1. מבוא
בישראל הוקדשו מאמצים רבים לפיתוח מקורות מים חלופיים עקב מצוקת המים, תקופות הבצורת הארוכות, ושאיבת היתר מן האקוויפר והכנרת. בשנים האחרונות הוקמו מספר מתקני התפלה אשר הקלו על מצוקת המים, וכן יושמו מתקני טיפול והשבת שפכים בהיקף נרחב ומוביל ברמה עולמית. אולם עד כה לא ניתנה שימת לב לניהול מי-שיטפונות במגזר העירוני. אמנם כמות הגשמים בישראל אינה גבוהה, אך בשל פריסתה הדלה נגרמים מדי שנה נזקים ושיבושים רבים עקב הצפות וכן אובדות כמויות מים משמעותיות שאותן ניתן לנצל בשינוי גישת הניהול.
הניסיון באוסטרליה, ובכלל בעולם, מתמקד בביו-פילטר לטיפול במי-שיטפונות הכוללים ריכוזים נמוכים של חומר אורגני ותרכובות חנקן וזרחן. ביישום גישה זו בארץ ניתן להיעזר בניסיון הגלובלי, בעיקר בטיפול במי-שיטפונות בעונת החורף. אולם, יש לכייל את התכנון בהתאם לתנאי הזרימה ולאיכות האופיינית של מי-שיטפונות בישראל. קושי גדול יותר הוא התאמתו של הביו-פילטר לטיפול במשך מרבית השנה לשיקום מי-תהום מזוהמים בחנקות, והסבתו בתקופת החורף לטיפול "קונבנציונלי" במי-שיטפונות. לצורך כך פותחה גישת היישום הייחודית של ביו-פילטר היברידי כפי שהוצגה לראשונה בכפר סבא (איור 29). פיילוט הביו-פילטר בכפר סבא הציג גישה רב שימושית — היברידית ורב שנתית. כלומר, בחורף הביו-פילטר מיועד לקצור מי נגר, להשהות אותם, לטהר אותם ולהחדירם למי התהום לשם העשרתם, כאשר בקיץ הביו-פילטר מטפל במי התהום המקומיים שבדומה לכל אזור השרון עשירים מאוד בחנקות >130 מג״ל של ניטראט, כתוצאה מדישון יתר לאור זאת שהשטח העירוני היה בעבר שטח חקלאי מניב. בעקבות זאת בארות רבות הושבתו לאספקת מי שתיה. הביו-פילטר במתכונתו הקיצית הצליח להרחיק 73% של ניטראט ממי התהום בריכוז של 35 מג״ל, דבר שהכניס את תוצאות איכות המים ביציאה מהביו-פילטר לטווח של מחצית ריכוז מותר למי שתיה (70 מג״ל). אולם, משבחנו את הביו-פילטר לזרימה רציפה של ניטראט, נצפה דרדור לערך הרחקה של 25% בלבד.
לכן, מטרת המחקר בפרויקט זה הינה להביא את מערכת הביו-פילטר לאופטימיזציה עבור שתי האפליקציות ובעיקר טיהור מי תהום על בסיס משטר זרימה רציף 24/7, דבר שיאפשר מופע מים לאורך כל השנה, שיקום מאסיבי של מי תהום, העדר צורך בהשקיה לאור התפעול הרציף ויצירת מיקרו-אקלים עירוני על-מנת להנחית את החתימה התרמית בערים.
החלק של אוניברסיטת בן-גוריון מתמקד בפיתוח מערכות כאלה לטיפול במי-שיטפונות בעונת החורף ולשיקום מי-תהום מזוהמים בחנקות בתקופת הקיץ. זו גישה ייחודית לישראל ממפני שהאקלים בארץ מאופיין בתקופת יובש ארוכה (כשמונה חודשים). לכן, אי אפשר ליישם בפשטות את הגישה שפותחה במדינות אחרות (כאוסטרליה) אשר בהן פרוס המשקעים הוא על פני כל השנה. זאת אומרת שמבנה הביו-פילטר ואופן תפעולו שונים בשתי תקופות אלו מחייבים מחקר ופיתוח יסודי.
2. מטרות המחקר
מטרת המחקר באופן כללי היא לקבוע כללי תכנון ותפעול של ביו-פילטר היברידי להשגת איכות מים נדרשת, לאורך כל השנה (שתי תקופות שונות מבחינת איכות המים המטופלים, דהיינו, טיפול במי-שיטפונות בתקופת החורף, ושיקום מי-תהום מזוהמים בחנקות בתקופת הקיץ — כפי שמגולם באיור 29), תוך שימור הביומסה (צמחיה וחיידקים) ובזרימה רציפה. באופן פרטני, השאיפה היא להגדיר משתנים תכנוניים כגון: תצורת מצע הסינון, סוג התוסף האורגני, עומס הידראולי, צורת תפעול, סוג הצמחייה המועדף, וכן משתני תפעול כגון: אקלום המצע, צורת הזנה, והנחיות תחזוקה.
