החיפוש המתמיד אחר טיפת המים המושלמת, שתרווה את צימאוננו ובה בעת תערב לחכנו, היה קרקע פורייה לדילמה רבת שנים - מה הכי טוב לשתות? מי ברז, מים מינרליים או מים מסוננים?

הדילמה הזו שימשה בסיס למירוץ חימוש בלתי פוסק של חברות המים המינרליים ויצרניות מכשירי הסינון והטיהור אחר כיסנו וגרוננו. בכתבה הראשונה בסדרת הכתבות "על טהרת המים" תיארנו את הרכב המזהמים העיקרי של המים ובחנו את סוגיית איכותם של מי השתייה. כפי שצוין בכתבה הקודמת, נתוני משרד הבריאות קובעים שמי השתייה המסופקים לביתנו טובים וראויים לשתייה ללא כל חשש.

אם כך, מדוע אנשים רבים מוכנים להוציא את מיטב כספם על קניית מים מינרליים ומכשירי טיהור ביתיים? בכתבה זו נתאר את הדרכים שבאמצעותן אפשר לסנן ולטהר מים, נראה מהן דרכי הסינון הפופולריות במכשירים הביתיים המוצעים למכירה ונבחן את יעילותם.

שיטות לטיהור מים  

ישנן שיטות רבות ומגוונות לטיהור מים, ויעילותן אינה אחידה. הבחירה בשיטת הטיהור או הסינון המתאימה ביותר תיעשה בעיקר לפי סוג המזהמים שאנחנו רוצים להוציא מהמים.

זיקוק הינה השיטה הוותיקה והיעילה ביותר להרחקת חומרים לא נדיפים מהמים – במיוחד מלחים וניטרטים. פעולת הזיקוק מתבצעת בשלושה שלבים: תחילה מאדים את המים על ידי חימומם, לאחר מכן תופסים את אדי המים בכלי ולבסוף מצננים אותם על משטח קר. הרעיון הוא לאדות את המים ולאסוף אותם בחזרה בכלי כך שכל החומרים שאינם ניתנים לאידוי יישארו מאחור. השיטה נחשבת יעילה מאוד, אך היא צורכת אנרגיה רבה, במיוחד כשמדובר בכמויות גדולות של מים, ולכן השימוש בה הולך ופוחת עם השנים.

חילוף יונים היא שיטה שמאפשרת סילוק של מלחים, ניטרטים וסידן באמצעות החלפתם ביוני הידרוקסיד ויונים אחרים כמו נתרן ואשלגן. מדוע זה טוב ואיך השיטה הזו מטהרת את המים? ובכן, נוסף לכל התכונות המדהימות שלהם, המים, בדומה למלחים, נוטים להתפרק ליונים באופן הבא:  

                             

מולקולת מים מתפרקת ליון שלילי שנקרא הידרוקסיד וליון חיובי שנקרא הידרוניום. אולם לא כל מולקולות המים מתפרקות באופן הזה ומספר יוני ההידרוניום או ההידרוקסיד תלוי מאוד ב-pH (רמת החומציות או הבסיסיות) של המים. כלומר, ככל שהמים חומציים יותר כך ריכוז יוני ההידרוניום יעלה ואילו ככל שהמים יהיו בסיסיים יותר יעלה ריכוז יוני ההידרוקסיד.

בשיטת חילוף היונים מעבירים את המים שרוצים לטהר ממלחים דרך עמודה (צינור) המכילה גרגירים טעונים שאליהם מחוברים באמצעות ספיחה יוני הידרוקסיד או הידרוניום. כאשר מזרימים מים דרך העמודה, יוני המלח המומסים נספחים (מתחברים) לגרגירים הללו ולכן גורמים להשתחררות יוני ההידרוקסיד וההידרוניום. התהליך הזה נקרא גם חילוף יונים.

מדוע התהליך הזה מתרחש בכלל? מכיוון שיוני המלחים נמשכים לגרגירים הטעונים חזק יותר מיוני המים, נוצרת עדיפות לשחרור יוני הידרוניום והידרוקסיד ולספיחה של יוני מלחים.

באיור הבא ניתן לראות בצורה סכמטית איך פועלת מערכת החלפת יונים וממה היא מורכבת. בדוגמא ניתן לראות איך יוני מלח טעונים שלילית, כלורידים (Cl-), נמשכים לגרגירים הטעונים חיובית ובעקבות זאת משתחררים יוני הידרוקסיד (OH-). ספיחת הכלורידים ושחרור ההידרוקסידים מורידים את ריכוז המלחים במים, כך שהמים היוצאים מן העמודה מכילים ריכוז נמוך יותר של מלחים. באותה צורה אפשר להחליף את יוני הסידן שבמים (Ca++) ביוני נתרן (Na+) וכך להוריד את קשיות המים ואת היווצרות האבנית.

תאור סכמטי המתאר את המבנה ואופן הפעולה של שיטת חילוף היונים. | איור: מאת המחבר

שיטת חילוף היונים יעילה בעיקר להסרת מלחים אך איננה מאפשרת הסרת חומרים אורגניים רעילים שנמצאים במים. לכן יש צורך בשיטת סינון נוספת שמאפשרת את סילוקם של החומרים האלה.

ספיחה באמצעות פחם פעיל היא שיטה פשוטה ויעילה לסילוק מזהמים אורגניים מהמים. פחם פעיל הוא חומר המורכב מגרגירים קטנים של פחם, שלרוב מופקים משריפת עצים. לגרגירים האלה יש מבנה מיוחד המאופיין בנקבוביות מיקרוסקופיות רבות שמגדילות מאוד את שטח הפנים של כל גרגיר, כך ששטח הפנים של גרם פחם פעיל יכול להגיע למאות מטרים רבועים!

שטח הפנים הענק של הגרגירים מאפשר להם לספוח מזהמים אורגניים בכמות עצומה יחסית לכמות הפחם הפעיל. פחם מורכב ברובו המוחלט מפחמן, ולכן מולקולות אורגניות (מולקולות שמורכבות מאטומי פחמן) מעדיפות להיספח לפחם מאשר להישאר במים. השילוב של שטח הפנים הענק עם היכולת לספוח קשת רחבה של מזהמים אורגניים הופכת את הפחם הפעיל לחומר יעיל במיוחד בסילוק מזהמים אורגניים ממי שפכים וממי שפכים תעשייתיים.


פחם פעיל המשמש לצורכי סינון מי שתייה. | התמונה לקוחה מוויקיפדיה; נוצרה בידי Ravedave

התפלת מים - אוסמוזה הפוכה

תהליך התפלת המים משמש להפרדת המים מהחומרים המומסים בהם, כמו מלחים ומינרלים. התהליך נקרא כך מפני שהוצאת החומרים האלה מפחיתה גם את המליחות של המים והופכת את טעמם ל"תפל".

במסגרת התהליך הזה מוזרמים מים בלחץ דרך ממברנה בררנית שמאפשרת רק את המעבר של מולקולות המים, הקטנות יחסית, ועוצרת מולקולות גדולות יותר של מלחים ומינרלים מומסים. כך נוצרים שני אזורים – לפני הממברנה נמצא אזור שריכוז המלחים במים שבו גבוה, ואחריה אזור שבו ריכוז המלחים נמוך מאוד. באופן טבעי המים רוצים לזרום מאזור בעל ריכוז מומסים נמוך לאזור שבו ריכוז המומסים גבוה, כדי להשוות את ריכוז המומסים בשני האזורים. הזרימה הזו יוצרת לחץ מים שנקרא לחץ אוסמוטי, וככל שהפרש הריכוזים בין שני האזורים יהיה גדול יותר כך תהיה זרימת המים חזקה יותר והלחץ האוסמוטי יהיה גדול יותר.

אז מדוע המים לא חוזרים בתהליך ההתפלה בחזרה לאזור שבו ריכוז המומסים גבוה יותר? כי במקביל משקיעים אנרגיה רבה כדי להזרים את המים בלחץ גבוה דרך הממברנה הבררנית. מאחר שהמים חייבים לזרום בלחץ גבוה יותר מהלחץ האוסמוטי שרוצה להחזיר אותם בחזרה, שיטת ההפרדה הזו נקראת גם אוסמוזה הפוכה.  

הסרטון הבא מתאר בצורה יפה וברורה את תהליך ההתפלה בשיטת האוסמוזה ההפוכה.    

 

הסרטון תורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין. הופק בידי חברת Tectrapro

 

מערכות לטיפול ביתי במי השתייה – איך בוחרים?

הרצון הגובר של הציבור לשתות מים טעימים יותר, בריאים יותר וצלולים יותר, זירז מאוד את התפתחותן של מערכות טיהור המים הביתיות. כיום, מבחר המערכות והטכנולוגיות המוצעות גדול מאי פעם, וכל חברה טוענת כמובן ששלה הכי טוב. התחרות הגוברת בשוק זה מעניקה יתרון לצרכן אך גם פותחת פתח לרמאים ולשרלטנים שימכרו לכם בדיוק את מה שאתם לא צריכים.

כדי למנוע מצבים כאלה, צריך לעשות סדר בבלגן.

ישנם כמה סוגי מערכות לטיפול במי השתייה:

  • מערכות המחוברות לצינור סמוך לשעון המים ומיועדות לספק מים מטופלים לכל נקודות המים בבית.
  • מערכות המחוברות לנקודת מים מסוימת בדירה, למשל "מיני ברים".
  • מערכות שאינן מתחברות כלל לרשת אספקת המים, למשל קנקנים עם פילטרים.

שיטות הסינון של המים במערכות האלו מגוונות. הן יכולות לטפל במים באמצעות אחת או יותר מהשיטות הבאות:

א. סינון מכני של חלקיקים מעל גודל מסוים (תלוי בסוג המסנן). מסננים כאלה מפחיתים את רמת העכירות של המים, אך לא ישפיעו באופן משמעותי על כמות האבנית או על ריכוז החומרים המומסים במים.

ב. סינון באמצעות פחם פעיל: ספיחת חומרים מומסים כמו כלורידים וחומרים אורגניים על ידי מסנן פחם פעיל יכולה לשפר את טעמם ואת ריחם של המים בלי להפחית את כמות המינרלים. אולם השימוש במסנן הזה אינו משפיע על כמות האבנית והמתכות. כמו כן, אם לא מחליפים אותו בזמן הוא עלול לאבד מיעילותו ולשמש מצע להתפתחות חיידקים.

ג. סינון המבוסס על עיקרון אוסמוזה הפוכה: שיטת הסינון הזו יעילה מאוד בהרחקת מתכות, חומרים אורגניים, אבנית ומלחים, אך באותה הזדמנות מרחיקה מהמים גם את רוב המינרלים. מערכת סינון שפועלת באמצעות אוסמוזה הפוכה תכיל בדרך כלל גם מסנן מכני ומסנן פחם, כדי לצמצם את כמות הזיהומים שעלולים לפגוע בממברנה הבררנית. למרות יעילותה הרבה בסינון מי השתייה, השיטה הזו בזבזנית מאוד וצורכת כמויות גדולות של מים – בדרך כלל רק 25 אחוז מהמים המוזנים למערכת משמשים בסופו של דבר למי שתייה.

ד. מערכות לטיהור מיקרוביאלי: סילוק החיידקים מהמים נעשה על ידי מסנן מכני או מנורת כספית שפולטת קרינה על-סגולה (UV).           

כעת משהכרנו קצת את עולם המושגים של טיהור המים והבנו מהן השיטות שעליהן מתבססות מערכות הטיהור הביתיות, כל שנשאר הוא להחליט מהם מי השתייה המועדפים עליכם.   

לרוויה!

רן טבעוני
דוקטורנט, המחלקה לחומרים ופני שטח
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.