי שלו כמו האוזון, שהוא אינו משאיר חומר חיטוי במים.

תהליכים נוספים
הפלרת מי שתייה
ריכוך מים קשים
טיפולים מיוחדים בהתאם למקור המים, כגון הסרת רדיום (חומר רדיואקטיבי), או פלואור

שיטות נוספות
הרתחה
סינון באמצעות פחם פעיל גרגירי
זיקוק
אוסמוזה הפוכה

בישראל

בישראל פועלים מתקני התפלה גדולים אחדים, המספקים כמחצית מצריכת מי השתייה במדינה, ומאפשרים להתגבר על המחסור במים ואף לייצא מים לירדן.

ראו גם
טיהור שפכים
ננוטכנולוגיה ירוקה

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

מי שתייה
זיהום מים