התפלה

מתקן התפלה על גדות הים הכספי

התפלה (או התפלת מים) היא תהליך הפרדה בין מים לחומרים המומסים בהם (מלחים ומינרלים), על מנת לקבל מים הראויים לשתייה או לחקלאות. המילה "התפלה" נגזרת מהמילה "תפל" - חסר טעם, מכיוון שהתהליך מסיר את מליחותם של המים.

הסיבות להתפלה

שלוש סיבות עיקריות להתפלה:

• פתרון למחסור במים: אפשרות למלא את המחסור במים שפירים, באמצעות הפקת מים איכותיים במחירים סבירים ממאגר מים בלתי נדלה שהוא הים.
• איכות המים: תהליך ההתפלה מביא לשיפור משמעותי באיכות המים. איכות המים המופקים ממתקני ההתפלה טובה בהרבה מאיכות מי השתייה הנדרשים בתקנות מי השתייה של משרד הבריאות. בנוסף, כתוצאה מתהליך ההתפלה קשיות המים קטנה באופן משמעותי וכפועל יוצא מכך ישנה הפחתה משמעותית באבנית. יתרון נוסף הינו קבלת קולחים במליחות נמוכה בהרבה מהקיים היום, דבר המאפשר שיפור ביבול החקלאי ושיפור משמעותי לא פחות של מי התהום.
• יתרון כלכלי: הודות לשיפורים הטכנולוגיים ולתחרותיות בשוק, עלויות ההתפלה הולכות ופוחתות בצד שיפור וייעול הייצור. מים מותפלים אמנם יקרים יותר ממים שפירים טבעיים, אך העלות הנוספת זניחה ביחס לנזק הכלכלי הנגרם מייבוש שטחי החקלאות והגנים.

שיטות התפלה

שרטוט אופייני של תוכנית להתפלת מים בשיטת האוסמוזה ההפוכה

ישנם תהליכים רבים המסוגלים להפחית ריכוזי מלחים מתמיסות. קיימים שלושה סוגי מי גלם עיקריים המשמשים להתפלה: מים שפירים, מים מליחים ומי ים.

• מים שפירים, (שמקורם בעיקר ממי תהום ומים עיליים לרבות נהרות ואגמים), מוגדרים כמים שריכוז סך המוצקים המומסים בהם הוא מתחת ל-1,000 מג"ל.
• מים מליחים, מוגדרים כמים שריכוז סך כל המומסים בהם הוא בתחום של 1,000-15,000 מג"ל.
• מי ים, מוגדרים כמים שריכוז סך המומסים בהם הוא בתחום של 15,000 עד 50,000 מג"ל.

ניתן לסווג שיטות להתפלת מים לפי סוג התהליך:

תהליכי אידוי

המים מתאדים בהדרגה תוך מעבר בין מספר תאים, בהם רמת הטמפרטורה והלחץ משתנים. בכל אחד מהתאים מתאדה כמות מסוימת של מים, ואילו המלחים נותרים במים שלא מתאדים. המים עם המלחים (כמחצית ממי הגלם) מסולקים בחזרה לים כתמלחת. אדי המים עוברים תהליך עיבוי, בו נאספות טיפות המים ומתקבלים מים מותפלים.

תהליכי ממברנות

טכנולוגיה חדשה יותר מטכנולוגיות האידוי. הידוע והנפוץ בתהליכים אלו הוא האוסמוזה ההפוכה. בתהליך זה דוחסים את המים המלוחים דרך ממברנות המאפשרות מעבר מים בלבד ומונעות מעבר מלחים. המים שעוברים דרך הממברנות הם מים מותפלים, ואילו המים שנשארים בתמיסה הם רכז המוזרם חזרה לים. דוגמאות נוספות לטכנולוגיות כאלה הן אלקטרודיאליזה, החלפת יונים וסינון ננו.

שיטות נפוצות

• שיטות להתפלת מים שפירים: "אלקטרודיאליזה", "סינון- ננו", "אוסמוזה הפוכה" "והחלפת יונים"
• שיטות להתפלת מים מליחים: "אוסמוזה הפוכה" "ואלקטרודיאליזה"
• שיטות להתפלת מי ים: "אוסמוזה הפוכה", "זיקוק בדחיסת אדים" "וזיקוק רב שלבי"

הסברים לשיטות:

• אוסמוזה הפוכה

ערך מורחב – אוסמוזה הפוכה

אוסמוזה הפוכה משמשת להתפלת מי ים ומים מליחים ואספקת מי שתייה או מים לחקלאות. בשיטה זו מתבצע פעפוע הפוך שהוא תהליך של מעבר תמיסה דרך מסנן הלוכד את המומס בצד אחד ומאפשר מעבר של ממס טהור לצד השני. במתקני התפלה בטכנולוגיה זו מקובל לבצע הכנת המים על ידי תהליך אולטראפילטרציה.

• זיקוק רב שלבי

בשיטת הזיקוק הרב-שלבי משתמשים בקיטור כמקור אנרגיה לאיוד המים. את התהליך מבצעים במספר דרגות שבכל אחת מהן שורר לחץ שונה וטמפרטורה שונה. כך שניתן לחזור על התהליך מספר פעמים תוך ניצול החום הכמוס שיוצרים אדי מים כאשר הם מתעבים, על מנת לחמם את המים של הדרגה הבאה. החימום גורם לאיוד חלק מהמים וחוזר חלילה. בצורה זו ניתן לקבל מכל קילוגרם קיטור, מספר ליטרים של מים מותפלים.

• זיקוק בדחיסת אדים

בשיטת זיקוק דחיסת האדים, מזרימים מי ים לתא שבו שורר ריק, דבר זה גורם לאידוי חלק מהמים, מדחס מכני דוחס את האדים ובכך מעלה את הטמפרטורה שלהם, אלה מתעבים על צינורות תוך מסירת החום הכמוס שלהם למים הנכנסים למתקן ומסירת האנרגיה הדרושה לאיודם.

• זיקוק תוך שימוש באתן

שיטה אחרת להתפלה היא בהשמת המים תחת לחץ גבוה, והעברת אתן דרכם. כמעט מיד, גבישים מופיעים למעלה, המורכבים ממים מזוקקים ואתן. ניתן להמס גבישים אלה, ואז מזרימים את המים למכל נפרד. המבנה של מולקולות אלה גורמות להן להיווצר מאתן ומים בלבד, כאשר המלח נותר מאחור. לפעמים נוצר גם מלח בישול כתוצר לוואי של התהליך.

• אלקטרודיאליזה

תהליך האלקטרודיאליזה מבוסס על יצירת שדה חשמלי בין שתי אלקטרודות שביניהן נמצאות ממברנות חדירות למחצה משני סוגים, אלו המעבירות יונים חיוביים בלבד ואלו המעבירות יונים שליליים בלבד. כאשר המים מועברים במרווחים שבין הממברנות, נודדים שני סוגי היונים לאלקטרודות השונות. בתהליך זה מסולקים רק יוני המלחים ולא שאר החומרים המרחפים.

• התפלה בהקפאה

בתהליך ההקפאה, מולקולות המים מסתדרות במבנה מרחבי שאינו משאיר מקום למלחים, התהליך נקרא גם תהליך זרחין על שם אלכסנדר זרחין. התהליך מבוסס על איוד והקפאה בו זמנית של מי הים בתא אחד ועל עיבוי האדים תוך הפשרת הקרח בתא אחר. שניהם בתוך מכל אחד. הן הקרח והן האדים הנוצרים ולאחר מכן מופשרים ומעובים, הופכים למוצר נטול מלח.

• החלפת יונים

תהליך של סיפוח, המנצל תכונות של חומרים מסוימים, כדי להחליף יונים (חיובים או שליליים), הקשורים אל חומרים אלו בכוחות אלקטרוסטטיים עם יונים בעלי אותו מטען המצוין בתמיסה.

• סינון ננו

תהליך שבו משתמשים בממברנות חצי חדירות אשר דוחות יונים וחומרים מומסים דוגמת רוב החומרים האורגניים. התהליך משמש בעיקר לריכוך מים קשים ולסילוק מזהמים אורגניים.

ביקורת

מנקודת מבט סביבתית, תהליך ההתפלה עלול לגרום לבעיות אקולוגיות.

ריכוזי מלח

רוב מפעלי ההתפלה מייצרים מלח בריכוז גבוה שצריך להיפטר ממנו. מלח בריכוז גבוה יכול לפגוע בבעלי חיים ימיים. על פי מחקר שביצעו חוקרים ישראלים ואשר התפרסם בנובמבר 2007, התברר שהשקיה במים מותפלים עלולה לגרום לנזקים לגידולים חקלאיים. זאת, היות שהמים המותפלים חסרים מינרלים החיוניים לבריאותו של הצמח.. בשנת 2004 שיפרה מקורות את תהליך ההתפלה, עם הוספת אמצעים לסילוק בור מהמוצר, אשר תרמו למניעת הנזקים לגידולים החקלאיים.

צריכת אנרגיה

להפעלת מתקני התפלה נדרשת אנרגיה רבה. פעמים רבות מופקת אנרגיה זו משריפת דלקים מתכלים (פוסיליים) ובכך מעלה את רמות הפליטה של פחמן דו-חמצני. עם זאת, אורי להב ורפי סמיט מהטכניון פרסמו מאמר בו הראו שצריכת האנרגיה הנדרשת להתפלת מים היא שולית לעומת צריכת האנרגיה הנדרשת לכלי רכב ומזגנים וכי חיסכון של 3% בצריכת האנרגיה יכסה את כל התוספת הנדרשת לצורך התפלת מים.

בשל צריכת האנרגיה הגבוהה במיוחד של תהליכי אידוי לשם התפלה, הם גורמים לזיהום גדול יותר ונמצאים בשימוש רק במדינות בהם מחיר החשמל נמוך מאוד. שיטת האוסמוזה ההפוכה חסכונית הרבה יותר באנרגיה ומסיבה זו השימוש בה הולך ומתרחב. מתקני ההתפלה במדינת ישראל מבוססים על שימוש בטכנולוגית האוסמוזה ההפוכה.

שטחי חוף

מתקני ההתפלה נבנים צמוד לחוף הים, שהוא משאב מוגבל, ולכן פוגעים באיכות הסביבה. עם זאת, אורך החוף בו הם משתמשים עשוי להיות קטן. כך למשל, במתקן התפלה בחדרה מגיע השימוש ברצועת החוף ל-20 מטרים בלבד‏.

מחסור במגנזיום

שתיית מים היא מקור לכ-20% מכמות המגנזיום הנכנסת לגוף. בתהליך ההתפלה מוסר מן המים המגנזיום.

בעולם

מפעל התפלה בטכנולוגיה של זיקוק רב שלבי באיחוד האמירויות הערביות

בשנים האחרונות ירדה באופן חד עלות התפלת המים בעולם. מפעל מודרני ויעיל להתפלת מי ים מייצר מים נקיים במחיר שהוא רק 20% מעל למחיר של חפירת בארות ושאיבה ממקום חדש. המפעלים החדשים שולטים ברמת המליחות, הטמפרטורה והלחץ כדי להביא לתנאים אופטימליים ליעילות ההתפלה.

התפלה של מי ים נפוצה במדינות המזרח התיכון, צפון אפריקה ואיים מבודדים. בנוסף מתבצע התהליך פעמים רבות על ספינות וצוללות, השיטה שמשתמשים בה במקומות אלו היא הרתחת המים בלחץ נמוך, וכך בטמפרטורה נמוכה בהרבה מהרגיל. בשל הטמפרטורה הנמוכה, אנרגיה נחסכת. אולם, החיידקים במים נותרים חיים, ולכן צריך להעביר את המים בתהליכים נוספים לפני שניתן לשתות אותם.

כווית היא המדינה הראשונה שבנתה מפעל התפלת מי ים גדול בשנות ה-60 של המאה ה-20, והיא המדינה היחידה המשתמשת בשיטה זו גם לחקלאות ולא לשתייה בלבד. מתקן ההתפלה הגדול בעולם כיום נמצא באיחוד האמירויות הערביות, ומסוגל להתפיל 300 מטר מעוקב לשנייה (מעל 9 מיליארד מטר מעוקב לשנה).

בישראל

מתקן התפלה בפלמחים, שהוקם בשנת 2007

מתקן התפלה בחדרה

פנים מתקן ההתפלה בפלמחים

בישראל שלושה מפעלים מרכזיים להתפלת מי ים: באשקלון, בפלמחים ובחדרה. כיום מופקים 291 מלמ"ש (מיליון מטר מעוקב לשנה) מים מותפלים במדינת ישראל: 127 מלמ"ש ממתקן ההתפלה בחדרה, 119 מלמ"קש ממתקן ההתפלה באשקלון ו-45 מלמ"ש ממתקן ההתפלה בפלמחים. למעט מתקן ההתפלה בפלמחים, שהוקם בשיטת BOO - Build Own Operate, כל מתקני ההתפלה נבנו בשיטת BOT (בנה-הפעל-העבר).

מערכת המים הארצית בישראל מספקת בממוצע כ-1,150, מלמ"ש מים שפירים. המים המותפלים מהווים כ-25% מן המים השפירים בישראל וכ-40% ממי השתייה בישראל במגזר הביתי.

מתקן ההתפלה אשר מוקם בשורק על ידי SDL שבבעלות איי.די.אי טכנולוגיות ו-Hutchison Water, יוסיף 150 מלמ"ש מים מותפלים נוספים למערכת המים הארצית ומתקן ההתפלה שיוקם באשדוד יוסיף 100 מלמ"ש מים נוספים לשנה. בשנת 2013 יותפלו לפחות 441 מלמ"ש מארבעה מתקני התפלה שיהוו כ– 60% ממי השתייה בישראל במגזר הביתי. במקביל מתוכנן מתקן התפלה נוסף בגליל המערבי ונבחנת אפשרות להרחבת המתקנים הקיימים.

מפעלי ההתפלה הגדולים הפועלים בישראל, נכון ל-2011:

מיקום‏‏	היקף התפלה שנתי (מליון מ"ק)	מחיר ריאלי (שקל לקוב)	שנת הפעלה	זכיין	הערה
אשקלון	119	2.9	2005	(VID (IDE+Veolia	עם הקמתו, היה מתקן ההתפלה הגדול והמתקדם ביותר בעולם בסוגו,‏ וכבר לאחר שנת פעילות בודדת, הוא הוכרז כ"מפעל ההתפלה של שנת 2006" בטקס פרסי Global Water.
פלמחים	45	3.2	2007	Via Maris	עלות ההקמה - 100 מיליון דולר
חדרה	127	2.65	2010	H2ID ‏(IDE + שיכון ובינוי)	באתר חברת החשמל. זהו המתקן הגדול מסוגו בעולם‏‏‏
שורק	150	2.01	2013	SDL ‏(IDE + Hutichison Water)	בבניה
אשדוד	100	2.4	2014	מקורות	בבניה
גליל מערבי	50	?	?	בבדיקה סטטוטורית	בבדיקה סטטוטורית

מתקני התפלת מים מליחים:

• "מתקן ההתפלה באילת" - הוותיק מבין המפעלים בארץ, המספק את מי השתייה באזור.
• ברמת הנגב ישנם כמויות גדולות של מי תהום מליחים. חלקם מותפלים ומשמשים כמי שתייה.
• מפעלים ביישובים קטנים כגון "מעגן התפלה" - מפעל התפלת מים מליחים במעגן מיכאל (12.5 מלמ"ש ב-2011).

כמות כלל המים המליחים המותפלים בישראל ב-2011 עומדת על 28.8 מלמ"ש.

היסטוריה

מאזן המים של ישראל הוא שלילי, כלומר המדינה משתמשת ביותר מים מכמות הגשם הממוצעת. מיום הקמתה של מדינת ישראל לא חדלה סוגיית המחסור במים בארץ הצחיחה להטריד את קברניטיה. ראש הממשלה הראשון, דוד בן-גוריון, הכריז ש"הצורך במקורות מים נוספים הוא לא רק חיוני, אלא גורלי בשביל ישראל", ועל כן חיפשה ישראל מאז ומתמיד פתרון לבעיית המים כשרעיון ההתפלה עומד בבסיס רוב התוכניות.

בתחילת שנות ה-60 של המאה ה-20 הוקם באילת מתקן להדגמת תהליך זרחין שהומצא על ידי אלכסנדר זרחין, ושהיה מבוסס על הקפאת חלק ממי הים המוזנים למתקן הנמצא תחת ואקום, הפרדת הקרח הנוצר מהתמלחת הנותרת והתכתו לקבלת מים מותפלים, שכן הקרח הקופא אינו מכיל מלח. תהליך זה הסתבר כלא יעיל (אף על פי שאלכסנדר זרחין חלק על מסקנה זו) ונזנח. המפוח שהיווה את לב המתקן, שימש כחלק מרכזי במתקני זיקוק אדים דחוסים שיוצרו על ידי החברה המקימה ששמה שונה בהמשך ל-"איי. די. אי. טכנולוגיות". חברה זו הקימה בעולם מתקני התפלה בשיטות שונות. בתחילת שנות ה-70 הקימה החברה באילת מתקן התפלה שפעל על עקרון הזיקוק הרב שלבי. מתקן זה פעל בהצלחה מספר שנים כשהקיטור הדרוש להנעתו התקבל מדוד קיטור ייעודי שהיווה ממתקן זה.

באמצע שנות ה-60 נעשה ניסיון לקדם הקמת מתקן התפלה בהיקף גדול‏, אולם הדבר לא יצא אל הפועל.

בשנת 1973 התאימה חברת מקורות את שיטת האוסמוזה ההפוכה לצרכים המיוחדים של אזור ים המלח, הערבה הדרומית ואילת. בנוסף הוקמו באזור זה 17 מתקנים להתפלת מים מליחים עבור יישובים שאינם מחוברים לרשת המים הארצית. בשנת 1997 הוקם באילת מתקן התפלה בשיטת האוסמוזה ההפוכה. כיום מספקים מתקני ההתפלה באילת את מלוא הצריכה של תושבי העיר. בשנת 2004 שיפרה מקורות את תהליך ההתפלה, עם הוספת אמצעים לסילוק בור מהמוצר, למניעת נזקים לגידולים חקלאיים.

החלטת הממשלה מיוני 2008 (מספר 3533) קבעה כי יש להגדיל את היקף התפלת מי הים בישראל מ-505 מלמ"ש, עד שנת 2013, ל-750 מלמ"'ש, עד לשנת 2020.

בסוף העשור הראשון של המאה ה-21, לקראת הפעלתם של מתקני התפלה רבים בקרבת הים התיכון החלה חברת מקורות בבניית מערכת מים ארצית חדשה שנועדה להוביל מים ממישור החוף לכיוון מזרח, בניגוד למערכת המים שהתבססה על המוביל הארצי והובילה אותם בכיוון מנוגד. עלות הפרויקט הוערכה בלמעלה משני מיליארד שקלים והשלמתו מתוכננת ב-2012.

לקריאה נוספת

• הראלה סטוצקי-באר, נכנסים למשמעת מים, נשיונל ג'יאוגרפיק, גיליון 143, אפריל 2010
• דניאל הופמן, התפלת מים ויישומה בישראל, הרשות הממשלתית למים ולביוב, ינואר 2011

קישורים חיצוניים

• האם התפלה היא התשובה? בישראל חושבים שכן, כתבת וידאו
• התפלת מים בישראל בספרייה הווירטואלית של מטח
• אורי טל, ‏נתונים על היצע המים בישראל, באתר מרכז המחקר והמידע (ממ"מ) של הכנסת, 17 במרץ 2008
• פלורה קוך דוידוביץ', ‏התפלת מים בישראל , באתר מרכז המחקר והמידע (ממ"מ) של הכנסת, 12 ינואר 2009
• התפלת מים, באנציקלופדיה ynet
• מיכאל יעקובסון: תמונות מתקן ההתפלה בפלמחים, באתר "רשימות", אוגוסט 2009
• ד"ר רחלי עינב, התפלה: פתרון חכם עם תג מחיר לא קטן, 20 בנובמבר 2009, אתר ynet
• אתר רשות המים אתר הרשות הממשלתית למים ולביוב התפלה
• "יש מים בישראל"- קטע מהתוכנית מבט שני, בו מוצגת התנגדות להתפלה בישראל
• השפעת מתקני התפלת מי הים על הסביבה הימית, יורם אבנימלך, כתב העת 'אקולוגיה וסביבה' אוגוסט 2012, גליון 3, (עמ' 211-213).