התפלה – הבדלי גרסאות

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ ←‏בישראל: קישורים פנימיים
אין תקציר עריכה
תגיות: הוספת תבנית חשודה עריכה ממכשיר נייד עריכה דרך האתר הנייד
שורה 1: שורה 1:
{{עריכה|סיבה=הערך מבולגן, מערבב נתונים משנים שונות וחוזר על עצמו. לפירוט ראו דף השיחה|נושא=מדע וטכנולוגיה}}
{{עריכה|סיבה=הערך מבולגן, מערבב נתונים משנים שונות וחוזר על עצמו. לף השיחה|נושא=מדע וטכנולוגיה}}
[[קובץ:Reverse osmosis desalination plant.JPG|250px|ממוזער|שמאל|מתקן התפלה בשיטת [[אוסמוזה הפוכה]]]]
[[קובץ:Reverse osmosis desalination plant.JPG|250px|ממוזער|שמאל|מתקן התפלה בשיטת [[אוסמוזה הפוכה]]]]
'''התפלה''' היא תהליך הפרדה בין מים לחומרים המומסים בהם על מנת לקבל [[מי שתיה|מים הראויים לשתייה]] או ל[[חקלאות]]. המילה "התפלה" נגזרת מהמילה "תפל" - חסר טעם, מכיוון שהתהליך מסיר את מליחותם של המים.
'''התפלה''' היא תהליך הפרדה בין מים לחומרים המומסים בהם על מנת לקבל [[מי שתיה|מים הראויים לשתייה]] או ל[[חקלאות]]. המילה "התפלה" נגזרת מהמילה "תפל" - חסר טעם, מכיוון שהתהליך מסיר את מליחותם של המים.

גרסה מ־05:58, 21 ביוני 2018

מתקן התפלה בשיטת אוסמוזה הפוכה

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

סיבות 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 הוא 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.

תהליכי התפלה

קיימים מספר תהליכים להתפלת מים. אפשר למיין ולחלק תהליכים להתפלת מים לפי מספר קריטריונים:

  • תהליכים שבהם מי המוצר מופרדים ממי הגלם ותהליכים שבהם מסולקים מלחים.
  • תהליכים הצורכים אנרגיה תרמית ותהליכים הצורכים אנרגיה חשמלית או מכנית.
  • התהליכים המתאימים ביותר להתפלת כל אחד מסוגי ואיכויות מי הגלם השונים (מי מערכת שפירים, מים מליחים, מי ים).

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 לצורך אספקת מי שתייה או מים לחקלאות. בשיטה זו מתבצע תהליך הפוך לאוסמוזה רגילה, שבה מתקיים מעבר של מולקולות מים מתמיסה שריכוזה נמוך (מכילה מעט מומסים) לתמיסה שריכוזה גבוה (מכילה מומסים רבים) דרך קרום בררני. באוסמוזה הפוכה מתקיים מעבר מים מהתמיסה שריכוזה גבוה לתמיסה שריכוזה נמוך באמצעות הפעלת לחץ. הקרום הבררני מונע מעבר של מולקולות המומס ומאפשר מעבר של מולקולות המים בלבד. 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.[1] 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.[2]

מחסור במגנזיום

שתיית מים היא מקור לכ-20% מכמות המגנזיום הנכנסת לגוף. בתהליך ההתפלה מוסר מן המים המגנזיום. יש המצדדים בהשבת מגנזיום למים מותפלים.[3]

התפלה ובריאות הציבור

בתחילת העשור השני של המאה ה-21 התגלה על ידי חוקרים מהאוניברסיטה העברית והמרכז הרפואי אוניברסיטאי "ברזילי", חשד שהעלייה בשימוש במים מותפלים קשורה במחסור יוד[4] ולכן בהפרעות כתוצאה ממחסור יוד. ממחקר ישראלי שבוצע ביוזמתו של ד"ר יניב עובדיה,[5] עולה כי חלה עלייה בעשור האחרון בשימוש בתרופות לטיפול בתחלואת בלוטת התריס, דבר העלול להעיד על עליה בשכיחות של מחסור ביוד.[6] עוד נמצא על ידם כי ערכי תירוגלובולין (thyroglobulin - Tg) מוגברים בדם קשורים במחסור יוד בתזונה ובזפקת.[7]

מנתוני סקר ארצי ראשון שנערך בישראל עולה עוד כי בקרב 62 אחוזים מילדים בגיל בית הספר ובקרב 85 אחוזים מהנשים ההרות שנבדקו, רמות היוד שנמצאו היו נמוכות מהמינימום המומלץ על ידי ארגון הבריאות העולמי. התוצאה עלולה להיות ירידה של בין 7 ל-12 נקודות ברמות ה-IQ של האוכלוסייה.[8] בשנה שקדמה לעריכת הסקר, כמות המים שהופקה ממתקני ההתפלה היוותה כ-50%  מכמות המים השפירים המסופקת לכל הצרכים וכ-80% מכמות המים המסופקת לצרכים הביתיים והתעשייתיים.[9]. הסקר נערך ב-229 יישובים ברחבי ישראל וכלל מדגם מייצג של מעל 2,000 משתתפים מכל מגזרי האוכלוסייה העיקריים בישראל (ערבים, יהודים חילונים ויהודים חרדים). בעקבות הסקר, שהיה הראשון מסוגו בישראל ונערך בהובלת פרופ' אהרון טרואן (חוקר), ד"ר יניב עובדיה (תזונאי-דיאטן קליני מוסמך) מהאוניברסיטה העברית וד"ר ג'וני ארבל (רופא-אנדוקרינולוג) ממכבי שירותי בריאות, פרסם משרד הבריאות המלצות חדשות בנושא [3], בדגש על נשים הרות וכאלה המתכננות להרות [1] 

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, אשר כושר ההתפלה השנתי שלו עומד על כ-230 מיליון מ"ק.

מפעל ההתפלה באילת אותו הקים אלכסנדר זרחין, 1964
פנים מתקן ההתפלה בפלמחים

בישראל

ערך מורחב – התפלה בישראל

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, 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. המדחס שהיווה את לב המתקן, שימש כחלק מרכזי במתקני זיקוק אדים דחוסים שיוצרו על ידי החברה המקימה ששמה שונה בהמשך ל-"איי. די. אי. טכנולוגיות (הנדסת התפלה)". 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.

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.

נכון לשנת 2018, בישראל חמישה מפעלים מרכזיים להתפלת מי ים: באשקלון, באשדוד בפלמחים, בשורק ובחדרה. בנוסף קיים תכנון למפעל שישי בסמוך לקיבוץ שמרת.[10] בשנת 2013 הופקו בישראל כ-500 מלמ"ש (מיליון מטר מעוקב לשנה) מים מותפלים מכל המפעלים. כל המפעלים המרכזיים מתפילים את המים בשיטת האוסמוזה ההפוכה.

צריכת המים הכוללת בישראל ב-2013 עמדה על 2,200 מלמ"ש[11] מתוכם סיפקה מערכת המים הארצית בממוצע כ-1,150 מלמ"ש מים שפירים. המים המותפלים סיפקו באותה שנה כמחצית מצריכת מי השתייה.[12]

ראו גם

לקריאה נוספת

  • הראלה סטוצקי-באר, נכנסים למשמעת מים, נשיונל ג'יאוגרפיק, גיליון 143, אפריל 2010

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ^ אלי אשכנזי, חוקרים ישראלים: מים מותפלים מזיקים לחקלאות. הארץ, 8 בנובמבר 2007
  2. ^ אורי להב ורפי סמיט, חיסכון במים ובאנרגיה בעידן ההתפלה, באתר nrg‏, 8 בפברואר 2010
  3. ^ http://m.knesset.gov.il/About/Building/GKDocuments/sustain150212.pdfhttp://m.knesset.gov.il/About/Building/GKDocuments/sustain150212.pdf הוספת מגנזיום למים מותפלים - מרכז המחקר והמידע של הכנסת
  4. ^ Ovadia YS, Troen AM, Gefel D, Seawater desalination and iodine deficiency: is there a link?, IDD Newsletter
  5. ^ אתר למנויים בלבד עידו אפרתי, צפריר רינת, חוקרים: השימוש במים מותפלים בישראל עלול להגביר את התחלואה בבלוטת התריס, באתר הארץ, 14 בספטמבר 2016
  6. ^ מערכת מידעון הפקולטה, מחסור ביוד מוביל לפגיעה באינטליגנציה - גם במדינות המפותחות, מידעון הפקולטה, האוניברסיטה העברית, קמפוס רחובות, 2014
    Yaniv S. Ovadia, Dov Gefel, Dorit Aharoni, Svetlana Turkot, Can desalinated seawater contribute to iodine-deficiency disorders? An observation and hypothesis, Public Health Nutrition 19, 2016-10-01, עמ' 2808–2817 doi: 10.1017/S1368980016000951
  7. ^ Yaniv S. Ovadia, Dov Gefel, Svetlana Turkot, Dorit Aharoni, Elevated Serum Thyroglobulin and Low Iodine Intake Are Associated with Nontoxic Nodular Goiter among Adults Living near the Eastern Mediterranean Coast, Journal of Thyroid Research 2014, 2014-12-14, עמ' 1–6 doi: 10.1155/2014/913672
    יניב עובדיה ועמיתים, הערכת מצב וצריכת יוד בבוגרים בעלי תפקודי תריס תקינים החשופים למים מדוללי-יוד, חוברת התקצירים של הכנס השנתי - איגוד רופאי בריאות הציבור ובתי הספר לבריאות הציבור, עמ' 7–26, מאי 2014
  8. ^ קרין לויט פרידריך, מחקר ישראלי: מחסור מסוכן ביוד בקרב נשים הרות וילדים, באתר ynet, ‏28.3.17
  9. ^ רשות המים, התפלה, באתר http://www.water.gov.il, ‏1.4.17
  10. ^ אתר למנויים בלבד אבי בר-אלי, ישראל מתייבשת, אבל כבר לא מתרגשת מזה, באתר TheMarker‏, 5 ביולי 2017
  11. ^ יובל מן, על רטוב: מתקן ההתפלה בשורק מספק מים, באתר ynet, 5 באוגוסט 2013
  12. ^ קובי ישעיהו, ‏מוכנים לבצורת: מתקן ההתפלה בשורק החל לספק מים, באתר גלובס, 5 באוגוסט 2013