כימיקלים לשימוש במערכות התפלת מים

התפלת מים מהווה פתרון קריטי לאזורים רבים המתמודדים עם מחסור במים. בישראל, כ-80% מהמים לשתייה מופקים כיום מהתפלת מי ים, נתון המעיד על חשיבותה של ההתפלה באספקת המים הלאומית.                                         

כמות המים המותפלים בישראל נאמדת ב-660 מיליון מטרים מעוקבים בשנה, המיוצרים בחמישה מתקני התפלה. בנוסף, מתוכננים שני מתקנים חדשים, בגליל המערבי ובשורק. 2 מתקנים אלו צפויים להגדיל את הכמות המותפלת לכמיליארד מטרים מעוקבים בשנה (הנתונים מתוך אתר רשות המים).

רשימת המתקנים הפעילים להתפלת מי ים:

שם המתקן	כמות מים שנתית (מלמק"ש)
אשקלון	117.7
פלמחים	90
חדרה	137
שורק	150
אשדוד	100

בנוסף, בישראל פועלים מספר מתקני התפלה בהם מי הגלם הם מים מליחים, המופקים מקידוחים של מי תהום מליחים. מתקנים אלו ממוקמים באילת, בערבה, בדרום מישור החוף ובאזור חוף הכרמל. היקף התפלת המים המליחים כיום עומד על כ-82 מיליון מטרים מעוקבים בשנה.

ההבדל בין מים מליחים למי ים מתבטא בריכוז המלחים:

• מים מליחים: ריכוז המומסים בין 1,000 ל-15,000 חלקים למיליון  (ppm)
• מי ים: ריכוז המומסים בין 15,000 ל-50,000 חלקים למיליון  (ppm)

מהי התפלת מי ים?

התפלת מי ים היא תהליך המיועד לסילוק מלחים, וירוסים, חיידקים ומוצקים מומסים מהמים, על מנת להפוך אותם לשימושיים לשתייה ולמטרות אחרות. תהליך ההתפלה מבוצע באמצעות שתי טכנולוגיות עיקריות:

1. אוסמוזה הפוכה (RO): בתהליך זה, המים עוברים דרך סדרה של ממברנות חדירות למחצה. מופעל לחץ גדול מהלחץ האוסמוטי הטבעי על מי הים, מה שגורם להפרדת המלחים מהמים. התוצאה היא זרם של מים מתוקים וזרם נפרד של מים מלוחים ומרוכזים. המים המתוקים עוברים התאמות נוספות כדי לעמוד בדרישות לשתייה וכן לשימושים חקלאיים ותעשייתיים. סכמת אוסמוזה הפוכה:

מתוך: chemical engineering world

 2. התפלה תרמית (MED, MVC): טכנולוגיות אלו מבוססות על אידוי ועיבוי של מי הים להפרדת המומסים. סוג זה של התפלה משתמש בחום מתחנות כוח או בתי זיקוק, לאידוי ועיבוי מים כדי לטהר אותם. ישנם שני סוגים עיקריים לתהליך של התפלה תרמית:

א. MVC - דחיסה מכנית – Mechanical Vapor Compression

ב. MED – זיקוק רב אפקט – Multi-effect Distillation

מתוך: chemical engineering world

בישראל, שיטת ההתפלה העיקרית היא אוסמוזה הפוכה. שיטה זאת דורשת כימיקלים שונים, הממלאים תפקידים מכריעים בשלבים שונים של ההתפלה, מהטיפול המקדים ועד לאחר הטיפול. תפקידם להבטיח את איכות המים לפי דרישות הרגולציה לאיכות מי שתייה בישראל וכן לשמור על פעילות ותקינות הציוד להתפלה.

סכמת מערך התפלה בעזרת אוסמוזה הפוכה:

האיור מתוך אתר רשות המים

הטיפול המקדים (Pre-Treatment) תפקיד הכימיקלים בשלב זה הוא להגן על ממברנות ה-RO ולהגדיל את תוחלת החיים שלהן, על ידי אבטחת איכות מי ההזנה לפי מפרט יצרן הממברנות.

תהליך הטיפול המקדים מסיר חלקיקים, פסולת, מיקרואורגניזמים, מוצקים מרחפים וסחף ממקור מי הים לפני הזנתו לשלב הפרדת האוסמוזה ההפוכה לצורך פעולה בטוחה וכלכלית. שלב הטיפול המקדים מבטיח את הארכת חיי הממברנות ומייעל את עלויות התפעול הכוללות של המפעל. במקרים מסוימים, נוכחות של מיקרואורגניזמים במי ההזנה, כגון חיידקים ואצות, עלולה להוביל לפגיעה משמעותית בממברנות.

מערכות לאחר טיפול (Post-Treatment)

מערכות אלה נועדו להתאים את הרכב המינרלים של המוצר הסופי כדי להתאים לדרישות איכות המים. דרישות אלה מוגדרות על ידי הרשויות הרגולטוריות של המדינה או על ידי הדרישות של לקוחות עבור מי שתייה או מים לשימוש תעשייתי.

למטרות מי שתייה, מערכת ההתפלה נדרשת להתאים לדרישות הרגולציה את הפרמטרים הפיזיקליים והכימיים, כגון סך המוצקים המומסים – TDS, pH, עכירות, קשיות ואלקליניות. עבור משתמשים תעשייתיים, הדרישות עלולות להיות שונות מהדרישות למי שתייה.

הכימיקלים העיקריים בקדם-טיפול

1. חומצה גופרתית או פחמן דו חמצני – בעזרת כימיקלים אלו מתבצעת הורדת ה-pH של המים. המטרה היא סילוק יוני קשיות כמו סידן ומגנזיום (אבנית), העלולים לשקוע במערכת ההתפלה, לגרום לסתימות ולהפריע בתהליך ההתפלה. כימיקלים לתעשייה מקבוצת ICL הינה יצרן יחידי במדינת ישראל לחומצה גופרתית.
2. סודה קאוסטית - לעתים במערך הקדם-טיפול מכניסים מערכת להחלפת יונים בכדי למנוע שיקוע של יוני קשיות. ריענון השרפים במחליף היונים נעשה בעזרת סודה קאוסטית. תפקיד נוסף לסודה קאוסטית הוא בהעלאת ה-pH לעזרה במניעת קורוזיה.
3. אנטיסקלנטים - חומרים (לרוב מסוג פוליאקרילט) שמונעים היווצרות אבנית על הממברנות ומשפרים את הסינון.
4. קואגולנטים – כמו ברזל כלוריד או ברזל סולפט להפרדת חלקיקים מוצקים מהמים.
5. סודיום בי סולפיט – הנקרא גם נתרן דו גופרתי - משמש לנטרול כלור חופשי הנמצא במים. הכלור עלול לפגוע בממברנה. סודיום בי סולפיט מיוצר בחברתנו בריכוז של 40%.

הכימיקלים העיקריים לאחר הטיפול

1. אבן סיד - המים עוברים תהליך של השבת סידן בעזרת המסת אבן סיד (קלציום קרבונט).
2. חומצה גופרתית או פחמן דו חמצני – חומרים אלו מורידים את ה-_PH ועוזרים לתהליך השבת הסידן המגיע מאבן הסיד למים.
3. סודה קאוסטית – נדרשת לצורך התאמה סופית של פרמטרי LSI, pH וקשיות.
4. סודיום היפוכלוריט - חיטוי המים נעשה על ידי מינון של נתרן היפוכלוריט (NaClO), אשר מספק גם את שארית הדרישה לכלור חופשי. כימיקלים לתעשייה מקבוצת ICL מייצרת סודיום היפוכלוריט מאושר לשימוש במי שתייה.

חשיבות השימוש בכימיקלים להתפלה

הפחתת עלויות תפעול: מינון קבוע של כימיקלים שומר על היעילות ואריכות החיים של מערכת התפלת מי ים באוסמוזה הפוכה (RO). כמות הכימיקליםועלותםמשפיעות באופן משמעותי על העלות הכוללת של המערכת. כמויות הכימיקלים תלויות במידה רבה באיכות מי ההזנה וביעילות הטיפול. יישום מערכות מינון כימיות יעילות יכול לייעל את הצריכה, ולמצוא איזון בין יעילות ובקרת עלויות. בחירה וניהול קפדניים של הכימיקלים הם היבטים מכריעים באופטימיזציה של עלויות מערכות אלה.

כימיקלים בשלב קדם-טיפול: כימיקלים כמו חומצה גופרתית ונתרן ביסולפיט מסייעים במניעת אבנית, זיהומים ונזקי ממברנות, שעלולים להיות יקרים לתיקון או החלפה.

הפחתת צריכת האנרגיה: טיפול כימי נכון יכול להפחית את האנרגיה הנדרשת לתהליך ההתפלה על ידי שמירה על ביצועי ממברנה אופטימליים. זה משפיע בעקיפין על העלות הכוללת על ידי הפחתת חשבונות האנרגיה.

הפחתת עלויות תחזוקה והחלפה: שימוש יעיל בכימיקלים יכול להאריך את תוחלת החיים של הממברנות ולהפחית את תדירות התחזוקה וההחלפה, שהם גורמי עלות משמעותית.

מהם העלויות העיקריות בשימוש בכימיקלים להתפלה

הכימיקלים העיקריים המשמשים בתהליך ההתפלה הם: סידן פחמתי ופחמן דו חמצני או חומצה גופרתית המהווים כ- 80% מהעליות והם משמשים בעיקר בתהליך המינרליזציה לשיפור איכות המים המותפלים.

נתרן הידרוקסיד הוא הכימיקל השלישי בחשיבותו, ומהווה 11.6% מכלל השימוש. מוצר זה משווק ומיוצרן בקבוצת ICL ומאושר לשימוש במי שתייה.

עלויות התפעול (OPEX) כוללות את המרכיבים הבאים:

עבודה: מפעילים, טכנאים, מנהלים. 15%-25% מה-OPEX השנתי.

חשמל: הפעלת משאבות בלחץ גבוה (העלות הגדולה ביותר), 35%-45% מ-OPEX.

כימיקלים: נגד אבנית, _PH, חומרי קואגולציה בקדם-טיפול, 5%-15% מ-OPEX.

ממברנה: ממברנות ה-RO מחזיקות מעמד 3-5 שנים. 5%-10% מ-OPEX.

תחזוקה: חלקים ותיקונים למערכות. 10%-15% מ-OPEX.

שירותים אחרים: מים, תקשורת, טיפול בפסולת. 5%-10% מ-OPEX.

מתקני ההתפלה הגדולים בעולם (קו"ב ליום):

https://arflu.com/noticias/desalination-and-water-treatment/

סיכום

עלות הכימיקלים היא הוצאה חוזרת ונשנית. השימוש הנכון בהם חיוני לתפעול יעיל וחסכוני של מתקני התפלת מי ים בשיטת RO, שתישאר פתרון אסטרטגי חשוב ברחבי העולם להבטחת אספקת מים בת קיימא.

כימיקלים לתעשייה מקבוצת ICL מספקת כימיקלים מאושרים המיועדים לשימוש בטיפול במי שתייה וכן למים העוברים תהליך התפלה להפיכתם ראויים לשתייה.