המלחה של מים מותפלים - הפתרון של פרופסור להב מהטכניון

נשלח 27 בנוב׳ 2011, 13:32 על ידי Sustainability Org   [ עודכן 27 בנוב׳ 2011, 13:32 ]

מי ים מותפלים זקוקים, בין השאר, לתוספת מגנזיום כדי להיות ראויים לשימוש ביתי ולחקלאות. פתרון אלגנטי של פרופסור אורי להב מהנדסה אזרחית עושה זאת תוך ניצול חומרי גלם ותהליכים קיימים

lahav.jpg
פרופסור אורי להב

מאת נעם ברקוביץ

לפני כשלוש שנים הוזמן פרופסור אורי להב מהיחידה להנדסת סביבה, מים וחקלאות בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית לדיון שנערך ברשות המים שמטרתו היתה בחינה של הצעות להוספת יוני מגנזיום למים מותפלים לצרכים חקלאיים. בעודו מקשיב לשלל ההצעות שהעלו מהנדסים וממציאים שונים, עלה במוחו של להב רעיון כיצד ניתן לעשות זאת באופן פשוט וזול. הוא המתין לסיום שורת המציגים ושיתף את חברי הוועדה בכמה משפטים ברעיון שעלה בראשו כיצד לפתור את הבעיה.

בסיום הדיון חזר פרופסור להב למעבדה כדי לפתח את הרעיון לכלל תהליך מובנה. הוא הציע לגב' ליאת בירנהק, שעמדה לסיים עבודת מסטר בנושא דומה, לקחת את המחקר כנושא במסלול ישיר לדוקטורט. שנה לאחר מכן פרסמו להב ובירנהק מספר מאמרים ובמקביל הטכניון רשם פטנט על התהליך. בימים אלה החלה ההפצה בעולם של מתקן שנבנה על סמך הפטנט. להב מספר כי בסיום הפיתוח נשאר התהליך דומה עקרונית לרעיון הראשוני שעלה בראשו במהלך דיוני הוועדה, ומה שנדרש מאז היה בעיקר כיוונונים ואופטימיזציות של התהליך בנוסף להתאמתו לתנאים השונים הקיימים במתקני התפלה שכבר עובדים. במקביל התרחב המחקר לטיפול בסוגיות מעשיות ותיאורטיות נוספות ולפיתוח של תהליכים מתחרים.

הצורך בטיפול משלים

מי ים מותפלים יהפכו בעתיד הקרוב למקור העיקרי לצריכה ביתית ולחקלאות בישראל ובמקומות רבים אחרים בעולם. בשלב הראשון בתהליך ההתפלה מופרדים המלחים ממי הים בשיטות שונות כמו למשל אוסמוזה הפוכה, ומתקבלים מים כמעט מזוקקים עם ריכוזים שאריתיים נמוכים מאד של יוני נתרן וכלוריד. לא ניתן להשתמש במים אלה כמות שהם ולכן נדרש טיפול משלים. מים מותפלים שלא עברו כל טיפול משלים הנם אגרסיביים למתקנים מבטון, מאיצים קורוזיה של מתכות, בעלי פוטנציאל להמסה של תחמוצות ברזל ששקעו על דפנות צנרת מתכתית ישנה ובכך עלולים לגרום לתופעה של מים אדומים, אינם טעימים לשתייה, חסרים בהם מינרלים חיוניים לבריאות האדם, אינם ראויים לחקלאות ואינם מתאימים לשמש כמקור למי קולחין לאחר שנעשה בהם שימוש כמי שתייה.

בשלב הטיפול המשלים משיבים למים המותפלים מלחים שונים המקנים להם תכונות כמו אלקליניות (היכולת לנטרל חומציות), ריכוז יוני סידן (מינרל בעל חשיבות בריאותית המספק גם יכולת לשקע משקעים רצויים על דפנות של צינורות ההובלה לצורך מזעור קורוזיה), pH ועוד. הרכב המים המותפלים המדויק נקבע בתקנות ישראליות חדשות, הראשונות בעולם שפותחו באופן מיוחד עבור מים מותפלים, ואשר נכתבו ע"י להב, בירנהק ואחרים עבור משרד הבריאות.

למה מגנזיום?

הצורך בהשבת מגנזיום למים המותפלים עלה עקב כמה סיבות. ראשית, התברר כי מים מותפלים מהמתקן באשקלון שהועברו לשימוש חקלאי גרמו לפגיעה ביבולים בשל המחסור במגנזיום. בהמשך הופיעו המלצות של ארגון הבריאות העולמי שהגדירו ריכוז מינימאלי של יוני מגנזיום וסידן במי שתייה עקב חשיבותם לבריאות האדם, בין השאר במניעת התקפי לב ובעיות בריאות אחרות. בנוסף, נוכחות יוני הסידן מקנה למים את הקשיות הנדרשת ליצירת המשקע הפנימי בצינורות הולכת מים ממתכת, דבר הגורם להקטנה של קצב הקורוזיה ולפיכך מקטין את הרס הצינורות לאורך זמן.

איך זה עובד?

מגנזיום מופיע במים כקטיון דו ערכי, כלומר יון עם מטען חיובי כפול ומסומן Mg2+. הסידן דומה לו בתכונותיו הכימיות ומסומן Ca2+. שני היונים מצויים בשפע במי ים כאשר ריכוז המגנזיום גדול פי חמישה מזה של הסידן (ביחידות eq/l). לב הרעיון היה להשתמש כמקור למגנזיום במי ים שממילא מובאים למתקן ההתפלה לאחר טיפול מקדים, ולהשתמש לצורך הפרדת המגנזיום ממי הים בסידן שממילא כבר מסופק ע"י מתקני התפלה בשלב הקשיית המים בטיפול המשלים. הציר של התהליך הוא חילוף קטיונים, שיטה הנמצאת בשימוש נרחב בתהליכים כימיים למטרות שונות.

מחליף הקטיונים במתקן של להב ובירנהק הוא שרף בעל תכונות ספיחה סלקטיבית של קטיונים דו ערכיים בלבד. תחילה מעבירים דרך השרף מי ים, כך שהוא נטען ביוני מגנזיום וסידן ביחס של כ-1:4. בשלב הבא מעבירים דרך השרף מים מותפלים בהם מצויים יוני סידן בעודף, בעקבות התהליך להקשיית המים בו מוסיפים סידן באמצעות המסה של חומר מחצבה הקרוי קלציט (קלציום קרבונאט). בכדי לקיים שיווי משקל כימי מתקיים חילוף קטיונים בין התמיסה לשרף שכתוצאה ממנו חלק מיוני המגנזיום משתחרר למים וכמות זהה של יוני סידן נספחת לשרף. התהליך הוא תלוי זמן וניתן לשלוט על ריכוז המגנזיום הסופי במים באמצעות משך הזמן בו תמיסת הסידן עוברת דרך השרף. בסיום שלב זה השרף טעון בעיקר ביוני סידן, וכאשר שוב שוטפים אותו במי ים מתחלפים יוני הסידן ביוני מגנזיום וחוזר חלילה.

ייצור ושיווק

היתרון בשיטה המפותחת הוא הפשטות, ההשקעה הנמוכה יחסית בתשתית, והמחיר הנמוך של התהליך בזכות השימוש בחומרי גלם שהיוו מלכתחילה חלק מהתהליך במתקן ההתפלה. יתרון גדול נוסף הוא כי בתהליך לא נוצר כל זרם פסולת. לאחר שנרשם הפטנט חיפשה היחידה העסקית של הטכניון משקיע לייצור ושיווק הרעיון, ונבחרה חברה פרטית שאיתה הוקמה חברה בבעלות משותפת בשם Renewed Water Minerals, המייצרת ומשווקת כיום את המתקן. החברה השקיעה עד היום סכום כסף נכבד בפיתוח, וקיים יסוד להניח כי התהליך ישולב בעתיד במתקני ההתפלה בארץ.

מצגת: מצגת הממחישה את התהליך מתוך אתר החברה המסחרית - http://www.renew-minerals.com/rwm-preso/01.htm
 

כתבות קשורות:
Comments