בנייה חוסכת מים ומשמרת מים
המאמר מציג שיטות להגברת חלחול מי גשמים לאדמה ופתרונות לחיסכון במים: שיטות למחזור מים אפורים (מי קולחין) ובכלל זה שיטות לטיהור מים באופן טבעי (על ידי צמחי מים, ממברנות, בקטריות), חיסכון במי מקלחת (למשל חסכמים), צמחייה חוסכת מים, השקיה קפילרית.
מאמר זה עוסק בשני נושאים:
- בנייה משמרת מים.
- בנייה חוסכת מים.
בנייה משמרת מים
מטרתה של בנייה משמרת מים היא לגרום למי הגשמים (לנגר העילי) לחלחל לאדמה ולהתווסף למי התהום. מטרה זו מושגת על ידי השארת אזורים לא אטומים (גינות, מדשאות, אזורים פתוחים) (להלן: שטחי קליטה) והטיית שיפועי המגרש אליהם. כך מי הגשמים, ובכלל זה המים המתנקזים מן הגגות, נאספים לאזורים אלו ומחלחלים לאדמה. פינות המגרש הן האזור שקל ביותר ליעדו לשמש כשטח קליטה. כמובן, יש להקפיד על שיפועים מתאימים.
- גדר בגובה 20 ס"מ לפחות סביב שטח הקליטה משפרת משמעותית את אחוז החלחול.
- גודל השטחים הקולטים במגרש תלוי בכושר החידור (חלחול) של האדמה במגרש.
- שטח הקליטה יהיה 20% לפחות משטח המגרש וכל מי הנגר יופנו אליו. גודל שטח הקליטה ייקבע לפי כושר החלחול של הקרקע.
- חשוב לחפות את שטח הקליטה כדי למנוע ירידה בכושר החידור של הקרקע (כושר החידור יורד כאשר הטיפות ניתכות ישירות על הקרקע).
- חיפוי מתאים הוא חיפוי צמחי כמו דשא, צמחי נוי, שיחים ועצים. חיפוי לא צמחי, כגון חצץ,
טוף, חלוקי נחל ושבבי עץ, שומר גם הוא על כושר החידור של הקרקע אך ביעילות נמוכה יותר.
חיפוי שטחים נוספים (לא שטחי קליטה) במגרש בחצץ או בטוף, במקום חיפוי אטום, משפר אף
הוא את כושר החידור במגרש.
- פתרון חלופי הוא תעלות החדרה. בגלל עומקן הן מסוגלות לאגור את המים הניתכים ולהגדיל
את אחוז המים המחלחלים. תעלה זו צריכה להיות בנויה מאריג מסנן (יריעה גיאוטכנית)
שעליו חלוקי נחל או חצץ. די בתעלה של 10 מ"ר בנפח של 0.6 מ"ק כדי להחדיר 50% ממי
הנגר העילי של גג ששטחו 280 מ"ר.
- אופציה נוספת היא הזרמת מי הגשמים לצינור מחורר תת קרקעי אשר עטוף בחצץ ובבד חדיר.
צינור זה משפר את הקליטה של המים ויתרונו בהיותו בלתי נראה.
- פתרון נוסף הוא בניית "באר יבשה". ניתן להשתמש בגליל בטון או פלסטיק ממולאים בחצץ
או חלוקי נחל.
מומלץ שעומק הבאר ינוע בין 1 מ' ל-1.5 מ' ושקוטרה ינוע בין 0.5 מ' ל-1 מ'.
- חשוב לתכנן ניקוז של המים העודפים (המים הנאגרים מעבר לכמות המתוכננת). הניקוז חייב
להיות לכיוון הרחוב שיש בו ניקוז מרכזי, ולא לחצרות השכנות.
- חשוב, בכל קנה מידה של תכנון עירוני או מקומי, למקם את האזורים הירוקים במפלס
"נמוך" מזה של האזורים האטומים. בנוסף, חשוב מאוד שבקנה מידה עירוני יתוכננו שטחי
קליטה באזורים פתוחים. בעולם יש פתרונות מעניינים לשיפור הקליטה, למשל מדרכות
מחדירות ומגרשי ספורט המשמשים כאגני השהיה ומנוקזים בהדרגה דרך תעלות קליטה.
- במשטחי חניה ציבוריים ובכבישים יש לסנן את המים לפני החדרתם לקרקע, כדי למנוע את
זיהום מי התהום.
בתכנון עירוני נחשבים מי הנגר העילי כמטרד שצריך להיפטר ממנו. שינוי הגישה
בהתייחסות למים אלה יחסוך כמויות מים ניכרות.
תכנון נכון של אזורי קליטה חייב להתחשב בכמות הגשם הממוצעת באזור, בסוג האדמה של
המגרש ובטופוגרפיה שלו. להלן נתונים כלליים על סוג הקרקע באזורים שונים בארץ:
- מישור החוף - כורכר, חול, חמרה חולית, גרומוסול וגרומוסולים חומים.
- אזור ההר - טרה רוסה, רנדזינה, קרקעות קולוביות וקרקעות אולוביות.
- העמקים הפנימיים - גרומוסולים וגרומוסולים בזלתיים.
- אזור הנגב - קרקעות לס.
בכל מגרש יש לבדוק את כושר החידור של סוג הקרקע.
הנתונים בנושא בנייה משמרת מים נלקחו משלושה מקורות:
- תכנון עירוני רגיש למים - נעמי כרמון ואורי שמיר, )1977), טכניון.
- הגברת ההחדרה של מי גשמים לקרקע באמצעות עיצוב חצר הבית העירונית - שרון כץ )1999),
טכניון.
- הנחיות לתכנון ניקוז עירוני, התחנה לחקר הסחף, משרד החקלאות.
בנייה חוסכת מים
חלק זה עוסק בכמה נושאים:
חיסכון במים בתהליכי הבנייה.
מחזור "מים אפורים".
איסוף ומחזור מי נגר עילי.
חיסכון במי מקלחות ומטבח.
נזקי אבנית.
צמחייה חוסכת מים.
חיסכון במים בתהליך הבנייה
בתהליך הבנייה יש שימוש רב במים.
חיסכון ניכר במים בתהליך הבנייה מושג על ידי בנייה בשיטה הרב שכבתית (ראה מאמר-
בנושא קירות מעטפת המבנה). בשיטת בנייה זו חלק גדול מחומרי הבנייה הם "יבשים" וכך מושג חיסכון גדול במים.
גם בתהליך הייצור וההובלה של בטון מוכן במערבלי בטון ניתן להשיג חיסכון במים.
כיום בסיום יום העבודה שוטפים במים את מכל הערבול של המובילים. מים אלו בתוספת
שאריות הבטון אשר נדבקו לדפנות המכל, נשפכים לבריכות ונאגרים בהן. בדרך זו, רק חלק
מהמים ממוחזר ובבריכות מצטברת פסולת ללא שימוש.
הדרך לחסוך במים בתהליך זה היא למלא את מכל המערבל בכ-200 ליטר מים בתוספת החומר
"בטונטו", המפרק את הבטון ומסיר אותו מדפנות המכל. למחרת בבוקר משתמשים במים שבמכל
להכנת תערובת הבטון לאותו יום. כמו כן שאריות הבטון שנשארו במכל אינן מושלכות אלא
משמשות כבטון לבנייה. בשיטה זו גם נחסכים מים וגם נחסכת הפסולת של שאריות הבטון.
מחזור "מים אפורים"
במחזור מים מבחינים בין כמה קטגוריות של מים:
מי נגר עילי - מי גשמים
מי קולחין ("מים אפורים") - מים לאחר שימוש במקלחות, במכונת כביסה, במדיח כלים ובברזים. כלומר, אלו השפכים הביתיים ללא שפכי האסלה.
מי דלוחין ("מים שחורים") - מים לאחר שימוש באסלות. שפכי האסלה מהווים כ-60% מצריכת המים הביתית הטיפוסית.
מחזור "מים אפורים" הוא מקור בלתי נדלה של מים, אשר יכולים לשמש להשקיית גינות
ומדשאות. חשוב לציין שחובה לקבל אישור של משרד הבריאות לשימוש ב"מים אפורים"
להשקיה. האישור ניתן באופן נקודתי לפי שיטת הטיהור, לאחר בדיקה מתאימה, ובעת התכנון
יש לוודא שהשיטה המתוכננת מאושרת.
בקנה מידה ארצי או אזורי ישנם מתקנים המשמשים לטיהור מים. במאמר זה נתייחס לפתרונות
בקנה מידה של בית בודד, של בניין דירות ושל שכונה.
כדי למחזר "מים אפורים" יש ליצור במבנה מערכת צנרת כפולה, שתאפשר להפריד בינם ובין
"המים השחורים".
שיטה בלתי מומלצת ופרימיטיבית ביותר למחזור "מים אפורים" היא שימוש בהם להשקיה לאחר
סינון בלבד או ללא כל תהליך סינון, ישירות או לאחר אגירתם במכל או בבור תת קרקעי.
"מים אפורים" אלו מוגבלים רק למי מקלחות וכיור מקלחת. חסרונה העיקרי והקריטי של שיטה
זו הוא שהמים אינם עוברים תהליך טיהור כלשהו, ולכן הם כוללים דטרגנטים, מלחים
ובורון, אשר מחלחלים לקרקע ומזיקים לה, ואף מגיעים למי התהום ומזהמים אותם.
שיטה פשוטה יעילה קצת יותר היא הזרמת "המים האפורים" דרך מכל שבתוכו מערכת פילטר
פשוטה, הכוללת חול, חצץ ופחם. מערכת זו דורשת תחזוקה. שיטה זו אינה מצמצמת את בעיית
הזיהום של מי התהום.
כל שיטת סינון וטיהור "מים אפורים" צריכה להיבחן קודם כל לפי פקטור בסיסי זה של
פגיעה בקרקע וזיהום מי התהום (זיהום על ידי דטרגנטים ועל ידי בקטריות).
חשוב לציין שהשיטות שצוינו לעיל יכולות להיות מעשיות בלי שיפגעו במי התהום. זאת אם
ייעשה שימוש בחומרי ניקוי מיוחדים אשר אינם כוללים חומרים מזהמים. חומרים אלה
ניתנים להשגה גם בארץ.
שיטות לטיהור מים באופן טבעי
יש כמה שיטות לטיהור מים העושות שימוש בתהליכים טבעיים.
- טיהור מים על ידי צמחי מים:
שיטה זו מבוססת על הטכנולוגיה הביוסולרית שפותחה על ידי האקולוג האמריקאי ד"ר ג'ון
טוד, שנתן לה את השם "מכונה חיה"(Living Machine). היא מבוססת על סדרה של תהליכים
ביולוגיים המתקיימים בנוכחות צמחים שונים, מיקרואורגניזמים ובעלי חיים, כגון
חלזונות ודגים. המים המטופלים מיועדים להשקיית גינות וגנים ציבוריים.
התהליך (תרשים 1): המערכת מבוססת על הכוונה והאצה של תהליכי מחזור הקיימים בטבע
והמבוססים על פעולתם של יצורים חיים וצמחייה. בשיטה זו מחקים אקוסיסטמות (מערכות
אקולוגיות) הקיימות בטבע. אקוסיסטמות אלה סופחות אליהן את המזהמים המומסים והמרחפים
שבמי השפכים, מפרקות אותם ומטמיעות אותם בביומסה של מרכיביהן החיים. בשיטה זו לא
נעשה כל שימוש בכימיקלים, ובדרך כלל כמות הבוצה הנוצרת בתהליכי טיהור היא מינימלית.
המרכיבים החיים של המערכת הביוסולרית כוללת צמחים ומיקרואורגניזמים מתאימים,
חלזונות ודגים. בהתאם לצורך ניתן לשלב גם בעלי חיים נוספים. האורגניזמים מושמים
בתאים/מכלים אקולוגיים, וקצב הפעולה מבוקר על ידי אספקת אוויר, תאורה ומעגלי היזון
חוזר.
שלבי תהליך הטיהור כוללים שלב אנאירובי, שלב אירובי סגור לטיפול בריחות, שלב אירובי
פתוח, שלב שיקוע ושלב מירוק. זמן השהייה המינימלי בכל שלבי התהליך הוא שלושה ימים.
מערכת ביוסולרית מסוגלת לטפל גם בביוב גולמי ("מים שחורים"). במקרה זה יש צורך
להוסיף לתהליך כמה שלבים, ובכלל זה שלב של חיטוי באמצעות טיפול בקרינה אולטרה
סגולית, או באמצעות אוזונציה או כלורינציה.
יתרונות השיטה הביוסולרית:
1. הטיהור נעשה באמצעים טבעיים בלבד, ללא שימוש בכימיקלים.
2. היא מסוגלת להתמודד עם שינויים חדים ברמות הזיהום של המים בהתבסס על מנגנוני
התגובה וההסתגלות העצמית של היצורים החיים, ובעיקר של המיקרואורגניזמים.
3. היא מייצרת מינימום בוצה הודות להטמעת המוצקים בביומסה במערכת.
4. עלויות התפעול והתחזוקה שלה נמוכות.
5. מדובר במתקנים אסתטיים הניתנים לשילוב כאלמנט נופי (וחינוכי) גם בתוך בניינים.
6. זו טכנולוגיה המאפשרת התאמה למערכות בקני מידה שונים (מבית מגורים בודד ועד
ליישוב שלם) וכן גידול מודולרי.
שיטה זו מיושמת במקומות רבים בעולם ואף בכמה פרויקטים לדוגמה בארץ.
תרשים 1 "מכונה חיה" (Living Machine) - התהליך
התמונה באדיבות חברת "ארטיקוס"
שיטה נוספת המבוססת על עיקרון דומה של שימוש באמצעים טבעיים בלבד נקראת .Constructed Wetland
שיטה זו מבוססת על תכונתם הייחודית של צמחי מים לקלוט חמצן באוויר ולהעבירו לבית
השורשים. בסביבה רווית החמצן של השורשים מתפתחים מיקרואורגניזמים שונים, כמו
חיידקים, פטריות ואנזימים. המיקרואורגניזמים ספציפיים לצמח ולסביבת הביוב שהוא גדל
בה, והם בעלי יכולת פירוק וספיחה מדהימים של רעלים ושל גורמים פתוגניים. הצמחים
עצמם בעלי יכולת ספיחה של החומרים המפורקים, ובכלל זה של מתכות רעילות.
שיטה זו מיושמת בשני אופנים:
Free Water Surface .1- ביישום זה זרימת מים מתבצעת מעל למצע שתילה (תרשים 2).
תרשים 2 התמונה באדיבות חברת "עפרה צמחי מים"
2. System Flow Subsurface - בשיטה זו אין זרימת מים גלויה מעל פני השטח. (תרשים 3).
תרשים 3 התמונה באדיבות חברת "א.א מהנדסים"
בארץ יש כמה חברות המפתחות שיטה זו. עיקר המחקר נעשה כדי לאקלם את השיטה מבחינת סוגי צמחייה ואקלים. בעולם שיטה זו מיושמת בכמה וכמה מקומות, בין השאר במפעלים גדולים ובמערכות טיהור עירוניות.
* טכנולוגיה מעניינת נוספת היא שיטת ביו-ריאקטור ממברנלי.
שיטה זו פותחה ביפן. תהליך הטיהור בשיטה זו נעשה על ידי ממברנות (תרשים 4).
ממברנות שטוחות טבולות במלואן בתוך מכל המכיל בוצה משופעלת. האוויר הנדרש לפעילות הביולוגית גורם לתנועה של בועות דרך הממברנות כלפי מעלה. בכך הוא משמש כגורם ניקוי מתמיד של פני הממברנות (בנוסף להיותו ספק חמצן לבקטריות). המים המטופלים עוברים דרך דופן הממברנה (בעזרת עמוד מים בגרוויטציה). פעולה זו מתבצעת במכל אחד ללא חלקים מכניים נעים.
תרשים 4 עקרון פעולת הממברנה
באדיבות חברת "נגב פרוייקטים"
המתקנים המכניים היחידים במערכת הם מפוחי אוויר ומשאבות להוצאת בוצה. התחזוקה של מערכת זו מסתכמת בשאיבת הבוצה בלבד (תרשים 5 א' ).
תרשים 5 א' סכמה של מערת
לפי נתוני היצרן איכות המים המטוהרים גבוהה מאוד. במתקן זה נעשה שימוש במאות אתרים תעשייתיים ועירוניים באנגליה וביפן.
תהליך מכני יעיל לטיהור מים הוא תהליך המבוסס על תהליך אנאירובי. תהליך זה מתבסס על טיהור באמצעות בקטריות טבעיות המפרקות את החומר האורגני המצוי בשפכים.
מערכת אחת המופעלת בשיטה הנ"ל מורכבת מכמה מכלים. בכל מכל מתבצעת פעולה שונה (תרשים 5 ב').
תרשים 5 ב' "תהליך אנאירובי"
במכל הראשון מתבצעת פעולת שיקוע ראשונית.
זהו תהליך אנאירובי איטי שבו מופרדים המוצקים הכבדים והשומנים מהשפכים.
הוא מביא לירידת צריכת החמצן הביולוגי ולירידה של כ-50% מהמוצקים המרחפים.
המכל השני הוא מכל טיהור. מתרחשת בו פעולת Extended aeration .
השפכים מסוחררים באמצעות משאבה, ומדחס אוויר מזרים אוויר לתא הערבול, פעולה הגורמת
לעליית רמת החמצן במכל הטיהור, לרמה גבוהה מאוד של 5-7 מג"ל. בנוסף, תהליך הערבול ומבנה
התא גורמים לשבירת המוצקים ולהפיכתם לחלקיקים קטנים - תוך הגדלת שטח הפנים שלהם.
הגדלה זו וזמן השהייה הממושך מאפשרים לבקטריות הנמצאות במכל לפרק ולטהר את השפכים.
בתהליך טיהור זה מצטברת כמות קטנה מאוד יחסית של בוצה, ולכן תדירות פינוי הבוצה נמוכה,
דבר המקל על תחזוקת המתקן.
המכל השלישי הוא מכל השיקוע. תפקידו לאפשר שקיעת המוצקים המרחפים אשר נותרו לאחר שלב
הטיהור. תהליך השיקוע הוא תהליך טבעי המתבצע ללא שימוש בכימיקלים ומונע ריחות ומפגעים סביבתיים.
תרשים 6
תרשים 7 מתקן טיהור המבוסס על דיסק | ניתן לקבל מערכת זו בגדלים שונים, גם בגודל המתאים לבית בודד. היישום התת קרקעי של המתקן מונע מטרד ויזואלי (תרשים 6). מערכת נוספת המבוססת על תהליך אנארובי פועלת בשיטה דומה לזו של השיטה הקודמת, אך מבוססת על דיסק. היא מתאימה ליישומים בקנה מידה גדול יותר (לעומת השיטה הקודמת). מכל ראשון - מכל הפרדה. מכל שני - מכל טיהור. במכל זה מתבצע הטיהור הביולוגי של השפכים. פועלת בו מערכת דיסקים הגורמת להאצה ולהגברה של תהליך הטמעת החמצן בשפכים. מכל הצללה - במכל זה השפכים עוברים במערכת מפרידי למלות .(Lamellas Separators ) בנוסף הבוצה המצטברת העודפת מוחזרת למכל האיסוף וההפרדה. יתרונות מערכת זו הם כשל המערכת הקודמת (תרשימים 7 ו-8 ). |
איסוף ומחזור מי נגר עילי
מי נגר עילי (גשמים) מהווים מקור למים נקיים. במקרה הטוב הם עוברים למי התהום על ידי
חלחול, ובמקרה הפחות טוב - הם מועברים למערכת הניקוז המרכזית.
ניתן לנצל מים אלה להשקיה בעונה היבשה. זאת על ידי ניקוז מי הגגות למכל אגירה. מכל
זה צריך להיות נמוך מגובה המרזב הנמוך ביותר, ולרוב מיושם כמערכת תת קרקעית הכוללת
מנוע אשר דוחף את המים למערכת ההשקיה.
מערכת זו פשוטה ויכולה לחסוך כמות מים בלתי מבוטלת.
חיסכון במי מקלחות ומטבח
יש כמה שיטות למחזור מים אלו ללא תהליך טיהור:
- העברת מי הברז במקלחת ישירות למכל ההדחה. כך נעשה מחזור מים בצורה פשוטה ויעילה.
מערכת זו מחייבת הכנה מראש של צנרת כפולה.
- המהנדס חיים ברנד מצא כי הקטנת הקוטר של צינור הספקת המים החמים מהדוד מ-"0.50 ל -"0.75 יכולה לחסוך כמות גדולה של מים: בבית פרטי 2 ליטר למקלחת ובבית קומות עד 3 ליטר למקלחת. חיסכון זה הוא פונקציה של המרחק בין הדוד לדירה. הל"ת מחייבת דוד נפרד מסוחרר בדירות שאורך הצנרת מהדוד עד הכלים הסניטריים שבהן עולה על 50 מ'. מערכת זו יקרה ובזבזנית בחום. הפתרון הוא הוספת מחמם דירתי למערכת (מחמם מים המופעל בגז או בחשמל). מחמם מים בגז מחמם את המים עד הגעת המים החמים מהדוד ומהווה מערכת גיבוי בחורף. מחמם המופעל בחשמל הוא דוד חשמל קטן )30 ליטר). המים מהמערכת הסולרית יגיעו אליו ויישמרו בו בטמפרטורה קבועה של °C45 (בצריכת חשמל של 30 וואט/שעה בלבד). בעת פתיחת הברז תרד טמפרטורת המים ל-°C41 ואז תעלה לטמפרטורת הדוד הסולרי. שיטה זו חסכונית באנרגיה ופשוטה ליישום.
- שיטה נוספת היא שכלול של השיטה הנהוגה בבתי מלון, שבה המים החמים מסתחררים באופן
תמידי. בגרסה המשוכללת מערכת הסחרור מופעלת זמן קצר לפני פתיחת הברז, לדוגמה בעת
הדלקת האור בחדר האמבטיה, או על ידי לחצן מיוחד המשמש לסחרור המים בלבד. סחרור של
20 שניות מסחרר את המים הקרים בצנרת ומחליף אותם במים חמים מהדוד.
- שיטה מעניינת נוספת שמעלה ברנד היא שימוש במכל ביניים לאגירה. שיטה זו פשוטה למדי ליישום וחסכונית מאוד. ממקמים מכל אגירה בין צנרת הדוד לברזי המקלחת. במכל זה נאגרים המים המתבזבזים במקלחת עד הגעת מים בטמפרטורת שימוש מדוד השמש/חשמל.
השליטה על הזרמת המים למכל יכולה להיעשות בצורה פשוטה על ידי מזרם קוצב (כמו מזרם משתנה) אשר מזרים כמות מסוימת למכל האגירה. כמות זו אמורה להחליף את המים הקרים אשר נמצאים בצנרת במים חמים מהדוד. מערכת זו יכולה גם להתבסס על טרמוסטט אשר ישלוט בצורה מדויקת יותר על מעבר המים למכל האגירה.
המים אשר נאגרו במכל זה מועברים ישירות למכל ההדחה של האסלה.
- חסכמים הם אביזר פשוט, זול וחסכוני במים. בעזרת וסת זרימה הם מגבילים את זרימת המים
מהברז. לאביזר זה יתרון נוסף הנובע מהקטנת הזרם בברז והוא מניעת ירידת לחץ בברזים
המרוחקים ממקור ההספקה של המים. יעילותו של החסכם יורדת ככל שלחץ המים גבוה יותר.
במבני ציבור ישנם מתקני משתנה ללא מים, ואלה, כמובן, חוסכים מים.
צמחייה חוסכת מים והשקיה קפילרית -בחירת צמחייה חוסכת מים יכולה לחסוך מים רבים הן
בקנה מידה של בית בודד והן בקנה מידה של שכונה או של עיר.
נתונים על צמחייה חוסכת מים ניתן למצוא בפרסומים הבאים:
- צמחים חסכניים במים - משרד החקלאות, המחלקה להנדסת הצומח, 1994.
- המדריך של נציבות המים בנושא זה.
- רעיון מעניין נוסף הוא השקיה קפילרית. השקיה זו נעשית באמצעות מכלי מים הממוקמים
מתחת לצמחים. שורשי הצמחים מגיעים למכל זה, שבחלקו העליון נקבוביות מיוחדות. מילוי
המכל נעשה לפי הצורך וכך הצמחים מושקים באופן אופטימלי ללא כל בזבוז.