הפקולטה
להנדסה - המגמה להנדסה מכנית
השבחת מי-ביוב וטיפול בבוצה
פרוייקט מס' 262
תקציר
מנהלים - פרוייקט גמר
מנחה: שמואל
קנטור
מגיש: נדב
בונן
ת.ז.: 032014920
תאריך: 2/06/2002
תקציר הפרוייקט
נושא הפרויקט : השבחת מי- שפכים וטיפול בבוצה .
הפרוייקט מחולק
לשלושה חלקים עיקריים –
חלק א' – טיהור
שפכים.
החלק דן בהרכב
השפכים והמדדים האופייניים לשפכים הנהוגים בארץ ובעולם.
השיטה לסילוק מי
שפכים במכוני טיהור, מתחלקת לתהליך קדם טיפול ולאחריו לשלושה שלבים עיקריים (טיפול
ראשוני, טיפול שניוני, טיפול שלשוני).
חלק זה של טיהור
השפכים מהווה הקדמה מפורטת שבעזרתה ניתן להבין מהיכן מתקבלת הבוצה.
חלק ב'- בוצה.
הבוצה הנה תוצר
לוואי מתהליך הטיהור. בוצה הנה חומר קבוע או זורם.
הבוצה מסולקת ממי
שפכים ומטופלת בצורה נפרדת מזרימת מי השפכים.
בחלק זה נבדקים
שלושה היבטים של בעיות הטיפול בבוצה –
ההיבט הממשלתי, המדעי והמעשי.
נעסוק בתכונותיה
ומאפייניה של הבוצה- מידת יכולתה להיסחט (בצורות שונות), תגובותיה של הבוצה
לכימיקלים שונים ולכוחות גזירה.
העבודה מתייחסת
לתקני משרד איכות הסביבה לסילוק, שימוש, פינוי וחלוקה לרמות של בוצה.
מבין הרמות הקיימות
בבוצה, בוצה מסוג רמה ב' הנה השכיחה ביותר , ועל כן בה מתמקדת העבודה.
מוצגות שלושת
החלופות של טיפול בבוצה מסוג רמה ב' :
- סילוק לים
(שפד"ן)
- טיפול אנארובי
- טיפול ארובי
העבודה דנה בטיפול אנארובי היות וסילוק
לים הנו פתרון המוגדר כזמני והטיפול הארובי בבוצה אינו נפוץ בארץ. התרכזות בטיפול
אנארובי לוותה בהבאת דוגמאות ממכונים בארץ (נתניה , הרצליה ,י-ם) .
הבוצה נשלחת מטיפול
אנארובי לטיפול במוצקים הקיימים בתוכה על מנת להוריד את נפחה ואת יציבותה
הביולוגית ולשם הוצאת האנרגיה בתוכה. בסוף התהליך, בטרם סילוקה של הבוצה מאתר הטיהור, הבוצה עוברת תהליך
סחיטה.
השלבים העיקרים
בטיפול בבוצה הנם –
- הסמכת הבוצה
- עיכול הבוצה
- סחיטת הבוצה
העבודה
בוחנת את מכשור הסחיטה הקיים בהרצליה
ומתמקדת בסחיטת הבוצה.
חלק
ג': תכנון מתקן בוצה עבור עיריית הרצליה – התמקדות בשלב הסחיטה.
בחינת
מכשירי הסחיטה וריכוז נתונים בטבלאות בעזרת שיטת הערכת קונספטים (שיטת AHP ) כאשר הקונספטים הנם מכונות סחיטה שונות מכל העולם .
הפרמטרים
הרלוונטיים למכונת סחיטה הנם: רעש, ריח, בטיחות, אמינות, גודל, רב גוניות, מהירות,
עבודה, אוטומציה, אחריות, זמינות (חלפים/שירות), ניקוז, מחיר.
בוצע
תהליך הערכה איכותי של קונספטים בשני שלבים מרכזיים, אשר בהם חושבו העלויות (השקעה
כספית ראשונית, כוח אדם, פולימרים, תחזוקה, פינוי בוצה, קליטת בוצה בשטח). עלויות
אלו רוכזו וחוברו יחד ע"מ להגיע לעלות כוללת לשעת עבודה של מכונת סחיטה מסוג
כלשהו. תוצאות המצביעות על הכדאיות הכלכלית
רוכזו בגרף (₪ לשעה / מספר הקונספט). בגרף
הערכת קונספטים (גובה הערכת הקונספט/מספר הקונספט ) הוצגו
תוצאות
המצביעות על הקונספטים ה"חזקים" – (מכונות סחיטה מתאימות וטובות מהייחוס
שלנו- המכונה הקיימת כעת בהרצליה)
הפרויקט הנו
בר יישום - הוא בודק את סוגיית הסחיטה בצורה תאורטית - צנטריפוגציה וסינון, שיעורי הסחיטה , תהליכי
הסחיטה , ערבוב כימיקלים בזמן סחיטה,
ובודק בצורה מעשית את מכשור הסחיטה הקיים במתקן הרצליה לעומת מכשור חדיש
אחר, על כל האספקטים של הכדאיות להחלפת מכשור זה .
העבודה מציעה דרכי ייעול אפשריים, עבור מתקן
הרצליה, ע"י שיטת טיפול חדשה בבוצה, הנחקרת ונלמדת כיום באירופה ובעולם.
מטרת הפרויקט :
תכנון מתקן לטיפול
בבוצה המתפקד בתוך מכון טיהור השפכים הרצליה, תוך השוואה בין שתי חלופות בסוגיית
הייבוש / סחיטה המכנית: צנטריפוגות – Centrifuge מול בלט פרסינג' – Belt filter press.
הדרישות הראשוניות
בפרויקט :
עמידה תחת דרישות ראשוניות בפרוייקט
דרישה ראשונית –
עבודה עבור מכון טיהור נתניה
נשוא העבודה הוסט
ממתקן נתניה למתקן טיהור שפכים בהרצליה , ע"פ הצעת מרכז הפרויקטים וזה מסיבות
של :
- עבודה מעשית עבור מנהל
מכון טיהור הרצליה .
- עזרה ממשית של מנהל
מכון טיהור הרצליה.
מהות העבודה :
- בחירת שיטת טיפול
בבוצה – שלב הסחיטה למתקן הרצליה.
- תכן קונספטואלי
- שיפור אלטרנטיבי עבור
מערכת עובדת קיימת (מתקן הרצליה).
תוצאות :
לאחר שימוש בהערכה איכותית וחישובי עלויות, תוך
לקיחה בחשבון של הנתונים הרלוונטיים, מתוך שקלול כל הנתונים וביצוע חישובי עלויות
/ תועלת, נבחרה מכונה מסוג צנטריפוגה של חברת "פיירליס" (הולנדית
איטלקית).
מסקנות והצעות ייעול לפרויקט :
מסקנות והצעות
ייעול בנוגע לטיהור שפכים :
- יש לשאוף להקטנת
השטחים והנפחים הנדרשים למתקן טיהור שפכים על מנת לצמצם את המטרדים הנלווים
(ריח , רעש ,יתושים וסתימות במתקן הטיהור), וזאת בעזרת שילוב של מספר טיפולים
(פיזיקלים, כימים וביולוגים), ע"י שילוב של אמצעים טכנולוגיים
תעשייתיים.
- הפניית מים מטוהרים
ברמה מתאימה לצריכה ביתית, למרות הבעיה הפסיכולוגית.
מסקנות והצעות
ייעול בנוגע לטיפול בבוצה :
הטיפול בבוצה מביא
להתייקרות ההשקעה והתפעול בעשרות אחוזים. השפד"ן, המתקן המתקדם ביותר בארץ (
הן בכמות והן באיכות מי הקולחים ), עדיין שופך בוצה לים. פתרון זמני זה אינו מקובל
ולכן יהיה חייב בפתרון שיכלול מעבר של הבוצה לרמה א' ושריפתה (ע"מ לצמצם נפחה
).
עבודה זו דנה בהצעת
ייעול - שיטת טיפול חדשה המשתמשת באוזון לטיפול בוצת מכוני טיהור שפכים. בעתיד לא
ניתן יהיה להטמין את הבוצה העודפת באופן שהיה נהוג עד כה. ואין מספיק חקלאים
המשתמשים בבוצה לדישון שדותיהם (תאורטית יש מספיק אדמות בארץ העומדות בקריטריונים
של בוצה מסוג רמה ב', והתהליך הוכח כיעיל לקרקע כאשר הוא במינון הנכון) על כן,
צפוי, שדרכי הפינוי ישתנו, ושיטת
אוזוניזצית בוצה הנה תהליך מתאים. עלויותיו קטנות מן העלויות של דרכי טיפול
קונבנציונליות. זהו תהליך אקולוגי והגיוני מבחינה כלכלית, היות שניתן לבצע אותו
במקום היווצרות הבוצה, ולמנוע היווצרות בוצה עודפת.
מבחינת הפתרונות
הקיימים : יש להגביר את היקף ימי עיון וההסברה לחקלאים שמטרתם להראות את השיפור
ביבול בקרקע מדושנת בבוצה.
העבודה דנה בצמצום
נפח בוצה מסוג רמה ב' : שיפור הסחיטה , המביא להגדלת אחוז מוצקים בבוצה, נפחה קטן
ומצמצם את עליות הטיפול בבוצה. דבר המשליך על
בחירת מכונת הצנטריפוגה החליפית למתקן הרצליה.
שימוש בצנטריפוגה
כדאי יותר במידה ומשתמשים בגז המתאן. העיקרון הטכנולוגי מבוסס על הבערת גז המתאן
וניצול החום לייבוש בוצה אחרי סחיטה באמצעות ביו-גנרטורים, דבר המביא לחסכון של כ- 60%-70% בחשמל.
במכון הרצליה אין
מנצלים את גז המתאן. היות והוצאת החשמל גבוהה מאוד במכשירי סחיטה מסוג צנטריפוגה (
כ- 30 קוו"טש לעומת כ- 5 קוו"טש ב-BFP ) , ניצול הגז לחשמל במכון הנה כדאית מבחינה
כלכלית . כך ששילוב של ניצול גז המתאן לייצור חשמל עצמי ובחירת צנטריפוגה הנם
הדרכים העיקריות לשיפור מתקן הרצליה מבחינת הטיפול בבוצה .
מסקנות והצעות
ייעול בנוגע לסחיטה :
סחיטת בוצות הנו
חלק קריטי ויקר של תהליך טיהור השפכים.
בנושא פיתוח והבנה
של בוצות ישנן דרכים רבות לאפיין את רגישות הבוצה לגזירה וידוע שמרכיביה של הבוצה
יכולים להשפיע על הרגישות לגזירה וגם על שיעור הייצוב והסחיטה. כעת אנו מבינים יותר את הבעיות הקשורות בדחיסה של
בוצות וההגבלות שיש עבור בחירת תהליכי הסחיטה וסוג הכימיקלים (פולימרים).
נושא הסחיטה של
הבוצה הנו נכבד ומהווה אתגר של מחקר ופיתוח בנושא משקעים מטיפול הטיהור. בהערכה
האיכותית אשר ביצעתי בפרוייקט זה שלושת
הקוספטים המובילים היו צנטריפוגות וזאת על אף שהצנטריפוגות היו הכי יקרות בחישוב עלות
כוללת לשעת עבודה. תוצאה זו הביאה למסקנה
שעל אף שמשקולת המחיר היתה 46% , פרמטרים אחרים כגון אחוז המוצקים היבשים בבוצה
הסחוטה, צמצמו להפליא את משמעות הפער. (יש לציין שאחוז המוצקים היבשים בבוצה נכנס
בקטגוריות פינוי הבוצה ובקליטת הבוצה בשטח).
שני הדברים
העיקריים אשר השפיעו לרעה בבחירת צנטריפוגה למכון הרצליה היו כאמור מחיר ההשקעה
הראשונית ברכישת הצנטריפוגה ומחיר צריכת החשמל בעבודתה.
על אף ששימוש
בניצול גז המתאן לייצור חשמל עצמי מבטל את
הוצאות החשמל הכללית עד לכדי כ-70% ,
ההוצאות הכלכליות הכרוכות בהפיכת מכון הרצליה לאופן עבודה זה (המנצל את גז המתאן
לחשמל) גבוהות מאוד. מכאן שהמסקנה היא, כי שיקול הבחירה בשימוש בגז מתאן חייב
להתקיים בטרם בניית מכון הטיהור . מכיוון
שהחלטה זו לא נלקחה בעבר כדאיות החלפת ה-BFP
הקיים בהרצליה לצנטריפוגה (מכל סוג שהוא) פחתה.
על אף מסקנה אחרונה
זו כאשר אנו לוקחים בחשבון את כל השיקולים הכרוכים בהחלפת מכשיר ה-BFP לצנטריפוגה, עדיין הצנטריפוגה עדיפה בתור מכשיר
סחיטה למכון הרצליה.