עמוד הבית > מדעים > אקולוגיה ואיכות הסביבה > מים ונחלים > איכות מיםעמוד הבית > ישראל (חדש) > אקולוגיה ואיכות הסביבה > מים ונחליםעמוד הבית > ישראל (חדש) > תשתיות > מים > איכות המים
ירוק כחול לבן : ביטאון פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה



תקציר
שיטת ה"אגן הירוק" היא שיטה מקובלת לטיפול יעיל, זול וטבעי במי שפכים ומי קולחים מזוהמים. הטיפול נעשה באמצעות תהליכים טבעיים בסביבה רווית מים ועתירת צמחיה שנבנתה באופן מלאכותי. שיטה זאת מקובלת במקומות שונים בעולם. למרות יתרונותיה, בישראל כמעט ולא נעשה דבר ליישומה.



פועלי הנקיון של הטבע
מחבר: ד"ר אבי גפני


"האגן הירוק" מהווה חלופה טבעית, יעילה וזולה לטיהור שפכים גולמיים וקולחים מזוהמים. בעולם הרחב היא מוכרת ומקובלת בקרב העוסקים בטיהור מים ובאיכות הסביבה. בישראל, למרות יתרונותיה האקלימיים והאחרים, לא נעשה כמעט דבר ליישום השיטה.

בימים עברו, כשאבות-אבותינו לחמו על בארות מים, בעיית השפכים הייתה הדבר האחרון שהטריד אותם. התייחסותם של הורינו לנושא, הסתכמה בהקפדה על שטיפת האסלה. אך היום, כשהאוכלוסייה מונה מיליוני נפשות, אין מנוס מטיפול יעיל במי הביוב.

שפכים שאינם מטופלים מהווים מקור זיהום, המאיים על איכות מי השתייה. לעומת זאת, מי שפכים שעברו תהליכי טיהור, מחליפים את המים השפירים בחקלאות, מחזירים לחיים נחלים שיבשו ועוד.

שפכיהן של אוכלוסיות גדולות מופנים למפעלי ענק כמו השפד"ן, המטפל בשפכי גוש דן המאוכלס. אך קיים גם פיתרון שנועד ליישובים קטנים וכפריים, ולו אף ערך אקולוגי מוסף. הוא נקרא אגנים ירוקים, תרגום לעברית של המונח האנגלי Constructed Wetlands . מדובר בגישה 'ירוקה' של טיפול בשפכים או ליטוש קולחים, באמצעות תהליכים טבעיים בסביבה רוויית מים ועתירת צמחייה, אשר נוצרה באורח מלאכותי.

תצפיות שיטתיות ארוכות שנים הראו, כי מעבר שפכים דרך גופי-מים טבעיים רדודים (wetlands), המשופעים בצמחייה ובפעילות ביולוגית אחרת, הקטין בצורה משמעותית את ריכוז המזהמים בשפכים. זאת, הודות לשילוב של מספר תהליכים טבעיים, ובהם: פירוק ביולוגי של חומרים אורגניים, קליטת חומרים מזהמים על-ידי צמחי הביצה, שיקוע, ספיחה, סינון ותהליכים כימיים נוספים.

תהליכים אלה, המביאים לכליאת חלק מהמזהמים, ולנידופם של אחרים (לאחר שהתפרקו לחומרים בלתי-מזיקים), מתבססים על משאבי אנרגיה וסביבה טבעיים: שמש, רוח, קרקע, צמחים ובעלי-חיים עיליים ומיקרו אורגניזמים.


 

חלוקה טבעית


התפקיד המרכזי של האגן הירוק (המלאכותי) הוא להקטין את העומס האורגני, האופייני לשפכים גולמיים ולקולחים מזוהמים חלקית, לרמה שתאפשר ניצול עתידי של המים במוצאם מהאגן, כגון הזרמה בנחלים, שימוש למטרות נוף ונופש, השקיה, ובמקרים מסויימים אף לשתייה.

עיקר העושים במלאכה הם חיידקים מסוגים שונים, אשר מקימים 'מושבות' על פני גרגרי האדמה והצמחייה שבאגן הירוק. חיידקים אלה מנצלים את החומר האורגני כמקור אנרגיה לצורך התרבותם.

גישת האגן הירוק מהווה, לפיכך, חלופה טבעית לטיהור שפכים באמצעים יותר אינטנסיביים כמו בוצה משופעלת או מערכות בהן מי השפכים מטפטפים דרך מצע מוצק עליו 'יושבים' החיידקים (מירבגים). אולם בבסיסם, תהליכי הטיהור בשתי הגישות זהים, כשמיקרואורגניזמים הם המפרקים חומר אורגני.

בנוסף לתרומתו כמערכת טבעית למחצה, יעילה וזולה, יחסית לשיטות הטיהור הקונבנציונליות, "האגן הירוק" המתוכנן, מבוצע ומתוחזק כהלכה, מהווה פנינה נופית רבת חן ומוקד אקולוגי עשיר ומרתק להתפתחות מינים רבים של צמחים ובעלי-חיים.





 

יתרונות וחסרונות


גישת האגנים הירוקים היא חדשה יחסית, הגם שאזורי ביצות שימשו מאז ומעולם אתרים מועדפים לסילוק שפכים, בהיותם מוחזקים כ"קללה ומארה" שיש לרחוק ממנה. יכולתם הביולוגית – כימית - פיסית לטהר שפכים הוכרה רק משנות ה-50 של המאה, עת החלו המחקרים השיטתיים הראשונים במערב אירופה ללימוד פוטנציאל הטיהור על היבטיו השונים.

יש לציין כי בברית-המועצות לשעבר ובמדינות מתפתחות רבות, מנוצלים מזה שנים "אגנים ירוקים" לטיפוח שלישוני בקולחים, לצורך טיהור מים ברמה גבוהה.

בשנות ה-70 וה-80 התרחב מאוד המאמץ המחקרי להבנת תהליכי הטיהור הטבעיים, למדינות רבות בעולם, הן בגוש המערבי והן במזרחי. את אמצע שנות ה-80 מקובל לראות כתחילת היישום בפועל של שיטת האגנים הירוקים לטיהור שפכים ממקורות שונים: החל משפכים ביתיים ושפכי רשויות מקומיות, דרך מי הגשם הזורמים כנגר עירוני טעון שמנים ונגזרות של דלקים, נגר חקלאי עם עומסי דשנים וחומרי הדברה, הפרשות משקי בעלי-חיים, וכלה בשפכי תעשייה ופסולת מיכרות להפקת חומרי-גלם שונים.

גישת הטיהור הירוק מוכרת על יתרונותיה וחסרונותיה, ומקובלת היום הן בקרב איגודי מהנדסי טיהור מים והן על-ידי מוסדות ורשויות לאיכות הסביבה במדינות רבות. המשרד האמריקאי להגנת הסביבה (USEPA), לדוגמה, הוציא בימים אלה מהדורה מחודשת של מיסמך מנחה עב-כרס המפרט את כל היבטי שיטת האגנים
הירוקים, יתרונותיה ומיגבלותיה. מדריך מקצועי מפורט לפיתוח אגנים ירוקים, המסכם את הניסיון והידע הרב שנצבר באוסטרליה עד כה, פורסם השנה על-ידי המשרד לשימור קרקע ומים במדינת ניו סאות וולס שבאוסטרליה.

בעולם הרחב, מניו-זילנד והודו דרך הונגריה ופולין ועד לקולומביה ודרום אפריקה, פועלות כיום אלפי מערכות ירוקות לטיהור שפכים גולמיים או קולחים, במידה רבה של הצלחה.




 

תפקיד לכל תא


הצורה, המיבנה והגודל של האגן הירוק, נועדו לשרת את שתי מטרותיו העיקריות: יעילות מרבית בטיהור המזהמים שבמים, על-מנת לאפשר השבתם לשימוש חוזר, ויצירת מרחב ירוק ומוקד אקולוגי עשיר.
הצורה המרחבית יכולה להיות אובלית, מלבנית או מערך תאים בטור, כאשר כל תא ממלא תפקיד מוגדר. באגן הבנוי במערך טורי, קיימות לפחות שלוש יחידות טיהור:

א. בריכת שיקוע המזהמים הצפים ומרחפים.

ב. אזור ביניים בו הזרימה רדודה אשר מאופיין בצמחיית - מים מזדקרת (כמו צמחי קנה).

ג. גוף מים פתוח ועמוק יחסית, עם או בלי צמחי - מים צפים.

מבחינת זרימת המים, מקובלות שלוש תצורות בסיסיות:

א. אגן בו הזרימה היא אופקית ובעיקרה על קרקעית.

ב. אגן בו הזרימה היא בעיקר תת - קרקעית, כשהמים עוברים מבעד למצע נקבובי

ג. אגן בו הזרימה היא בעיקרה אנכית אך כוללת גם זרימה אופקית.

הזרמים מפני המים כלפי מטה נושאים איתם חמצן מהאוויר גם לשיכבה התחתונה של גוף המים, מה שמזרז את שלב חימצון האמוניה NH3 (ניטריפיקציה), שהיא התוצר החנקני העיקרי של פירוק החלבונים. זהו השלב הבעייתי ביותר והמגביל את כושר הרחקת עומסי תרכובות החנקן באגן הירוק. לקביעת גודל האגן פותחו מספר נוסחאות עבודה, המתחשבות בשלושה אילוצים מרכזיים: ספיקת השפכים היומית אותה יש לטהר, ריכוזי המזהמים בזרימה הנכנסת לאגן, ורמת הטיהור אליה יש להגיע בתום התהליך במוצא האגן.



 

גורם הזמן


יתרונו המיוחד של האגן הירוק לטיהור שפכים קולחים, הוא בקיומם של מספר תהליכים הפועלים במקביל להרחקת המזהמים. ניתן להפרידם לשלוש קטגוריות:
א. תהליכים פיסיקליים - בהם ההרחקה היא בעיקרה בדרך של שקיעת מוצקים מתוך עמודת המים אל קרקעית האגן, כתוצאה מהאטת הזרימה. בדרך כלל נספחים חומרי זיהום נוספים אל המוצקים, ושוקעים יחד איתם אל הקרקעית.

כל התהליכים שהוזכרו מושפעים מגורם הזמן: ככל ששהיית השפכים או הקולחים באגן ממושכת יותר, כך עולה רמת הטיהור. בתיכנון האגן הירוק יש לחשב את זמן השהייה, כך שיובטח סילוקם של כל גורמי הזיהום.

ב. תהליכים ביולוגיים - בהם הרחקת חומרי - דשן (כגון תרכובות חנקן וזרחן) נעשית באמצעות מיקרואורגניזמים, אשר מנצלים את תרכובות הפחמן האורגני כמקור מזון אנרגיה. בסופו של תהליך יעיל, מתקבלים מהתרכובות האורגניות פחמן דו - חמצני וחנקן גזי המתנדפים לאוויר. תרכובות הפוספט נספחות על - ידי הצמחים והחיידקים לצורך פעילותם וצמיחתם. חשוב לציין כי תהליכים מיקרוביאליים גורמים גם לפירוק חומרי ההדברה שמצויים בשפכים. כמו כן, תהליכי חימצון וחשיפה לאור השמש, גורמים להמתת חיידקי מעיים גורמי מחלות.

ג. תהליכים כימיים - בהם סילוק המזהמים מהשפכים נעשה על - ידי תגובות כימיות בין גורמי הזיהום, בעיקר מתכות, אשר הופכות להיות בלתי מסיסות וכך שוקעות אל קרקעית האגן.



 

מפעל חלוץ בנגב


למרות היתרונות הברורים והפופולריות הרבה לה זוכה גישת האגנים הירוקים בעולם הרחב - בישראל לא נעשה כמעט דבר ליישומה עד היום. לפני כשש שנים החל צוות מחקר בטכניון בראשות פרופ' מיכל גרין, לבחון את השיטה בתנאים מבוקרים ובניסוי שטח מצומצם בנחל אלכסנדר, על קולחי העיר נתניה.

הניסוי בוצע הן בזרימה עילית והן תת-קרקעית, והתוצאות היו מעודדות ביותר:
צריכת החמצן הביולוגי, שהיא מדד לנוכחות חומר אורגני, פחתה לרמה של 4% בלבד בהשוואה לשפכים הנכנסים. כמות המוצקים המרחפים ירדה לכדי 10% ומתרכובות הזרחן נותרו 25%. תרכובות החנקן סולקו כמעט לחלוטין.

פרופ' גרין הדגישה בפירסום תוצאות מחקרה את הפוטנציאל הרב הגלום בשיטה זו, לליטוש קולחים עד לרמת ניקיון שתתאים להזרמה בנחלים, לצרכים אקולוגיים ונופשיים-נופיים כאחד. בהווה, מתמקד הצוות בטכניון בייעול שיטת האגנים הירוקים להרחקת תרכובות החנקן, בטכניקת של זרימה אנכית.

הטכניקה נבחנת בימים אלה במסגרת מחקרית חדשה, בכפר סחנין שבגליל ובאל סאדאת שבמצריים, בניהול צוות רב-תחומי לו שותפת גם קבוצה פלסטינית.

מפעל חלוץ יישומי בארץ בגישת האגן הירוק, המתבסס בעיקר על צמחי-מים, מתבצע בימים אלה בקיבוץ נאות סמדר שבדרום הנגב. במסגרת פרוייקט זה יטוהרו השפכים הביתיים וגם שפכי משקי בעלי-החיים של הקיבוצים נאות סמדר ונווה חרי"ף, על-ידי הזרמתם בתעלת ניקוז מדושאת אל מאגר תיפעול-נופי. במרכז האגן יישתלו צמחי-מים ממינים שונים, אשר להם יכולת קליטה מוכחת של מזהמים אורגניים ואף בלתי-אורגניים, כמו מתכות רעילות (כספית, קדמיום, ניקל).

פרוייקט נוסף בגישה הירוקה עומד להתבצע בקרוב בקיבוץ להב, במטרה לפתור את בעיית שפכי הקיבוץ (למעלה מ-400 קוב ליממה), אשר יוצרים עומס אורגני כבד. המיתקן יתבסס על בריכות שיקוע קדם טיפוליות ומרבדי קנים, שיישתלו על מצע קרקעי נקבובי בעובי של מטר ועל שטח של כ-15 דונם.

תוכנית האגן הירוק אושרה עקרונית על-ידי משרד הבריאות והמשרד לאיכות הסביבה, ותבוצע על-ידי חברה אנגלית המתמחית בטכנולוגיה זו (הקימה כבר יותר מ-500 מיתקנים כאלה במקומות שונים בעולם).
השפכים יטוהרו לרמה שתאפשר את ניצולם להשקיית גידולי שדה ומטעים של הקיבוץ.



 

אגם ביוב בפארק


לישראל יתרון ניכר בשל היותה משופעת בקרינה גבוהה ובמספר רב של ימי שמש בשנה, המסייעים לתהליכי הטיהור הטבעיים. אך בכך גלום גם חיסרון: שיעורי התאדות גבוהים עלולים לגרום להמלחת הקולחים והקרקע, לעליית ריכוזי המלחים במים המטוהרים ובעקבות זאת גם בקרקע. חיסרון נוסף הוא עלות הקרקע הנדרשת לאגן ירוק אופייני, בעיקר באזורי הביקוש במרכז הארץ. אי לכך, נראה כי שיטת האגן הירוק מתאימה יותר לאזורי הפריפריה, בהם מחיר הקרקע אינו מהווה גורם כבד-משקל את שיעורי אובדן המים על-ידי התאדות והתנדפות באמצעות הצומח, ניתן להקטין משמעותית על-ידי אימוץ המודל התת-קרקעי או מודל הזרימה האנכית של האגן הירוק. מים שינועו מתחת לפני הקרקע, יהיו פחות חשופים לתהליכי התאדות.

דוגמה מובהקת לפוטנציאל התועלתי הרב הטמון בגישת האגן הירוק, היא המקרה של פארק ירוחם שבצפון הנגב. ירוחם ביססה את טיהור שפכיה על מספר בריכות שיקוע וחימצון שנבנו מערבית לעיירה, על גדת נחל רביבים. פארק ירוחם הממוקם משני צידי נחל רביבים על שטח של כ-400 דונם, ניטע על-ידי הקק"ל במיגוון רב של עצי יער (10,000 יחידות) וקיומו תלוי במקור המים היחידי-שפכי ירוחם 'המטוהרים' בבריכות החימצון הממוקמות במרכז האתר.

במהלך השנים הוקם סכר ירוחם במורד הפארק שייעודיו המקוריים היו: קליטת גלי הגאות הזורמים בערוץ למניעת שיטפונות, תפישת מי שיטפונות חורפיים, איגומם מאחורי הסכר ויצירת גוף-מים עונתי לנוי ולנופש עבור תושבי ירוחם. אלא שעם השנים, העיר ירוחם ומפעליה גדלו והתרחבו, ובריכות השיקוע והחימצון נתמלאו לחלוטין. מזה חודשים שהביוב הגולמי גולש ישירות מהבריכות לנחל רביבים, ועימו לאגם המלאכותי שיוצר הסכר.

מעבר לכך, ולמרבה הצער, החורפים השחונים בשנים האחרונות לא יצרו זרימה שיטפונית בנחל רביבים. התוצאה: אגם המים השפירים בירוחם הפך לאגם ביוב גולמי רב-זרועות, וכל המרחב הפך לשואה אקולוגית.
בראייה ירוקה ויצירתית, ישנם במרחב ירוחם כל המשאבים הנחוצים לפיתוח רב תכליתי של אגן ירוק. מיקומה הטופוגרפי הגבוה של ירוחם מאפשר הזרמה גרוויטציונית של השפכים אל האגן הירוק, ללא השקעת אנרגיה נוספת. באזור נמצאים שטחים פתוחים נרחבים, הזמינים לניצול רמת הקרינה הגבוהה וימי השמש הרבים האופייניים לאזור. ולבסוף, את הקולחים המטוהרים ניתן יהיה לנצל להשקיית ולהרחבת היער הקיים (ואולי אף לגידול מסחרי של עצי אקליפטוס מושקים בקולחים), וכן להזרמה בנחל רביבים, ליצירת אגם נופי-נופשי לרווחת אנשי המקום והמטיילים.

לסיכום: גישת האגנים הירוקים לטיהור שפכים קהילתיים, מן הראוי שתאומץ ותיושם בישראל, הנהנית ממספר יתרונות יחסיים. הדרך המתאימה ביותר לעשות זאת, היא במסגרת פרוייקט שיקום הנחלים.
הנושא נדון בקק"ל ובמינהלת שיקום הנחלים ומצא ביטוי בתוכניות-האב לשיקום הנחלים לכיש, אלכסנדר והירקון.

חשיבות האגנים הירוקים בנחלים עולה לנוכח העובדה, שמכוני הטיהור המכניים הפועלים בישראל, לרוב אינם מביאים את הקולחים לאיכות הגבוהה הנדרשת להזרמה בנחל, על-פי הקריטריונים המחמירים של המשרד לאיכות הסביבה ומינהלות הנחלים.


* הכותב הנו הידרולוג בקק"ל ועוסק בהחדרת שיטת האגנים הירוקים לישראל



אל האסופה ישראל - האדם והמרחב : נושאים נבחרים בגיאוגרפיה3

ביבליוגרפיה:
כותר: פועלי הנקיון של הטבע
מחבר: גפני, אבי (ד"ר)
תאריך: דצמבר-ינואר 2000 , גליון 29
שם כתב העת: ירוק כחול לבן : ביטאון פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה
הוצאה לאור: ביטאון פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה בישראל
הערות לפריט זה: הכותב הנו הידרולוג בקק''ל ועוסק בהחדרת שיטת האגנים הירוקים לישראל
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית