אגנים ירוקים והצמחייה הגדלה בהם

סקירה כללית

ישראל הינה מדינה חצי-מדברית, ובה נושא המים תמיד נמצא על סדר היום.

כחלק מהפער (ההולך וגדל) בין הצרכים לכמויות המים השפירים, קיים צורך מובהק למצוא מקורות חדשים. אחד המקורות הזמינים לנו ביותר הוא מים שכבר נעשה בהם שימוש – מי שפכים (הכוללים מים אפורים ומים שחורים).

באופן מפתיע הדיון הציבורי מתמקד בעיקר במציאת מקורות מים חדשים (בעיקר על-ידי התפלה), ובחלוקת "עוגת" המים לצרכנים השונים, (אך כמעט ולא עוסק בשימוש חוזר במים ובטיהורם (מיחזור מים אפורים ו/או מחזור מים שחורים).
בישראל של שנת 2010, רוב מי הנחלים מזוהמים בביוב, שפכים תעשייתיים וביוב זורמים לעיתים קרובות ישירות לים ומי התהום בסכנה תמידית של זיהום קרקע. גם מערכת השבת מי הביוב להשקיה, אינה מייצרת מים באיכות מספקת וגורמת נזק לפריון הקרקע בטווח הארוך.

שיטת אגנים ירוקים הינה שיטת טיהור מים על-ידי צמחייה . שיטת טיהור מים על ידי אגני ירוקים היא גם טבעית בבסיסה, גם יעילה וגם מתפקדת כריאה ירוקה - אך לצערנו אינה מהווה חלק מהאסטרטגיה שלנו לפתרון בעיית המים.
שיטת אגנים ירוקים משמשת בכל העולם ואף בישראל בהצלחה מרובה, בטיהור שפכים להשקיה ואף להדחת אסלות – על ידי מחזור מים אפורים

במסגרת עבודה זו נסקור את הנושא מההיבטים של סוגי אגנים ירוקים הקיימים, מאפיינים שונים של הבניה והצמחייה הגדלה בהם. נתמקד בחלק מהקשרים הקיימים בין הטיהור לצמחיה.

מים אפורים

מים אפורים הינם מי שפכים אשר נעשה בהם שימוש במקלחת, כיורי רחצה ומכונת כביסה. מים אלה ניתנים לשימוש חוזר לאחר טיהור.

המוטיבציה לשימוש במים אפורים

1.           חסכון במי שתייה
2.           שמירה על מאגרי המים שלנו
3.           חסכון כספי
4.           הגדלת הריאה הירוקה מסביב לבית
5.           העלאת המודעות בקרב יושבי הבית לחשיבות החיסכון במשאבים ובמים בפרט
6.           חסכון בחשמל עקב הקטנת השימוש במשאבות בתחנות השאיבה של הרשויות – תרומה נוספת להקטנת הנזק לסביבה

למה בעצם צריך לטהר מים אפורים

הבעייתיות במים אפורים היא בכך שהם מכילים חומרים שהתמוססו בהם כתוצאה מהשימוש בדטרגנטים ובסבונים. בין השאר דובר ב- נתרן,  סודיום (NA), כלור, בורון/בורטים, פתוגנים (מתפרק ביולוגית), ורעלים תעשייתיים

קיימים פתרונות חלקיים בדמות -  הפחתת כמויות, שימוש בנוזל כביסה במקום באבקה (בה מים משמשים מלאן במקום מלח), הקטנת/הפסקת שימוש ב - מרככים , מלבינים ושימוש  בחומרים  biodegradable לעומת biocompatible (מתפרק לעומת תורם)
אגנים ירוקים (Constructed Wetland )

אגן ירוק הנה מערכת לטיפול בשפכים, המחכה תהליכים טבעיים.
מערכת אגן ירוק מיועדת לטיפול בזיהומים שונים: עירוניים, חקלאיים ותעשייתיים.

פילטר ביולוגי פשוט וחכם בו מתקיים תהליך טבעי של סינון וטיהור שפכים – במקרה זה מים אפורים. שיטה הידועה כ - constructed wetlands  ומאפשרת טיפול איכותי מאוד בשפכים.
תרגום חפשי של המונח wetland  לעברית הינו : אדמה רטובה, מקווה מים, או כפי שכונה ע"י אחדים – "אחו- לח" או 'אגנים ירוקים"
המיקרואורגניזמים הפעילים בקרקע 'ניזונים' למעשה מה'מזהמים' שבשפכים, המהווים עבורם נוטריאנטים – חומרי הזנה.

השיטה מטפלת באפקטיביות רבה ב- BOD, מוצקים מרחפים, חנקן, פוספטים, פחמימנים , ובמתכות.
טיפול בשפכים באמצעות אגנים ירוקים מתאים לישובים קטנים, לטיפול בשפכים ממקורות חקלאיים ולמפעלי תעשייה.

השימוש באגנים ירוקים יכול להיות כטיפול יחידי, או כחלק ממערכת גדולה יותר לטיפול בשפכים.

אגנים ירוקים טבעיים

אזורי מעבר בין יבשה למים (ביצת החולה לפני הייבוש ששימשה כפילטר של הכינרת)
אזורים בהם האדמה רוויה במים כתוצאה מהצפה זמנית או קבועה של נגר עילי או מי תהום.
הצפה ארוכת טווח הביאה להתפתחות אקוסיסטמה ייחודית.  

אגנים ירוקים - תהליכים

1. תהליכים פיזיקאליים – שיקוע, סינון, ספיחה ונידוף.
2. תהליכים כימיים – שיקוע כימי, ספיחה, הידרוליזה, חמצון - חיזור ותגובות פוטוכימיקליות
3. תהליכים ביולוגיים –  תהליכי ביו-דגרדציה אירוביים ואנאירוביים , חילוף חומרים בקטריאלי, חילוף חומרים על ידי צמחים, ספיחה על ידי צמחים ונבילה טבעית.

מאפייני בנית אגן ירוק - טכניים

1. איטום הקרקע והדפנות ביריעות גיאוטכניות למניעת זיהום קרקע ומקורות מים.
2. בניגוד למערכת הטבעית – מסלול הזרימה מתוכנן והקצב מווסת.
3. קרקע מעט משופעת בכיוון הזרימה- זרימה גרביטציונית.
4. יש צורך לסלק מוצקים גסים לפני כניסת השפכים

** במערכת הטבעית מסלול זרימת המים אינה מבוקרת, האפיקים זזים בדרך כלל עד 90% מהמסלול המקורי, וזה מקטין את זמן המגע.

ה- constructed מותאם ומתוכנן ספציפית כך שימנעו עקיפות ו"נקודות מתות" עם מעט סירקולציה ע"מ לנצל טוב יותר את האזור הזמין.
5. מצע - מצע הגידול עשוי חצץ וחרסית. המצע מאפשר מוליכות הידראולית של השפכים דרך אזור בית השורשים של הצמחים.
מצע הגידול משמש כפילטר על ידי ספיחת חלקיקים וגזים המשתחררים מתהליכים אנאירוביים.
הקרקע בבית השורשים עשירה באורגניזמים מיקרוביאליים מסוגים שונים, אשר ניזונים מהחומר האורגני אשר בשפכים תוך כדי פירוקו לתרכובות יציבות.
התהליך טבעי לחלוטין ומתקיים באופן רציף ולכן לא נוצרים עודפי בוצה, רב החומר האורגני משתחרר לאטמוספרה וחלקו נשאר ספוח לחלקיקי המצע.
6. צמחיה – צמחים המסוגלים להתקיים בסביבה לחה ומזוהמת, בדרך כלל צמחי קנה מקומיים.
חתך באגן

מאפייני הצמחייה

צמחים אשר מסוגלים לצמוח ולהתפתח בסביבה עשירה בחומר אורגני ומהווים משאבות ביולוגיות.
שורשי הצמחים פותחים תעלות המאפשרות את זרימת השפכים וחדירת חמצן לאזור השפכים המאפשרת את קיומם של תהליכים אירוביים לצד תהליכים אנאירוביים. תעלות השורשים מתחדשות מדי שנה.
צמחים המתאימים למפעל זה הינם בעיקר צמחי קנה. צמחים המאופיינים בתהליכי דיות מוגברים. בעקבות תהליכים אלו נוזלים רבים מתאדים, ריכוז המזהמים גדל ותהליכי הפירוק מוגברים.
סילוק מזהמים
חומר אורגני משמש כמקור אנרגיה ואבני בניין בתהליכי נשימה ופירוק המתרחשים על ידי הביומסה.
תרכובות חנקן אנאורגניות מתפרקות בתהליכי ניטריפיקציה ודה ניטריפיקציה ומשתחררות לאטמוספירה.
זרחן נקשר ברובו לחלקיקי המצע או עובר טרנספורמציה לתרכובות זמינות לצמח.
מתכות– חלקן נקשר אל חלקיקי המצע על ידי החלפת קטיונים או שקיעה בסדימנט, חלקן מסתפח לשורשי הצמחים. הרכב וכמות המתכות הכבדות הנקלטות על ידי הצמחים תלוי בסוג הצמח.
סוגי אגנים ירוקים– זרימה עילית, זרימה תחתית ואנכית

אגנים ירוקים - יתרונות

טיפול יעיל המתבסס על תהליכים טבעיים בלבד אשר אינם דורשים תחזוקה ותפעול, לכן ההשקעה כלכלית הנדרשת היא עבור הקמה בלבד.
בניגוד למערכות אינטנסיביות, עומס מזהמים חד פעמי או תנאי סביבה משתנים לא מוציאים את המערכת מכלל שימוש.
אין מטרדי ריחות.
מערכות בזרימה תחתית מונעות דגירת יתושים.
באתר נוצרת מערכת אקולוגית המושכת צמחים מגוונים ובעלי חיים.
מערכות בזרימה עילית יכולות להוות מוקד משיכה לציבור כתלות באיכות המים

אגנים ירוקים - חסרונות

המערכת דורשת שטח גדול יחסית לבוצה משופעלת.
צריך להתאים כל מערכת ספציפית לתנאי הסביבה ולהתחשב בטופוגרפיה, ספיקת המים, סוג הקרקע וכו'.
יש שינוי ביעילות עם שינוי העונה.
סקירת הגידול ויכולת סילוק המזהמים במספר סוגי צמחים הגדלים במערכות אגנים ירוקים
מחקרים שחקרו את הצמחייה באגנים ירוקים הצביעו על כך שמספר תהליכים בטיפול במי שפכים קשורים בצורה חזקה למאפיינים תפקודיים של הצמחייה באגן, במיוחד ביחס לתפקידים החשובים של השורשים.  לצמחים באגן ירוק יש בדרך כלל גושי שורשים משמעותיים שבהם תהליכים פיסיו-כימיקלים וביולוגים, המושפעים מהאינטראקציה עם הצמחים, מיקרואורגניזמים, המצע והזיהום במים – מתרחשים.
יכולת סילוק המזהמים קשורה באופן הדוק להתפתחות השורשים. המאפיינים של שורשי הצמחייה באגן כגון התפשטות השורשים והביומסה מהווים אחד מהאינדיקטורים להערכה של יכולת הטיהור של אגנים מלאכותיים.
במצע האגן הצמחים מתמודדים עם חסר מהותי של חמצן. לצמחי אגן ירוק קיימת מערכת מקיפה (אקסטנסיבית) להובלת חמצן לשורשים ע"מ להתמודד עם התנאים האנאירובים של המצע בו הם שתולים ועל מנת לסלק מזהמים. פוטוסינתזה אינה מיועדת להובלת חמצן אלא גם לאספקת אנרגיה לטיהור של מי השפכים. צמחים המבצעים פוטוסינתזה ברמה גבוהה מבטיחים פעילות שורשים ערה ע"י אספקת תוצרי הפוטוסינתזה לשורשים. באופן הפוך, פעילות שורשים ערה מבטיחה קצב גבוה של פוטוסינתזה ע"י אספקת כמות מספקת של חומרי הזנה לצמחים – מה שמבטיח ביומסה גבוהה.
קיימות דעות שונות ואף הפוכות באשר לתפקידם של צמחים באשר לתהליך הטיהור. גם אם ספיחת הנוטריאטים שבמים ע"י הצמחים אינו מהותי, נראה כי הצמחים משפרים את יכולת הניקוי של אגנים ירוקים על ידי תפקידיהם העקיפים. מחקרים מראים שונות גבוהה באיכות הטיהור בין אגנים ירוקים הנבדלים בסוגי הצמחים הגדלים בהם. ממחקרים אחרונים נמצאו הקשרים הבאים:
נמצא קשר מובהק בין גידול (או קצב הגידול) מעל ומתחת לפני המים ויעילות סילוק השפכים (למשל חנק ן(NH4-N,NO3-N) וזרחן).
ההשפעה הדדית בין גידול/גודל השורשים, רמת הפעילות שלהם והפוטוסינתזה משפיעים אחד על השני וכיצד הם משפיעים על סילוק המזהמים.
קורולוציה חזקה התגלתה בין קצב הפוטוסינתזה, ועצמת האור.
מבין האינדיקטורים המעידים/מצביעים על גידול, קצב הפוטוסינתזה הראה את הקשר החזק ביותר לסילוק שפכים (במיוחד באשר לסילוק חנקן). כשלפעילות השורשים וגודלם היה קשר חזק עם סילוק זרחן והורדת BOD. ל-COD מאידך, לא נראה שישנה קורולוציה לאינדקסים המצביעים על גידול.

לסיכום

קיימת היום תמימות דעים בעולם באשר לאפקטיביות אגנים ירוקים בטיהור שפכים.  כמו כן השיטה ידועה בתחזוקה האפסית אותה היא דורשת, ובכך שאינה דורשת השקעת אנרגיה. יש צורך להמשיך ולבצע מחקרים הבודקים את תפקוד האגנים בתנאים שונים, תוך שימוש בצמחים שונים, על מנת להגיע לאופטימיזציה כדי לפתור/להתגבר על החיסרון היחיד(לטעמי) – השטח הנדרש על מנת לקבל את איכות הטיהור אליהם אגנים ירוקים מסוגלים להגיע..

לשאלות ופרטים נוספים –

ירקרק – המדריך שלך למים אפורים

במייל - כתובת דוא"ל זו מוגנת מפני spambots, יש לאפשר JavaScript על-מנת לראות את הכתובת