מים - הזהב השקוף

מחסור עולמי במים וזיהומם

הפשרת קרחונים, סופות אימתניות ובצורות ממושכות, הביאו למציאות של משבר מים ומזון כלל-עולמיים. כך, בישראל ובאוסטרליה (וככל הנראה אף בהרבה מדינות אחרות), מסתמן העשור האחרון כעשור היבש ביותר שנמדד אי-פעם. בישראל עתודות המים לשנים הבאות במצב קריטי, והערכות עדכניות מצביעות על כך שגם יכולות ההתפלה הקיימות והעתידות להתקיים לא יצליחו לספק את הדרישה למים.

בנוסף, כפועל יוצא של אותה מודרניזציה שהוזכרה קודם לכן, מסתמנת צמיחה מתמשכת של האוכלוסיה העירונית, כך שכ-60 אחוזים מאוכלוסיית העולם צפויה להפוך לעירונית עד לשנת 2020. שינוי זה טומן בחובו תנופת בנייה המביאה להרחבה ניכרת של שטחי הערים, הרחבה ה"נוגסת" בשטח חורש טבעי, שהופך לאזור סלול וברובו (מעל ל-90 אחוזים) לא מאפשר חלחול של מים למי-תהום. שטח בנוי ובלתי חדיר זה גורם לכך שכמעט כל פרץ גשם ברחובות העיר הופך לסחופת של מים (מי שטפונות), הזורמת למקומות הנמוכים, ובכלל זה נחלים עירוניים, (כגון נהר היארה במלבורן ונחל הירקון בתל-אביב), ולמפרצים, ימים ואגמים. סחופת מזוהמת זו מכילה ריכוזים גבוהים של מתכות כבדות כגון: קדמיום , עופרת, אבץ וכרום, בעיקר כתוצאה מבלאי של כלי-רכב (בלמים וצמיגים). מתכות אלו מצטברות בשרשרת המזון (למשל, בגופם של דגים המגיעים לצלחתנו ומהווים גורם מסרטן), ומסכנות את בריאותנו. יתרה מכך, הסחופת העירונית, אשר כתוצאה מעודף דישון וחומר אורגאני עשירה מאד בחנקן וזרחן, זורמת לים ומאיצה את גדילת אצות המים.

לתהליך זה, בו סחופת עירונית מובילה ליורטריפקציה (עודף חנקן וזרחן במים) של גופי מים במורד הזרם וזורמת בסופו של דבר לים, ישנן שתי השלכות מרכזיות: 1. איבוד כמויות ניכרות של מים מתוקים, דבר המוביל למחסור במים, ו-2. זיהום גובר והולך של נהרות, ימים ואגמים. יוטריפקציה הוא תהליך בו אצות מים משתמשות בעודף החנקן והזרחן במים, ובעצם משתלטות על גוף המים. כתוצאה מכך, ריכוז החמצן במים יורד לערכים נמוכים מאד, בהם דגים ושאר בעלי-חיים אינם יכולים להתקיים.

מחקרים מצביעים על כך שהתופעה שכיחה מאד בקרב ערי חוף ובערים הגדולות בכלל. מחקר שנערך ב-Port Phillip Bay ע"י חברת המים של מלבורן, Melbourne Water , מתריע על צורך מיידי בהרחקת 1,000 טונות בשנה של חנקן על צורותיו השונות. בשל כך, בשנה האחרונה חלה בתחום רגולציה ממשלתית (סעיף חוק 56.07), הדורשת מכל מפתח עירוני לספק פתרונות טיפול (עוד בשלב התכנון), לסחופת העירונית בהתאם לשטח הנכס, ולקבל אישור מתאים מחברת המים. במידה ואין ביכולתו של היזם לטפל במים בעצמו, או לחילופין הפתרון אינו מספק, יהיה עליו לשלם 900 דולרים בעבור כל קילוגרם של חנקן בתחומו, לטובת בניית תשתית מתאימה ע"י Melbourne Water.

בעוד שהגישה הרגילה לסחופת עירונית היא הרחקת המים לשם מניעת שטפונות, הגישה העכשווית נוטה לטפל בסחופת העירונית קרוב מאד למקום היווצרותה, על מנת למחזר את המים.

ביופילטרציה הינה טכנולוגיה חדשנית למחזור מים ומניעת זיהום גופי המים. טכנולוגיית הביופילטרציה מוטמעת בביופילטר (בתמונה מימין), מתקן שכולו פרי פיתוחה של המחלקה להנדסה אזרחית באוניברסיטת מונאש שבמלבורן. ייחודו של הביו-פילטר (מסנן ביולוגי) הוא בכך שהוא מאפשר מחזור של מים קרוב להיווצרות הסחופת העירונית, תוך שימוש בטכנולוגיה "ירוקה". הביו-פילטר מיועד להחליף את בורות הניקוז המסורתיים, הקיימים כיום ברחובות העיר.

את המחקר התחלנו בשלהי שנת 2005, תחת מטריית מחקר ופיתוח הקרויה: FAWB (Facility for Advancing Water Biofilteration). כ-4.3 מיליון דולרים נתרמו לפרויקט משותף מחברות תעשייה, ממשלת ויקטוריה ואונ' מונאש, לתקופה של שלוש שנים, לטובת פיתוח והטמעת הביופילטר במדינת ויקטוריה.

מטרתה המרכזית של המערכת היא להביא להרחקת חנקן מקסימאלית מן הסחופת העירונית. השחקנים המרכזיים בביופילטר הם החיידקים – מערכת הביופילטר מבטיחה תנאים אופטימליים לפעילות חיידקים המרחיקים חנקן. חיידקים אלה למעשה נושמים חנקן (ניטראט) במקום חמצן, ועל מנת שפעולתם תהיה יעילה, ריכוז החמצן צריך להיות נמוך מאד. בנוסף, חיידקים אלה דורשים מקור פחמן לשם יצירת אנרגיה שתבטיח את תפקודם.

על מנת להבטיח ריכוז חמצן נמוך יצרנו, בתחתית הביופילטר, אזור ללא חמצן חופשי. להבטחת קיומו של מקור פחמן זמין במערכת, השתמשנו בשני סוגים של מקורות פחמן צמחיים. האחד, פחמן מהיר-תגובה, לטובת איכלוס מיקרוביאלי מהיר במערכת, ולהביאה לפעילות תקינה של הרחקת חנקן. השני הוא מקור פחמן בעל שחרור מבוקר שיאפשר פעילות מיקרוביאלית ממושכת, לתקופה של עד 20 שנה, המהווה את אורך החיים המתוכנן של המערכת.

כיום, בתום הפיתוח, מצליח מתקן הביופילטר להרחיק כ99.8% אחוזים ניטראט ו-74% מסך כל החנקן שבסחופת העירונית, כמו גם 99 אחוזים מן המוצקים המרחפים, 95 אחוזים מן המתכות הכבדות, 85 אחוזים מן הזרחן, ו-95 אחוזים מן החיידקים הגורמים למחלות.

• שימוש בטכנולוגיה ירוקה המורכבת ממקורות טבעיים.
• אורך חיים ממושך (20 שנה או יותר), בהתאם למיקום ולריכוזי הזיהום
• אינה צורכת אנרגיה, ואינה זקוקה לאחזקה יקרה
• מסוגלת לקבע גזי חממה, כגון פחמן דו-חמצני, ואף מרחיקה אותם
• גמישה וקלה להתקנה
• תורמת לשיפור הנוף בעיר – ע"י החלפת בורות הניקוז הרגילים בביופילטרים דמויי גינות קטנות וירוקות         

נכון להיום, מובילה הטכנולוגיה שפיתחנו בתחום הביופילטרציה בעולם. הידע שהצטבר מהמחקר הנ"ל זכה להכרה עולמית במספר כנסים בינלאומיים באוסטרליה ובאירופה. חברות המים הגדולות באוסטרליה, כמו Melbourne Water, Yarra Valley Water, וגם חברות ייעוץ כגון E D AW, אימצו את הטכנולוגיה הלכה למעשה, וקווים מנחים לייצור מערכות מתקדמות מסוג זה נכתבים בימים אלה. פיתוח המערכת אף זיכה אותי בהגעה לשלב הגמר בתחרות "מדען המים הצעיר" לשנת 2007, בכנס בינלאומי שנערך בבריסביין.

כיום ישנה כוונה להטמיע את טכנולוגית הביו-פילטרציה בישראל, ושיתוף פעולה עם קק"ל עומד על הפרק. הערכות מוקדמות מצביעות על כך שהמערכת תהיה מסוגלת לענות על 64-70 אחוזים מצריכת המים הכלל-עירונית, ובמקביל למנוע זיהום ימי מתמשך של מתכות כבדות ונוטריינטים בחופי הים התיכון והכנרת.

בנוסף, הפרויקט הבא עליו אנו שוקדים בימים אלה (ירון זינגר ועוזרות המחקר, בתמונה משמאל), עוסק בפיתוח ביופילטר ייחודי לטיפול במים אפורים (למעשה מחזור כל המים בשימוש הביתי, למעט השירותים) עבור יישומים ביתיים. מערכת זו תתבסס בחלקה על המערכת שפותחה למי-השטפונות העירוניים, ותכלול מספר שינויים נוספים. כיום מוטמעות מערכות הביופילטרציה בערים הגדולות ברחבי אוסטרליה כולה, כאשר יותר ויותר ערים ומועצות מקומיות מעוניינות להתקין את המערכות בתצורותיהן השונות. אני מעריך כי מערכות הביופילטרציה תתפוסנה מקום מרכזי בנוף העירוני העתידי, מערכות שתעזורנה לטפל ולהשיב מים, שאנו מאבדים בשם הקידמה.

רוצים עוד פרטים?

                                       

פורסם ב-  (גליון 23, יוני-יולי 2008) - לחצו כאן לנקודות חלוקה או למנויים