18/11/2010 יישום אפר תחתי כמצע גידול קרומים ביולוגיים במערכת לטיפול בשפכים תאור מחקרי הסטודנטים בפרויקט מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל, טלפון 03-9371490 :פקס'03- : מיקוד40700 : דוא"ל: 054-3394792 נייד: 9765725 [email protected] מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : יישום אפר תחתי כמצע גידול קרומים ביולוגיים במערכת לטיפול בשפכים תאור מחקרי הסטודנטים בפרויקט רקע מערך המתקנים שניבנה על ידי המו"פ האזורי השומרון ובקעת הירדן בשיתוף עם המרכז האוניברסיטאי אריאל בשומרון מיועד לשמש לאורך זמן כמרכז ללימוד ופיתוח טכנולוגיות טיפול בשפכים ושל תחומים נלווים .השיטות שיפותחו בפרויקט יאפשרו טיפול בקולחים סניטריים בקולחים תעשייתיים ובתשטיפים ממשטחים עירוניים, תעשייתיים וחלקות חקלאיות .המערכות המתוכננות פועלות במתודת עצימות נמוכה וקיימות גבוהה אשר תאפשר את הפעלתם לאורך זמן בהשקעה מינימאלית .מערכות אלו מתוכננות לאחר פיתוחן להיות מיושמות במרחב השומרון ולמנוע בכך את המשך סיכון אקות ההר .גידול מיטבי של הקרומים הביולוגיים אשר מבצעים את פעולת הטיהור בחלק מהמתקנים מצריך יישום אגרגט בעל מסיסות נמוכה ושטח פנים גדול .אפר תחתי אשר נמצא כבעל תכונות בסיסיות אשר עשויות לסווגו כמיטבי לייעוד זה ובנוסף מתברר שיש לו תקן EPAלמטרה זו ) EPA .(Ohio_04_07rאם זאת ,דרושה עדיין עבודה מחקרית שתבדוק את התאמת האפר התחתי לגידול קרומים ביולוגיים ותוודא היעדר שחרור של אלמנטים מזיקים ב\מהאפר עצמו .בנוסף ,יש לאפיין שיטות ליישום אפר תחתי במתקנים להשבת שפכים ולקבוע מתודת פיקוח ובקרה על מנת למנוע פגיעה אפשרית בסביבה ובדייריה. אתרי הניסוי שמוצגים בחלק זה של ההצעה כוללים שתי בריכות הממוקמות בחלקו הצפוני של המרכז האוניברסיטאי אריאל .מקור השפכים לבריכות אלו הוא מגורי הקמפוס האקדמאי אשר כוללים שני מבני מגורים לכ' 500סטודנטים .נפח השפכים המיוצר כיום עומד על כ 60מ"ק ליום עם פוטנציאל לכ 100מ"ק ליום עם השלמת בניית הבניין השלישי .בריכה שלישית ממוקמת בשכונת קרוונים של הישוב רבבה שכוללת כ 10מבנים, כאשר פוטנציאל השפכים הוא עד שלושה וחצי מ"ק ליממה )גודל המיכל הספטי(. 5 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : פרוט המחקרים: בשלושת המחקרים מועסקים ארבעה סטודנטים .מתניה שטיין סטודנט לתואר מוסמך מבצע הגדרה של הקרומים הביולוגיים ומפתח חיידקים שזריעתם במערכת משפרת את יכולתה להתמודד עם מזהמים קשים לנטרול .מרי טל סטודנטית לתואר מוסמך מאפיינת את פעולת מערכת הביופילטר שמיועד לטפל בתשטיפים מסוכנים .את האגן הירוק ואת עבודת ההשוואה בין אגרגט האפר התחתי לאגרגטים אחרים מבצעים איתי כלף ודניאל פורמישל כרגע במסגרת פרויקט גמר ומהשנה הבאה כמחקר מוסמך )של אחד מהסטודנטים הנ"ל(. מתניה שטיין :יישום אפר פחם תחתי כחומר קיבוע עבור תהליכי ביורמדיציה של פנול על ידי החיידק Cupriavidus basilensisלשילובו בפלורה הטבעית ולמידת מתודת הקיבוע עבור חיידקי הפלורה הטבעית. .1 רקע .1.1ביורמדיציה ביורמדיציה מוגדר כתהליך פירוק פסולת אורגנית בצורה ביולוגית לפסולת לא רעילה .השימוש העיקרי בביורמדיציה נעשה על ידי מיקרואורגניזמים .כיום ידועים מיקרואורגניזמים רבים המסוגלים לפרק חומרים אורגניים שונים בהם גם רעלים כמקור אנרגיה וחומרי תזונה .בזכות הגמישות המטבולית של המיקרואורגניזמים ,גידולם המהיר ,יעילותם ,זמינותם ,יכולת ההסתגלות שלהם ועלותם הכלכלית נעשה בהם שימוש תדיר בתהליכי ביורמדיציה .אפשרויות ניקוי רעלים ניתנת לביצוע הן במישור פירוק החומר )פירוק סופי/תוצר ביניים לא רעיל( והן בנטרול החומר )ריכוזו בתוך התא עצמו( .יעילות תהליך זה מושפעת מגורמים רבים כגון אופי החומר המזהם ,ריכוז החומר ,תנאי הסביבה ,סוג המיקרואורגניזם ועוד. בטיפול בשפכים בתהליך ביורמדיציה נעשה לרוב שימוש במספר מיקרואורגניזמים לפרוק אלמנטים שונים )לעיתים מכלול המיקרואורגניזמים אינו ידוע כדוגמת הטיפול הביולוגי בשפדן( .בצורה זו כל מיקרואורגניזמים מפרק את החומר המזהם אותו הוא יודע לפרק ללא תלות עיכובית בהימצאות מזהמים נוספים .כמו כן כאשר נצפה מזהם המעכב גדילת מיקרואורגניזמים אלו ניתן להוסיף מיקרואורגניזמים יעודיים .בצורת טיפול זו הנכונה בשימוש בטיפולים השונים )בבריכות טיפול ,בביו פילטר ביולוגי ועוד( ניתן למקסם את יכולות הפירוק. 6 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : .1.2קיבוע חיידקים בתהליכי ביורמדיציה קיימת חשיבות רבה לקיום תנאי סביבה אופטימאליים ולנגישות המיקרואורגניזמים למזהמים .למרות יכולות המיקרואורגניזמים בפירוק מזהמים ,יכולות אלו אינם מתאפשרות תמיד לדוג' כאשר המזהם הינו חומר רעיל במיוחד או בריכוזי מזהם גבוהים .על מנת לייעל ולאפשר את התהליך ,נעשה קיבוע של החיידק ובכך מתאפשרת הגנה על החיידק והבטחת המשך פעילותו. בקיבוע חיידקים ,מקבעים את תא החיידק החי בתוך מטריצה פולימרית )לדוג' ג'ל אליגנט ,פוליוניל אלכוהול ,ממברנות( או בתוך חומר נקבובי )לדוג' זאוליטים( .צורה זו מאפשרת להמשיך בתהליכי פירוק ביולוגיים בצורה מקסימלית במגוון תהליכים רחב .הקיבוע מאפשר הגנה ,שיפור יציבות ,אחסנת כמות גדולה של חיידקים ושיפור יכולת פירוק החומר .במצבים בהם החיידק מעוכב בריכוזים גבוהים של מזהם, יש לקיבוע נדבך נוסף המאפשר גם את המשך הפירוק בריכוזים גבוהים .חומרים אלו על אף יכולתם סובלים כל אחד מחסרונות במדדים השונים כדוגמת עלות ,עמידות החומר המקבע לממסים רעילים, עמידות החומר המקבע לויברציות בריאקטור ,תוחלת חיים של החומר המקבע ועוד .לפיכך אפר פחם תחתי יכול להוות פיתרון זול ונוח ,בעל עמידות ומשך חיים ארוך. לבחינת המדדים השונים בביצוע הקיבוע כדוגמת החומר המקבע ,צורת הקיבוע ,גודל החרוזים ,ריאקטור הגידול ועוד ,השפעה רבה על הצלחת התהליך עד כדי לעיתים גם לשיבוש בפעילות החיידק. .1.3אפר פחם תחתי שיטות הקיבוע המגוונות מאפשרות ייעול ושיפור של תהליכי הביורמדיציה .יכולת זו תלויה ברמה ניכרת בצורת הקיבוע ובסוג החומר המקבע ואינה מתאימה לכל תהליך ולכל סוגי וריכוזי החומרים המזהמים. לדוגמא בטיפול בשפכי תעשיה כבדים ,קיימת למעלה מעשור שיטת טיפול אשר פותחה על ידי חברת LDD טכנולוגיות .בשיטה זו נעשה קיבוע החיידקים בחרוזים זאוליטים ) .(aquamendבשיטה זו החיידקים מוגנים בריכוזי מזהם גבוה ,פעילותם אינה נפגעת מעצם תהליך הקיבוע ,נעשה אכלוס מותאם של החיידקים בהתאם לספציפיות המזהמים הדרושים לפירוק ,בנוסף הזאוליטים מגנים על החיידק על ידי ספיחת יונים חיוביים ומתכות. תיאורטית ,אפר פחם תחתי הוא בעל פונקציונאליות ותכונות מתאימות לקיבוע חיידקים היות והוא נקבובי ,מכיל סילקה ,בעל שטח פנים רחב וגבשושי אשר יכול לאפשר את קיבוע החיידקים שמבצעים את טיהור השפכים .פיתוח ושיפור שיטה זו כצורת קיבוע חיידקים בטיהור שפכים יכולה לאפשר הוזלה ושיפור של תהליכים אלו כמו גם השימוש היעיל של האפר פחם .בנוסף לבחינת וייעול שיטת הקיבוע יש צורך לוודא את אי רעילותו של האפר פחם התחתי לחיידקים השונים ואת תכונותיו בספיחת רעלים )הן כאסטרטגית הגנה על החיידקים שגדלים בתוכו והן כאסטרטגית עידוד לגידול חיידקים ספציפיים על אפר הפחם(. 7 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : .1.4פנול תרכובות ארומטיות ובפרט תרכובות ) BTEXראשי תיבות :בנזן ,טולואן ,קסילן ואתיל בנזן( מוכרים כחומרים מזהמי קרקע ומים .תרכובות אלו שייכות לקבוצת תרכובות אורגניות נדיפות הנמצאות בנגזרות של נפט ותוצריו .פנול הינו חומר ארומטי בעל מבנה ) C6H5OHטבעת בנזן עם הידרוקסיל( משמש בייצור מגוון רחב של מוצרים העשויים מפולימרים סינתטיים )פוליקרבונט ,בקליט ,ניילון( ,תכשירים רפואיים )אספירין ,חומרי חיטוי ,חומרי הרדמה( ,מוצרים חקלאיים ועוד .פנול משויך לקבוצת החומרים הרעילים וחשיפה אליו יכולה להתרחש הן דרך מגע עם העור והן דרך מערכת הנשימה .מסיסותו במים ) 8.3g/100mlבטמפרטורת חדר( מגדילה את סכנת הפגיעה ממנו ,לה השפעות בריאותיות חמורות .עקב כך חלות הגבלות חמורות על הימצאות פנול במי השתייה .בנוסף קיימת חשיבות רבה לסילוק הפנול גם ממערכות טיהור השפכים שם הוא מעכב גדילה של מיקרואורגניזמים רצויים ופוגע בתהליכי הטיפול הביולוגי. .1.4.1ביורמדיציה של פנול שיטות הטיפול בפנול כוללות מגוון שיטות טיפול כמו ספיחה על פחם פעיל ,חמצון ,מיצוי על ידי ממס וביורמדיציה .היות ופנול מצוי גם בטבע בצורה טבעית ,קיימים מספר מיקרואורגניזמים בעלי יכולת לפרקו .פירוק הפנול על ידי מיקרואורגניזמים מתאפשר בכמה דרכים :נשימה אירובית ,אנאירובית או תסיסה .להלן רשימת החיידקים הידועים כבעלי יכולת פירוק פנולAlcaligenes Ralstonia eutropha, : Acinebacter Nocardioidess, Arthrobacter, Cyanobacterium Pseudomonas, ,Bacillus, ,Burkholderiaבנוסף אליהם קיימת יכולת זו גם אצל פטריות ושמרים. מבין כלל שיטות הטיפול בפנול ,הטיפול הביולוגי מהווה את אפשרות הניקוי הזולה והנקייה לשימוש. למרות יתרונות הטיפול ,קיים עיכוב ביכולת פירוק הפנול על ידי המיקרואורגניזמים בריכוזי פנול גבוהים. מספר שיטות מאפשרות את המשך פירוק הפנול גם בריכוזי פנול גבוהים כאשר לרוב נעשה שימוש בקיבוע התאים. חיידקים אירוביים המתוארים בספרות כמפרקי פנול מצליחים לפרק סדר גודל של 400mg/lעד 2000mg/lפנול .כאשר חיידקים במצב פלנקטוני מצליחים לנצל ביעילות ריכוזים נמוכים של פנול אך עם עליית הריכוז הם מעוכבים ופירוק ריכוזים גבוהים מתאפשר רק במצב מקובע .לעומתם חיידקים שאינם מפרקי פנול מעוכבי גידול גם בריכוזי פנול נמוכים. 8 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : Cupriavidus basilensis .1.5 החיידק Cupriavidus basilensisמזן 9750הינו חיידק גרם שלילי אירובי בצורת מתג אשר זוהה לראשונה בשנת 1998באגם מים בצרפת ליד מקור זיהום .בעבר נקרא גם בשמות הבאים: .Ralstonia basilensis, Wautersia basilensis עד היום ידועים יכולות החיידק על זניו השונים בניקוי החומרים הבאים :נפטלן ,נפט ,בנזן ,כלורובנזן, טולואן ,פנול ,כלורופנול ,דיכלורופנול ,ביספנול ,Aפורפורל HMF ,וניקוי תאית ממזהמים לצורך שימושה כדלק אורגני .למרות יכולות אלו לא נעשה מחקר מעמיק בניקוי חומרים רבים ובהם פנול. .2 מטרת המחקר וחשיבותו תהליך הביורמדיציה פותח במהלך השנים הן במישור הטכנולוגי והן בגילוי ושיפור יכולות זנים ישנים וחדשים וזאת מתוך צורך שקם כתוצאה מפיתוח תעשייתי אשר גרם להגברת הזיהום הסביבתי .במשך השנים בוצעו מחקרים למזעור נזקים ,פיתוח תהליכים חלופיים ופיתוח שיטות לפירוק או מחזור של חומרים בעיתיים. חסרונות שיטות הקיבוע השונות וחיפוש מתמיד אחר תהליכים משופרים עודד מחקר תמידי אחר שיטות קיבוע חדשות בצורה כזו או אחרת .אפר פחם תחתי משמש במגוון רחב של צורות שימוש מגוונות כגון ענף הבניה ,תשתיות ,חקלאות ,תעשיה ועוד אך לא נעשה בו שימוש בקיבוע חיידקים בטיפול בטיהור שפכים. קיימת חשיבות רבה בבחינת גידול חיידקים על האפר פחם ,קיבועם ושימושם בטיפולים השונים .הנחת היסוד עבור קיבוע החיידקים על אפר הפחם מתבססת על כך שהחיידקים השונים גדלים בצורה טבעית בשטח פנים שניתן להם כמו גם תכונותיו של אפר הפחם הרצויות דמוי השימוש ב . aquamend-בנוסף נבחנות דרכים לעודד גדילה דווקא על אפר הפחם )כדוגמת גידולם בריכוזים רעילים וחיובם להיכנס לאפר פחם או הרעבה במצע הגידול כאשר האפר פחם רווי בחומרי מצע עשירים(. בעקבות שאלת הימצאות חומרים מעכבי גידול מיקרואורגניזמיים באפר הפחם התחתי ,נבחר החיידק Cupriavidus basilensisאשר הינו חיידק בעל ייחודיות בפירוק טבעות ארומטיות ורעלים נוספים לשימוש וקיבועו באפר הפחם התחתי .חיידק זה יכול להוות מדד השוואתי ומוקד למידה עבור יכולת פירוק הפנול בצורה מקובעת בחיידקי הפלורה הטבעית .מדדים אלו יאפשרו לאחר מכן את המשך הלמידה עבור פירוק חומרים נוספים בצורה מקובעת ,שימוש כחומר קיבוע לחיידקי הפלורה הטבעית בטיפול בטיהור שפכים )בבריכות הטיפול ,מרבגים ביולוגיים(. 9 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : מטרות המחקר: א( אפיון הפלורה של מתקן הטיפול. ב( הגדרת פוטנציאל הטיפול של המתקן למיני מזהמים שונים. ג( בחינת גידול החיידקים בנוכחות האפר פחם ובחינת רעילותו לחיידקים. ד( פיתוח מתודה לעידוד גידול החיידקים על מצע האפר פחם. ה( גידול החיידק Cupriavidus basilensisוקיבועו על אפר הפחם ,השוואת איכות פירוק פנול במצב פלנגטוני ובמצב מקובע ומשך הזמן הדרוש עבור כל תהליך פירוק .בחינת ומציאת תנאים אופטימליים לקיבוע ,בחינת גודל גרגירי אפר פחם אידיאליים לקיבוע לקבלת משך גידול ופירוק אופטימלי. ו( מעקב אחר השינויים החלים בהרכב החלבונים ובמורפולוגיית החיידק עם חשיפתו לאפר פחם התחתי ולפנול. ז( בחינת היווצרות ביופילם או צבר תאים מרובה על אפר הפחם. .3 תוכנית מחקר .3.1שלבי המחקר א( סריקת אוכלוסיית המיקרואורגניזמים בביופילטר ב( אפיון החיידקים בשיטות מיקרוביאליות -בדיקת מורפולוגית החיידק על פי אפיון מושבות החיידק, במיקרוסקופ אור בצביעת גרם ,בדיקת התכונות הביוכימיות על ידי .API 20NE kit ג( מעקב אחר גידול החיידק Cupriavidus basilensisבמצב פלנגטוני במצע מינימלי בנוכחות פנול כמקור פחמן יחיד בריכוזים השונים ,מעקב אחר פירוק הפנול. ד( מעקב אחר גידול החיידקים בנוכחות האפר פחם. ה( פיתוח מתודה לעידוד גידול החיידקים על מצע האפר פחם )כדוגמת הרעבת החיידקים במצע מינימלי והכנסת גרגירי אפר פחם תחתי רווים במצע עשיר ,גידול בריכוזי מזהם רעילים ועידוד לכניסה לגרגירים המוגנים( .בחינת ומציאת תנאים אופטימליים לקיבוע ,בחינת גודל גרגירי אפר פחם אידיאליים .ניסיון לשפר את הקיבוע לקבלת תוצאות מקסימליות. ו( מעקב אחר גידול החיידק Cupriavidus basilensisבמצב מקובע באפר פחם תחתי במצע מינימלי בנוכחות פנול כמקור פחמן יחיד בריכוזים השונים .מעקב אחר פירוק הפנול במצב זה .מעקב אחר השינויים החלים בהרכב החלבונים ובמורפולוגיית החיידק עם חשיפתו הן לפנול והן לאפר פחם התחתי. 10 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : .3.2בדיקות א( אפיון וזיהוי החיידק Cupriavidus basilensisבאמצעות בדיקת מורפולוגית החיידקAPI 20NE , kitובדיקת .16s rDNA ב( מעקב בעזרת אנליזת SDS PAGEאחר השינויים החלים בחלבונים עם חשיפתו של החיידק Cupriavidus basilensisלפנול ו/או אפר הפחם. ג( מעקב אחר פירוק הפנול על ידי שיטות זיהוי ספקטרופוטומטריות: שיטה ישירה ,בניית עקומת כיול עבור פנול נקי שיטה עקיפה -שימוש בריאקצית צבע -פרוטוקול עבודה על פיStandard Methods for the : ,Examination of Water and Wastewaterבניית עקומת כיול עבור פנול נקי מעקב אחר פירוק הפנול על ידי החיידק בעזרת אנליזת :GC-MS בניית תוכנית עבודה עבור המכשיר בהתאם לתכונות הפנול ,בניית עקומת כיול עבור פנול נקי, בניית תוכנית עבודה למיצוי הפנול מתמיסות מימיות בהתאם לתכונותיו הפולריות בחינת אי פירוק הפנול לחומרים רעילים אחרים ד( במידת הצלחת הקיבוע מעקב אחר היווצרות ביופילם במצב מקובע בעזרת שיטות זיהוי ביופילם, מיקרוסקופ אלקטרוני. .3.3תוצרים א( פיתוח מתודה לשיפור גידול קרומים ביולוגיים על מצע אפר פחם תחתי. ב( אפיון אוכלוסיית המיקרואורגניזמים בריאקטור הביולוגי. ג( הגדרת פוטנציאל הטיפול של הריאקטור במזהמים השונים. ד( פיתוח מתודה ליישום חיידקים יעודיים כגון Cupriavidus basilensisלטיפול במזהמים יחודיים. 11 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : .4תוצאות ראשוניות .4.1זיהוי החיידק Cupriavidus basilensis החיידק Cupriavidus basilensisמזן 9750נרכש מחברת .DSMZאופיין וזוהה באמצעות בדיקת מורפולוגית החיידק ,בדיקת התכונות הביוכימיות ובדיקת .16s rDNA בדיקת מורפולוגית החיידק נעשתה על פי אפיון מושבות החיידק בגידולו על מצע אגר מוצק ,ובדיקתו במיקרוסקופ אור לאחר צביעת גרם .בדיקת התכונות הביוכימיות עוקבת אחר תכונותיו הביוכימיות של החיידק על ידי בחינת מכלול חומרים אותם הוא יכול או אינו יכול לנצל .בוצע באמצעות .API 20NE kit בדיקת רצף הבסיסים נעשתה על ידי בדיקת .16s rDNAגן זה שמור ביותר ולכן מהווה מקור זיהוי ודאי בהבדלים שבין הזנים השונים. .4.2גידול החיידקים החיידק גודל במצע גידול מינימלי בטמפרטורה של 28°Cבבקבוקים בעלי נפח של 500מ"ל עם 200-100 מ"ל מצע גידול בתוספת פנול כמקור פחמן יחיד .גידול באינקובאטור עם שייקר במהירות סיבוב של 150 .rpmאימות וכימות גדילת החיידק נעשו על ידי מדידת עכירות בספקטרופוטומטר באורך גל של .590nm נצפתה עלייה בגידול החיידק עם ירידת ריכוז הפנול .ריכוזי הפנול אותם הצליח החיידק לנצל היו מריכוז של 100mg/lעד ריכוז .800mg/lמעל ריכוז זה לא גדלו החיידקים .משך זמן פירוק הפנול התבצע לאחר 24שעות בריכוז הנמוך ) (100mg/lועד 150שעות בריכוז הגבוה ).(800mg/l איור :1השפעת ריכוז הפנול על גידול Cupriavidus basilensisבמצב פלגטוני 12 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : גידול החיידק עם אפר פחם תחתי במצע גידול בטמפרטורה של 28°Cבבקבוקים בעלי נפח של 500מ"ל עם 200מ"ל מצע גידול בתוספת פנול לבדיקת אפשרויות קיבוע .בוצעה שטיפה מנימלית של אפר הפחם עם מים ,עיקור באוטוקלב והכנסה של 15גרם אפר פחם תחתי בגודל פרקציה של 5.6mmלכל בקבוק. בוצעו מספר אפשרויות עיקור :עיקור גרגירי האפר פחם )בצורה יבשה( ,עיקור גרגירי האפר פחם עם מים )אפשר שטיפה של הגרגירים אך גם שיחרר מולקולות מים( ,עיקור גרגירי האפר פחם במצע עשיר שטיפתם והכנסתם למצע מינימלי )פעולה זה מרווה את אפר הפחם ומעודדת גדילה עליו( ועיקור גרגירי האפר פחם עם מים ולאחר מכן העברתו למצע גידול עשיר )בחינת מצב גידול עם תנאים אופטימליים( .תוצאות ראשוניות הראו ניצול מקסימלי של הפנול במצע גידול עם גרגירי הפחם שהורוו במצע עשיר ונשטפו .בנוסף לא נצפתה ירידה משמעותית בבקבוק הביקורת )אי ספיגה של הפנול באפר פחם(. איור :2גידול החיידקים עם אפר פחם תחתי .4.3זיהוי חלבונים בחשיפה לפנול נמצאו חלבונים ייחודיים הנוצרים בחשיפת החיידק לפנול ,הפרדה בוצעה בעזרת .(12.5%) SDS-PAGE לזיהוי החלבונים בוצעה אנליזת מס ספקטרומטריה ) .(MSזיהוי הרצף נעשה במכון ויצמן ,לאחר פרגמנטציה של החלבון על ידי טריפסין נמצא האנזים פנול הידרוקסילאז האחראי לתחילת תהליך פירוק הפנול וצ'פרונים Cpn60שככל הנראה לקחו חלק בקיפול החלבון. 13 03- :' פקס03-9371490 :טלפון 40700 : מיקוד, קריית המדע אריאל,מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן [email protected] : דוא"ל054-3394792 : נייד9765725 רשימת ספרות.5 Dursun, A. and Tepe, O., " Internal mass transfer effect on biodegradation of phenol by Ca-alginate immobilized Ralstonia eutropha", Journal of Hazardous Materials, 105-111, (2005) El-Naas, M. et al., "Biodegradation of phenol by Pseudomonas putida immobilized in polyvinylalcohol (PVA) gel", Journal of Hazardous Materials, 164:720–725, (2009) Yordanova, G. et al., "Biodegradation of phenol by immobilized Aspergillus awamori NRRL 3112 on modified polyacrylonitrile membrane", Springer (Biodegradation), 20:717–726, (2009) Agarry, S.E. and Durojaiye, A.O., " Microbial degradation of phenols: a review", Int. J. Environment and Pollution, 32:No. 1, (2008) Massalha, M. et al., "Effect of Adsorption and Bead Size of Immobilized Biomass on the Rate of Biodegradation of Phenol at High Concentration Levels", American Chemical Society, 46:6820-6824, (2007) Vandamme, P. and Coenye, T., "Taxonomy of the genus Cupriavidus: a tale of lost and found", International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 54:2285–2289, (2009) 14 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : מרי טל :פיתוח מתודת טיפול בתשתטיפי אזורים אורבניים ,תעשיתיים וכבישים על ידי אקוה מלאכותית משופעלת )ביו-פילטר ,ראה איור(: .1 רקע אספקת מים באיכות טובה הינה אחד האתגרים המרכזיים בחיי האנושות .מאז אמצע שנות השמונים אנו עדים לתופעות כגון: .1קבוצות שנים שחונות. .2עליה בתדירות שיטפונות. .3ספיקות גאויות באזור הנגב הצחיח ,הגבוהות מספיקות הגאויות בצפון הארץ ומרכזה. תופעות אלה מצביעות על מגמת המדבור שמתרחשת כיום אשר לה השלכה ישירה על זמינות משאבי המים )אלפרט .(2001 ,מחסור במשאבי מים בכלל ומים באיכות טובה בפרט הוא הגורם המרכזי במניעת פיתוחם של אזורים צחיחים ,אשר מאופיינים בתקופות ארוכות של יובש ובתקופות קצרות של גשמים עזים .משטר גשמים זה יוצר נגר רב ,אשר ברובו זורם לנחלים ומהם לים או לחילופין מחלחל לקרקע הרדודה ומתאדה בתום תקופת הגשמים .כך או כך ,מי נגר אלו הולכים לאיבוד .אגירת מי נגר ושימוש אופטימאלי בהם יכולים למנוע אבדן של משאב יקר זה ,להקטין את נזקי השיטפונות ,ולהקטין את כמויות המים הדרושות לחקלאות ולפיתוח נוף )ענבר .(2008 ,כמו כן" ,מודרניזציה" והתפתחות תעשייתית תורמות רבות לזיהום מקורות המים הטבעיים ,כמו גם מגמות אורבניזציה וגידול טבעי באוכלוסייה ,המתאפיינים בגדילה מתמדת של נפחי מי השפכים .תיעול מי השפכים לצרכים שונים כגון חקלאות ופיתוח אזורי הינו הכרח .שימוש במים מושבים מחזיר את פוטנציאל המים ,מונע ומפחית ברמה משמעותית זיהום מקורות מים .הפתרון לבעיית מחסור המים המתהווה הינו שימוש במתקני טיהור שפכים .שפכים המטופלים כראוי ,מושבים בצורה הרמונית לטבע ואינם גורמים להפרת האיזון הסביבתי. שימוש במתקנים המהווים פתרון בר קיימא -המנהל דו שיח ידידותי עם הסביבה משדרג את רמת החיים ,תוך ניצול המים הממוחזרים לצרכיי השקיה ,חיסכון כספי ניכר ומניעת בזבוז מיותר של מאגרי מי התהום .שילוב של טיהור באיכות גבוהה ,עם עלות נמוכה ותחזוקה פשוטה וקלה ,הופך את המתקנים לפתרון אידיאלי עבור מקומות המרוחקים מקווי הביוב הראשיים כמו ישובים ,מפעלים מבודדים ,תחנות דלק ,חניונים ,מתקני נופש ואתרי תיירות ,אשר אין הצדקה כלכלית לחיבורם למערכת ביוב מרכזית הכוללת תחנות סניקה שעלותן גבוהה .במדינות מערב אירופה ובארה"ב ניכרת מגמת ביזור מערכות לטיפול בשפכים ובניית מתקנים מקומיים תוך מתן תמריצים כספיים ניכרים במסגרת קרנות שונות )אבנון.(2001 , בהתבסס על הטכנולוגיות המתקדמות שפותחו בשנים האחרונות ,ועבודות מחקר שכללו בחינה מחודשת ומעמיקה של מתקנים קיימים ובניית מודלים סביבתיים ,הוכח שהטיפול בשפכים ,ככל שמבוצע קרוב 15 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : למוצא ,הוא זול ,פשוט ,ואקולוגי יותר לעומת שינוע למכון טיהור מרכזי .זו גם הנחת היסוד בתקני ISO 14001אשר מנטבים למתן פתרונות קרוב ככל האפשר למקור הזיהום ,כדבר הכלכלי ביותר. .1.1מתקן המחקר מתקן המחקר ממוקם בעיר אריאל בקרבת מעונות הסטודנטים .המתקן הינו מבנה דמוי בריכה מלבנית שמידותיה הן 5.989X2.952מטרים המצויה מתחת לפני השטח ומהווה פילטר ביולוגי לטיפול בשפכים או מי נגר מזוהמים .המתקן מופרד מפני השטח ע"י בד גיאוטכני המונע חלחול זיהום .כאשר מזרים שפכים למתקן ניתן לשלוט בספיקות אליו ממתקן ספטי הצמוד לאזור המחקר .במערך סידור משתנה מצויות שכבות גרגירי הפחם כמדמות את התהליך הטבעי של חלחול וטיהור מים מזוהמים ע"י תהליכי פירוק מיקרוביולוגים שונים .בתחתית המתקן שכבה המיועדת לתהליך פירוק אנאירובי .השכבה מאופיינת בחלקיקי אפר פחם קטנים ,המספקת סביבה אנאירובית אידיאלית .פיזומטרים המפוזרים לאורך המתקן, בעומקים שונים ,יאפשרו את ביצוע הבדיקות ומעקב אחר התקדמות תהליך הטיהור לשלביו השונים. איור :1מעל :תרשים המערכת שמאל :צילום ביו-פילטר מערכת בנויה אגרגטים של אפר תחתי בשלוש פרקציות 0-2 :סמ' מסונן 2-4 ,סמ' מסונן וחומר לא מנופה ולא מסונן )פורמישל וכלף .(2010 ,אגן הביופלטר מופרד לשני תתי אגנים על ידי מחיצת אפר תחתי לא מנופה )איור (1כאשר בכל בריכה מרובדות שכבות אפר תחתי המשמשות כריאקטורים ביוכימיים שונים ,בשכבה התחתונה מרובד אפר תחתי מסונן 2-4סמ' ,השכבה מצויה מתחת למפלס ההרטבה ומשמשת כריאקטור אנוקסי אשר גם משמר את הפלורה לאורך תקופות יובש .מעל שכבה זו מרובדת שכבת הטיפול האירובי אשר בנויה מאגרגט אפר 16 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : תחתי 0-2ובינם לומשלים של אפר לא מנופה אשר מקטינים את דיפוזיית החמצן לריאקטור האנוקסי מחד ומונעים אידוי בתקופות היובש מאידך .הזרימה במתקן אופקית בין מקור ההזנה למוצא אך על ידי תכנית שאיבה ייחודית מתקיים סחרור של התמיסה גם באופן אנכי .במערך זה מספר מערכות בקטריאליות מקבילות )שטיין(2010 , משמשות כמערך טיהור ביולוגי באופן אשר מדמה למעשה את תהליך הטיהור הטבעי שעוברים שפכים או נגר, במהלך חלחול למי התהום ובזמן השהיה במאגר .שיפעול המערכת ובנייתה הפרטנית מאפשר את הגברת יעילות התהליכים ואת נפח המים המטופל. המתקן מיועד לטפל בתשטיפים עונתיים כגון כבישים ,מגרשי חנייה ,גגות וגם שפכי חוות חקלאיות ובתי בד. יתרונות המערכת כוללים יישום פשוט אשר לאחריו תחזוקה מינימאלית וזמן חיים ארוך .בנוסף ,עלויות אנרגיה זניחות ונקודת כשל גבוהה יחסית למערכות האחרות. .1.2השימוש באפר פחם תחתי לגידול קרום ביולוגי: הפחם הינו מרכיב מרכזי כמקור אנרגיה זול .תחנות הכוח לייצור חשמל בישראל ,משתמשות בפחם כמקור אנרגיה בלעדי .השימוש בפחם לייצור אנרגיה כרוך בהתהוות בעיה חמורה בתחום סילוק הפסולת )חן .(2003 ,כ80% - מהאפר המתהווה נקרא "אפר מרחף" יתרת החומר היא "אפר תחתי" .לשימוש באפר הפחם תועלת סביבתית רבה היות ולא נדרשת השקעת כספים לשם סילוקו כמטרד סביבתי .הגיוון בגודל החלקיקים מאפשר התאמתו ליצירת התנאים הסביבתיים הרצויים בתוך המתקן ,לדוגמה :שימוש בחלקיקים הקטנים מאפשר סביבה דלה בחמצן המתאימה לתהליכי פירוק אנאירוביים. .1.3מאפייני אגרגט פחם תחתי: מאפייניהם הפיזיקליים של אגרגטי הפחם מאפשרים תאחיזה גבוהה של מים לצד תכולת אויר גבוהה כבר במתחי מים נמוכים ,וזאת בהתאם לגודל החלקיק .צפיפותם הגושית מתאימה לסינון פיזיקלי .כמו כן ,נקבוביות כללית ומוליכות הידראולית גבוהה .מאפייניו הכימיים של גרגירי הפחם מאפשרים אחידות מצע לאורך הזמן .יסודות ההזנה המצויים בגרגירי הפחם ברמה סבירה ,יכולים לשמש בתהליך התהוות הקרום הביולוגי. .1.4שלבי המחקר: מעקב אחרי אירועי שיטפונות באזור אריאל והשומרון תוך ביצוע בדיקות מעבדה לאפיון רמת הזיהום של מי הנגר, המתהווים בנקודות הציון שונות .תפעול המתקן לטיהור השפכים תוך ביצוע בדיקות מעבדה לאפיון איכות המים המושבים המתקבלים תוך כדי התהליך לשלביו השונים .עיבוד התוצאות והבנה מעמיקה של התהליך ורמת יעילותו במתקן .בחינת תרומתו של האגרגט הפחמי לאיכות המים המושבים. 17 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : הבדיקות יילקחו בפרקי זמן שווים ,כאשר תיבדק במקביל כניסה ויציאה למתקן. במהלך המחקר יבדקו הבדיקות הבאות: צריכת חמצן ביולוגית )צח"ב( ,צריכת חמצן כללית )צח"כ( ,מדדים מיקרוביולוגים ,רמת מוצקים מרחפים נוכחות אלמנטים שארייתיים ממקור פחמי .בשלבים סופיים יסוכמו המסקנות ויינתנו המלצות במידת הצורך לשיפור ותיעול התהליך לשלביו השונים כמו כן תכנון גמלון המתקן לכמויות משתנות. .1.5מקורות: אלפרט ,פ .בן צבי ,א (2001) .השפעת שינויים אקלימיים על זמינות משאבי מים בישראל .הנדסת מים10- ,51 , .15 וייסרמן ,ר (2010) .ירוק ,הארץ )מוסף(. אבנון ,א (2001) .אגני טיהור .מים והשקיה.27-34, 415 , גבירצמן ,ח (2002) .משאבי מים בישראל ,יד בית צבי ,ירושלים. Koob, T., Barber, M. & Hathhorn, E.H. (April 1999) Hydrologic design consideration of constructed wetland for urban stormwater runoff, 35,323-331. EPA, (1993), Subsurface flow constructed wetland for wastewater treatment, Office of water, USA. Nouh, M. & Al-Noman, N. (2009) Regression models for the prediction of water quality in the storm water of urban arid catchments, J.Civ. Eng.36; (331-344), NRC, CANADA. 18 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : איתי כלף ודניאל פורמישל :יישום אפר תחתי כמצע גידול קרומים ביולוגיים במערכת אגן ירוק משופעל תת קרקעי לטיפול בשפכים .1תקציר נפח גדול של שפכים שאינם מטופלים או שאינם מטופלים כראוי מהווים מקור זיהום המסכן את מאגרי המים הטבעיים בכלל ואת אקוות ההר בפרט .שפכיהן של אוכלוסיות גדולות מופנים למפעלי ענק כמו השפד"ן ,המטפל בשפכי גוש דן המאוכלס בצפיפות .אם זאת ,אופי ההתיישבות הכפרי של אזורי יהודה ,שומרון ובקעת הירדן יוצר בעיה והיא ריבוי נפחי ביוב קטנים אשר תיעולם למרכזים אזוריים לטיפול בשפכים אינו כלכלי .לתרחיש זה קיים גם פיתרון אקולוגי מתאים המוכר כאגנים ירוקים .Constructed Wetlands ,מדובר בגישה 'ירוקה' של טיפול בשפכים או ליטוש קולחים ,באמצעות תהליכים טבעיים בסביבה רוויית מים המשלבת צמחייה ,אשר נוצרה באורח מלאכותי .שיטת ה"אגן הירוק" היא שיטה מקובלת לטיפול יעיל ,זול וטבעי במי שפכים ומי קולחים מזוהמים. הטיפול נעשה באמצעות תהליכים טבעיים למחצה .התפקיד המרכזי של האגן הירוק הוא להקטין את העומס האורגני ,האופייני לשפכים גולמיים ולקולחים מזוהמים חלקית ,לרמה שתאפשר ניצול עתידי של המים במוצאם מהאגן ,כגון הזרמה בנחלים ,שימוש למטרות נוף ונופש ,השקיה ,ובמקרים מסוימים אף לשתייה. עיקר העושים במלאכה הם מיקרואורגניזמים מסוגים שונים ,אשר מקימים קרומים ביולוגיים על פני מצע נקבובי שבאגן הירוק .מיקרואורגניזמים אלה מנצלים את החומר האורגני כמקור אנרגיה לצורך התרבותם וכך למעשה מתבצעת פעולת הטיהור .גידול מיטבי של הקרומים הביולוגיים אשר מבצעים את פעולת הטיהור מצריך יישום מצע נקבובי בעל מסיסות נמוכה ושטח פנים גדול .אפר תחתי ,שלו תקן EPAלמטרה זו ) EPA (Ohio_04_07rנמצא כאגרגנט בעל תכונות בסיסיות העשויות לסווגו כמיטבי למטרה זו .המחקר מבוצע כפרויקט שנה ד' במסגרת לימודי הנדסת כימיה וביוטכנולוגיה ,המרכז האוניברסיטאי אריאל .במחקר תיבדק התאמת האפר התחתי לגידול קרומים ביולוגיים תוך ווידוא היעדר שחרור של אלמנטים מזיקים מהאפר עצמו. בנוסף ,יבוצע אפיון שיטות ליישום אפר תחתי במתקנים להשבת שפכים תוך שמירה על איכות הסביבה. .2מבוא תהליך המדבור באזורי אקלים סוב-טרופיים וטרופיים ובכללם ישראל צפוי לגרום להידלדלות מקורות המים הטבעיים באזורנו .מקורות המים הטבעיים מנוצלים בישראל במלואם .תוספת מקורות מים חלופיים תסייע בשמירה על רמת החיים המקובלת ,קיום חקלאות והמשך פיתוח איזורי .כמות הקולחים השנתית בישראל )עד 19 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : ,2010לפי סיכומי ועדת ענבר( עומדת על 525מלמ"ק .כמות השפכים הלא מתועלים במרחב שומרון עומדת כיום על 74מלמ"ק ,ברמות איכות אשר נעות מ ,20-30ועד לחלק ניכר אשר אינו מטופל כלל .לפי התקן הישראלי ,איכות קולחים מומלץ כאשר יש חשש לחלחול למי התהום הוא 5-10) 10-20להשקיה ללא הגבלה(. קולחים אלו מהווים סיכון לזיהום מאגרי מים טבעיים בכלל ולאקות ההר בפרט .הסכנה גדלה בשל אופיו הקרסטי של אזור ההזנה ,ריבוי ההעתקים בשדרת ההר והעדר כיסוי קרקע באפיקי הנחלים בהם זרימת הקולחים הנה ישירות על סלעי האקוה .בעיה נוספת אשר אופיינית לאופי ההתיישבות הכפרי של אזורי יהודה ,שומרון ובקעת הירדן היא נפחי ביוב קטנים אשר תיעולם למרכזים אזוריים לטיפול בשפכים אינו כלכלי .תצפיות שיטתיות ארוכות שנים הראו ,כי מעבר שפכים דרך גופי-מים טבעיים רדודים (wetlands),המשלבים פעילות ביולוגית וצמחים ייעודיים ,הקטין בצורה משמעותית את ריכוז המזהמים בשפכים .זאת ,הודות לשילוב של מספר תהליכים טבעיים ,ובהם :פירוק ביולוגי של חומרים אורגניים ,שיקוע ,ספיחה ,סינון ותהליכים כימיים נוספים . 2.1אגרגנט אפר פחם – נתונים כלליים אפר הפחם ) (Coal Ashהוא שארית מינרלית המתקבלת כתוצר לוואי משריפת פחם לייצור חשמל .יחד עם הגבס ) (Flue Gas Desulphurization - FGDהמתקבל מהדחת גופרית מגזי הפליטה ,הוא משתייך לקבוצת תוצרי שריפת הפחם ) ,CCPs - Coal Combustion Productsאו CCBs - Coal Combustion .(Byproducts בישראל נוצר אפר הפחם בתחנות הכח .תאור :אפר פחם מתקבל בשני סוגים: • אפר מרחף ) (Fly Ashהמהווה 90% - 85%מכלל האפר – אבקה דקה בצבע אפור בהיר של גרגרים זכוכיתיים כדוריים שגודלם מחלקי מיקרון ועד למעלה מ 100 -מיקרון ) 98%ממנו קטנים מ75 - מיקרון; 80% - 70%קטנים מ 45 -מיקרון( .בעל משקל סגולי 2.4 – 1.9ומשקל מרחבי 1 - 0.8טון למ 3וצפיפות מקסימלית )מודיפייד( 1,400 - 1,000ק"ג למ .3שטח הפנים הסגולי של האפר המרחף נע בין 2,000ל 6,800 -ס"מ 2לגרם .האפר המרחף מכיל סנוספרות ) - (Cenosphereחלקיקים כדוריים חלולים בעלי משקל מרחבי נמוך במיוחד של 0.6 – 0.4טון למ ,3המהווים עד 5%ממשקל האפר ומתאימים לניצול ביישומים תעשייתיים מיוחדים. • אפר תחתי ) (Bottom Ashהמהווה כ 15% - 10% -מכלל האפר – נראה כחול גס בצבע אפור כהה שגודל חלקיקיו ,שהם תלכידים של הגרגרים המיקרוניים ,עד 10מ"מ ) 70% - 60%ממנו קטנים מ2 - מ"מ; 20% - 10%קטנים מ 75 -מיקרון( .משקלו המרחבי 1טון למ 3בקירוב וצפיפותו המקסימלית )מודיפייד( 1,500 - 1,200ק"ג למ.3 הרכב :האפר מורכב בעיקרו מסיליקה ,אלומינה ומעט תחמוצות ברזל ,מגנזיום ,סידן וחומרים אחרים .הוא מכיל למעשה כמעט את כל היסודות המוכרים ,בהם גם יסודות רעילים בכמויות קורט ,שמידת זמינותם מחייבת לפעמים 20 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : טיפול מונע סביבתי .כמו כן מכיל האפר יסודות רדיואקטיביים בשיעור נמוך אך גבוה יחסית לשיעורם בסלע ובקרקע הטבעיים .האפר מכיל שארית של פחמן לא שרוף המקנה לו את צבעו הכהה .תכולת הפחמן נמדדת באובדן משקל בהצתה ) (L.O.I – Loss On Ignitionהמצוי בישראל בדרך כלל בתחום .6% - 3% 2.2פיתוח שיטות לטיפול והשבה של שפכים המו"פ האזורי השומרון ובקעת הירדן בשיתוף עם המרכז האוניברסיטאי אריאל הקימו מתחם לפיתוח שיטות לטיפול והשבה של שפכים .מתחם ההשבה ממוקם בחלקו הצפוני של המרכז האוניברסיטאי אריאל אשר נמצא בצידה המזרחי של העיר אריאל .מקור השפכים הוא מגורי הקמפוס האקדמאי הכוללים שני מבני מגורים לכ' 500 סטודנטים .נפח השפכים המיוצר כיום עומד על כ 60מ"ק ליום עם פוטנציאל לכ 100מ"ק ליום עם השלמת הבניין השלישי .הנפחים משתנים לאורך השנה בהתאם לתפוסת המעונות ,אם זאת במידת הצורך ניתן להשלים את הנפח החסר ממערכת הביוב העירונית של אריאל. .3מערכת אגן ירוק תת קרקעי משופעל )ראה תצלום משמאל( במסגרת פרויקט המחקר אנו בוחנים שימוש בשכבות אגרגטיות מגוונות שמקורן מאפר-תחתי מתחנות הכוח הפחמיות של חברת החשמל .הטכנולוגיה במתקן המחקרי הינה מקובלת והיא תיושם כייחוס למערכות החדשניות .המתקן מהווה חלק ממערכת אגני ביניים מלאים באגרגנטים בנקבוביות גבוהה אשר ע"י סחרור מייצרים מערכת של ריאקטורים אווירניים ודלי אוויר בהם בהתאם מתפתחים מיקרואורגניזמים אשר סוגים שונים של מפרקים את החומרים האורגניים מהשפכים .טכנולוגיה מקובלת אשר תיושם כייחוס למערכות החדשניות המערכת כוללת שני אגני ביניים משוכבים באגרגטים בנקבוביות גבוהה בחלקם העליון האירובי ונקבוביות בינונית לחלק התחתון האנוקסי. בעוד שהזרימה מפתחי הכניסה לפילטר היציאה הממוקם בין הריאקטורים היא אופקית סחרור התמיסה בין האגנים מוסיף רכיב זרימה אנכי.קונפיגורציה זו יוצרת מערכת של ריאקטורים אווירניים ודלי אוויר ,כאשר תגבורה בצמחייה ייחודית מאפשר נטרול אלמנטים מסוימים תוך כדי פעילות בית השורשים. 21 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : מערכות מעין זו מופעלות במספר אתרים ברחבי הארץ באישור הגופים הממשלתיים האמונים על הנושא .במספר מחקרים ) (Milstein, 2010הוכחה יעילות יישום אגנים ירוקים לטיפול בשפכים .אגני יחוס במילוי אגרגטים קונבנציונליים )חצץ קרבונטי וטוף( יבנו בשלב המחקר השני על מנת לבדוק את יעילות האפר התחתי בקונפיגורציה של אגן ירוק וביופילטר לעומת המערכות שנבדקו והוכחה יעילותן ,מתאר זה יאפשר מתן מדד כמותי לאיכות יישום אפר תחתי ביחס למערכות הקיימות .תוצאות ראשוניות של מדדי יעילות המערכת מראים כי המערכת מנחיתה את העומס הביולוגי מערך צח"ב של 300מג"ל בכניסה אל פחות מ 10מג"ל ביציאה מהמתקן וריכוז מוצקים מרחפים אשר נמוך אף מערך זה .ערכים אלו מתאימים ליעדי המערכת ומאפשרים שחרור למערכות ניקוז טבעיות והשבה לרוב המטרות. 3.1תיאור פרוייקט המחקר פרויקט מחקר מעשי מהווה חלק מהדרישות לקבלת תואר מהחוג להנדסת כימיה וביוטכנולוגיה במרכז האוניברסיטאי אריאל בשומרון .הפרוייקט מבוצע במהלך שנת הלימודים האחרונה לתואר )שנה ד'( ומהווה למעשה בחינה מעשית של הנלמד במהלך לימודי התואר. 3.2מטרת הפרוייקט פיתוח מתודה ליישום אפר תחתי כמצע גידול קרומים ביולוגיים במערכת אגן ירוק משופעל תת קרקעי ,לטיפול בשפכים והבאתם הן לעמידה בתקנים החדשים והמחמירים בעקביות )מצב עמיד( והן להערכת שחרור אלמנטים כימיים מהתווך הגרנולרי של האפר התחתי. הפרוייקט מבוצע בהנחייתם של ד"ר יעקב אנקר מהמו"פ האיזורי שומרון ובקעת הירדן ושל ד"ר רעיה לוין מהמרכז האוניברסיטאי. 3.3השערת המחקר לאפר תחתי יתרון ביחס למצעי גידול אחרים הן באיכותו והן במחירו. 3.4הסבר התהליך שפכים ממתקן ספטי המסלק מוצקים גסים וחומר מרחף מזינים בריכה חצויה בשתי כניסות נפרדות )ראה איור .(1 מסלול זרימת השפכים מתוכנן והקצב מווסת .הבריכה אטומה ומצופה חומר פלסטי קשיח ומעליו יריעות בד גיאוטכני .איטום הקרקע והדפנות ביריעות גיאוטכניות מיועדות למניעת זיהום קרקע ומקורות מים .המחיצה נמצאת במרכז הבריכה וברוחב של כ 75ס"מ )ראה איור ,(1מלאה בחול הכלוא בצדדיו ע"י יריעות פלסטיק .שני 22 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : צידי הבריכה מלאים במצע הגידול -גרגירי אפר תחתי בגדלים שונים המסודרים בשלוש שכבות כפי שניתן לראות בטבלה מס' : 1 טבלה מס' 1 שכבה סוג ,עובי הגרגירים ]מ"מ[ עובי השכבה ]ס"מ[ תחתונה מסונן0-2 , 21.4 ביניים לא מונפה 10 עליונה מסונן2-4 , 128.5 מעל שכבות גרגירי האפר נמצאת שכבה נוספת של חצץ ,בהמשך תשולב צמחייה מעל השכבה העליונה .הסיבה לקיום שכבות אפר פחם בגדלים שונים היא שליטה על אוגר ומהירות הזרימה בריאקטור .מצע הגידול משמש כפילטר על ידי ספיחת חלקיקים וגזים המשתחררים מתהליכים אנאירוביים ומהווה קרקע לגדילת אורגניזמים מיקרוביאליים מסוגים שונים ,אשר ניזונים מהחומר האורגני אשר בשפכים תוך כדי פירוקו לתרכובות יציבות. התהליך טבעי ומתקיים באופן רציף ומסתייע בסחרור המים בבריכות ע"י משאבות המשפעלות את התמיסה שנוצרת ע"ג המצע .תהליך השפעול מבוצע ע"י שני צינורות אנכיים בקוטר של 30ס"מ )בכל בריכה צינור( ,המחוררים בעשרות חורים )קוטר החור כ 1-ס"מ( ,המכילים משאבות סחרור למים ומצוף לבקרה.שפעול המערכת מאפשר את הגברת יעילות התהליכים ואת נפח המים המטופל .בנוסף ,לא נוצרים עודפי בוצה ,רב החומר האורגני משתחרר לאטמוספירה וחלקו נשאר ספוח לחלקיקי המצע .חומר אורגני משמש כמקור אנרגיה ואבני בניין בתהליכי נשימה ופירוק המתרחשים על ידי הביומסה .בשכבות הבריכה העליונות שוררים תנאים אווירניים ואילו בשכבות הנמוכות תנאים אנאירוביים. תכנון זה מאפשר למיקרואורגניזמים אירוביים לבצע פירוק מיקרוביאלי של המזהמים תוך שימוש בחמצן ולמיקרואורגניזמים אנאירוביים לבצע תהליכי פירוק אנאירוביים והורדה ניכרת של .CODתרכובות חנקן אנאורגניות מתפרקות בתהליכי ניטריפיקציה ודה ניטריפיקציה ומשחררות לבסוף חנקן גזי לאטמוספרה .זרחן נקשר ברובו לחלקיקי המצע או עובר טרנספורמציה לתרכובות זמינות לצמחים .מתכות–נקשרות אל חלקיקי המצע על ידי החלפת קטיונים .במידה ומשולבת צמחייה ,מתכות יסופחו לשורשי הצמחים כאשר הרכב וכמות המתכות הכבדות הנקלטות על ידי הצמחים תלוי בסוג הצמח .זרם יציאת הקולחים מהבריכה )ראה איור (1ולאחר הטיפול הוא דרך מחיצת החול שבמרכזה .תפקיד החול במחיצה הוא ביצוע סינון פיזיקלי נוסף לקולחים לפני יציאתם מהבריכה 4 .פיזומטרים פזורים בבריכה 2 ,פיזומטרים מכל צד של המחיצה .הפיזומטרים מיועדים לביצוע דגימות מים מנקודות שמייצגות אתרים שונים בריאקטור )ראה איור( .נק' 1,4נמצאות בחלק העליון של הבריכה – איזור 23 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : אווירני )משני צידי המחיצה( .נק' 2,3טמונות בפנים הבריכה – איזור דל חמצן .הדגימות שנלקחות מהפיזומטרים נשאבות ע"י משאבת ואקום ,ועוברות בדיקות במעבדה. 3.5מדדי איכות השפכים אפיון פעולת המתקנים ומידת יעילותם לטיפול בשפכים יבוצעו לפי המתודה הבאה: בכל נקודת זמן קבועה תידגם התמיסה בכניסה למתקנים ,לאחר הטיפול במתקן ובנוסף ,גם ממספר שלבים במהלך הטיפול במתקן )דגימות מנ' דגימה – 1,2,3,4ראה איור .(1הבדיקות אשר יבוצעו במסגרת זו כוללות: BOD,COD,TSSובדיקות בקטריאליות )ראה טבלה מס' .(2 3.5.1ניטור תרומת אלמנטים מאפר הפחם לתמיסה המימית בדיקת תרומה אפשרית של אלמנטים כימיים מהאפר התחתי לתמיסה המימית תיבדק בדרך הבאה: ברזולוציה שבועית תילקח דגימת מים מהכניסה והיציאה מכל מתקן דוגמאות אלו יבדקו לכימיה כללית ומתכות כבדות אשר עשויות להשתחרר מהאפר התחתי ,כמו כן ,אחת לחצי שנה תיערך סריקה מפורטת של מיקרו אלמנטים .בדיקה זו תקבע למעשה את האלמנטים שינוטרו ברזולוציה שבועית. טבלה מס' – 2תדירות ביצוע בדיקות בדיקה מחזור דגימה }שבועות{ מספר דוגמאות מעבדה צח"ב 1 12 צח"כ 24 12 מוצקים מרחפים 1 12 חנקן אורגני 12 12 קוליפורמים 4 6 הגדרת ביו-פילם 12 10 סריקת מיקרו-אלמנטים 24 6 כימיה כללית 1 6 גרנולומטריה חד פעמי 6 3.5.2מכשירי המדידה בהם נעשה שימוש עיקרי: • מערכת נפות לביצוע אנליזה גרנולומטרית. • משאבת ואקום לשאיבת דגימות. 24 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : • מתקן לביצוע אנליזת + TSSמשאבת ואקום. • תנור חימום לייבוש דגימות האפר התחתי ולייבוש מסנני .TSS • מאזניים אנליטיות. • דיסיקטור. • מערכת למדידת חמצן מומס במים לאנליזת .BOD • אינקובטור לשמירת טמפ' בבקבוקי .BOD • מדחס אוויר להכנת מי מיהול לאנליזת .BOD • יון -כרומטוגרף לביצוע אנליזה של קטיונים ואניונים ובדגימות. • – ICPלבדיקת נוכחות מתכות בדגימות. • מערכת רפולוקס לביצוע אנליזת .COD • קולורימטר עם קיט לביצוע אנליזת .COD • ספקטרופוטומטר .UV/VIS • pHמטר. • כלי מעבדה :בקבוקי ,BODפיפטות ,מסורות וכו'. 3.6תיאור המתקן: איור – 1אגן ירוק משופעל תת קרקעי 3.6.1נתוני המערכת • מערכת לטיפול בשפכים ,המחקה תהליכים טבעיים. • המערכת המיועדת לטיפול בזיהומים שונים :עירוניים ,חקלאיים ותעשייתים. מבנה המערכת :זרימה תחתית )(sub-surface flow 25 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : ספיקה יומית1 m3/day : שטח18 m2 : זמן שהות מתוכנן בריאקטור24h : תדירות לקיחת דגימות לבדיקות מעבדה :תוכנית דגימה מפורטת בטבלה מס' 2 3.6.2תהליכים עיקריים: תהליכים פיזיקליים – שיקוע ,סינון ,ספיחה ונידוף. תהליכים כימיים – שיקוע כימי ,ספיחה ,הידרוליזה ,חמצון-חיזור ותגובות פוטוכימיקליות. תהליכים ביולוגיים – תהליכי ביו-דגרדציה אירוביים ואנאירוביים ,חילוף חומרים בקטריאלי ,חילוף חומרים על ידי צמחים ,ספיחה על ידי צמחים ונבילה טבעית. 3.6.3יתרונות וחסרונות: 3.6.3.1יתרונות: • יצירת קולחים באיכות גבוהה מאוד שניתנים לניצול חוזר בחקלאות ,לצורך השקיית הגינון העירוני והזרמה בנחלים במסגרת התוכנית לשיקום הנחלים .דבר התורם לחיסכון במים שפירים • הקמה ותפעול של אגנים ירוקים הינם זולים יחסית לשיטות טיהור אחרות –השקעת אנרגיה זניחה לצורך הפעלתם – זרימת המים מתבצעת על ידי כח הגרביטציה . • במערכת מאוזנת מבחינה ביולוגית ,לא נוצרת בוצה עודפת במערכת ,ועל כן אין צורך להשקיע משאבים בטיפול בבוצה. • אין מטרדי ריחות. • מערכות בזרימה תחתית מונעות דגירת יתושים. • באתר נוצרת מערכת אקולוגית המושכת צמחים מגוונים ובעלי חיים. 3.6.3.2חסרונות: • צריך להתאים כל מערכת ספציפית לתנאי הסביבה ולהתחשב בטופוגרפיה ,ספיקת המים ,סוג הקרקע וכו'. 26 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : • מזיקים יכולים להוות מטרד. • ריכוז גדול של אמוניה מזיק לצמחיה באגן הירוק ,לצמחים מסביב ושאר האורגניזמים. • התהליכים הביולוגים וההידראולים לא מובנים לגמרי. • יש צורך באספקה קבועה של מים .במצבים בהם הזרמת השפכים אינה מספקת יש צורך בהוספת מים לצורך שמירה על הצמחייה הקיימת. .4תוצאות ראשוניות: 4.1אנליזת תפרוסת גרגירי האפר התחתי בו נעשה שימוש באגן מספק בדיקות בוצעו במסגרת המחקר עד לשלב זה .פראקציות האפר התחתי שהתקבל עברו אנליזה גרנולומטרית ומזה מספר שבועות נדגמת התמיסה במתקן בכניסה ובפיזומטרים ונמדדת לצח"ב ריכוז מוצקים מרחפים .בהזדמנות אחת נמדדה גם צריכת חמצן כימית .תוצאות האנליזה הגרנולומטרית וחלק מתוצאות הבדיקות הביוכימיות מוצגות להלן: 27 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : טבלה מס' , 3אפר תחתי מנופה ,גודל גרגירים 0-2מ"מ ברכות אריאל פרוייקט תיאור קרקע שם מדגם תאריך ניפוי בוצע ע"י אפר פחם מנופה 0-2 משקל מדגם יבש ,ג' 1993.74 זמן הרעדה15 : )דקות( נפה נפה ,גודל משקל נפה .ג' 390.05 363.01 376.41 303.58 348.58 322.46 290.25 265.33 259.51 250.08 משקל מתוקן משקל משתייר ,ג' 27.473122 297.313 1390.7341 196.43451 6.446206 6.606362 5.9355865 11.680813 8.2475192 13.412092 עובר ,ג' 1966.267 1668.954 278.2198 81.7853 75.3391 68.73274 62.79715 51.11634 42.86882 29.45673 meshנקב ,מ"מ 20 10 5.6 3.5 2.8 7 2 1 0.500 0.200 0.125 120 0.063 פחות מ- 0 29.456725 331.73 0.063 סה"כ המשקל1993.74 : עובר % 99% 84% 14% 4% 4% 3% 3% 3% 2% 1% תרשים מס' – 1גודל העינית כנגד אחוז הגרגירים העובר בניפוי עבור גודל גרגירים 0-2מ"מ 28 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : טבלה מס' , 4אפר תחתי לא מנופה פרוייקט תיאור קרקע שם מדגם תאריך ניפוי קידוח מס' ברכות אריאל נפה אפר פחם לא מנופה 23/08/2010 meshנקב ,מ"מ 20 1.27 10 2.5 3.5 5.6 2.8 7 2 8 1 16 0.500 30 0.200 76.5 0.125 120 0.063 240 פחות מ- 332 0.063 עומק משקל מדגם ס"מ יבש ,ג' 1949 זמן הרעדה15 : )דקות( נפה ,גודל משקל נפה .ג' 390 363 376 304 349 322 290 265 260 250 משקל מתוקן משתייר, ג' 27.6 162 255 321 159 218 156 185 119 170 משקל עובר עובר ,ג' 1921 1760 1505 1184 1025 807 651 466 347 177 % 99% 90% 77% 61% 53% 41% 33% 24% 18% 9% 177 0 סה"כ המשקל1949 : תרשים מס' – 2גודל העינית כנגד אחוז הגרגירים העובר בניפוי עבור גרגירים לא מנופים 29 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : טבלה מס' , 5אפר תחתי מנופה ,גודל גרגירים 2-4מ"מ ברכות אריאל פרוייקט תיאור קרקע שם מדגם תאריך ניפוי אפר פחם אריאל 4 -2מסונן 23/08/2010 משקל מדגם זמן הרעדה 15 :יבש ,ג' )דקות( 2026 נפה נפה ,גודל משקל משקל מתוקן משתייר, ג' 73.5 927 555 281 24.3 19.0 12.6 22.0 17.6 34.1 59.3 נפה .ג' נקב ,מ"מ mesh 390 20 1.27 363 10 2.5 3.5 376 5.6 304 2.8 7 349 2 8 322 1 16 290 0.5 30 265 0.2 76.5 260 0.125 120 250 0.063 240 פחות מ332 0.063- סה"כ המשקל2026 : משקל עובר עובר ,ג' 1953 1025 470 189 165 146 133 111 93.4 59.3 0 % 96% 51% 23% 9% 8% 7% 7% 5% 5% 3% תרשים מס' – 3גודל הגרגר כנגד אחוז הגרגירים העובר בניפוי עבור גודל גרגירים 2-4מ"מ תרשים מס' – 3גודל העינית כנגד אחוז הגרגירים העובר בניפוי עבור גודל גרגירים 2-4מ"מ 30 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : 4.2תוצאות מעבדה ראשוניות עבור דגימות המים טבלה מס' – 6תוצאות מעבדה ראשוניות עבור דגימות המים תאריך מדגם BOD5 mg/l TSS, mg/l COD mg/l ביצוע 3.11.10 10.11.10 כניסה 264 25 571 נקודת דגימה 2 15 10 316 נקודת דגימה 3 21 67 740 נקודת דגימה 4 93 41 נקודת דגימה 2 104 4 נקודת דגימה 3 63 7 נקודת דגימה 4 625 16 4.3פרוטוקולי ביצוע בדיקות המעבדה 3.3.1פרוטוקול ביצוע אנליזת TSS הכנת מסנן .1שטיפת המסנן עם 20מ"ל מים מזוקקים )חוזרים על פעולה זאת 3פעמים(. .2יבוש בתנור משך שעה בטמפרטורה של .1050C .3הכנסת המסנן לדסיקטור למשך 30 - 20דקות .4שקילה .5יש להגיע למשקל קבוע )∆ m =0.0005ג'( 31 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : סינון .1ערבוב הדגימה. .2לקחת את הנפח הדרוש במשורה. קולחים 1000 – 500 :מ"ל שפכים גולמיים 400 – 100 :מ"ל הערה :לקיחת הנפח תוך כדי ערבוב הדגימה .3לחבר את המסנן ולהרטיב אותו במים מזוקקים. .4סינון הערה :אם הסינון יותר 10דקות ,יש להקטין את נפח הסינון .5שטיפת המסנן עם 20מ"ל מים מזוקקים )חוזרים על פעולה זאת 3פעמים( .להוציא את המסנן. .6להעביר לתנור את המסנן בצלוחית אלומיניום .7יבוש בתנור למשך שעה בטמפרטורה .1050C .8הכנסת המסנן לדסיקטור למשך 30 - 20דקות .9 שקילת המסנן. הערה :יש להגיע למשקל קבוע )∆ m =0.0005ג'( משקל מוצקים מיובשים צריך להיות לפחות 2.5מ"ג ולא יותר מ 200-מ"ג 4.3.2פרוטוקול ביצוע בדיקת BOD .1שאיבת מים מהברכות באמצעות משאבת וואקום. .2כיול מד החמצן. .3מילוי בקבוקי BODבנפחים שונים של מי שופכין. .4מילוי בקבוקי BODבמי מיהול שהוכנו מראש יום לפני הבדיקה. .5מילוי 3בקבוקי BODרק במי מיהול )בלאנק(. .6מדידת ריכוז חמצן בבקבוקי ה BODבאמצעות מד החמצן )תוך כדי בחישה בעזרת סטירר(. .7סוגרים את הפקק של הבקבוק והצפתו במי מיהול כדי שלא יבאו במגע עם חמצן. 32 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : .8הכנסת הבקבוקים לאינקובאטור בטמפרטורה של .200C .9לאחר 5ימים בודקים BOD5באמצעות מד החמצן. 4.3.3פרוטוקול ביצוע COD .1הוספת 1גרם של HgSO4לגולה. .2הוספת נפח קטן של שפכים לתוך הגולה ומהילתו לנפח סופי של 50מ"ל. .3הוספת 75מ"ל של חומצה גופרתית מרוכזת במנות קטנות )את ההוספה מבצעים תוך כדי קירור באמצעות ברכת קרח(. .4הוספת 25מ"ל של תמיסת ביכרומט יחד עם אבני רתיחה. .5הכנת גולה עם מים מזוקקים וכל הראגנטים )בלאנק(. .6ביצוע ריפולקס למשך שעתיים לכל הגולות. .7לאחר קירור התמיסה מעבירים את אותה לארלניימר והוספת 150מ"ל מים מזוקקים. .8הוספת 3טיפות של אינדיקטור פרואין. .9טיטור עודף הביכרומט עם תמיסת הפרואמוניום סולפט 0.25N Fe(NH4)2(SO4)2 4.3.4פרוטוקול אנליזת ניפוי קרקע הכנה לבדיקה: .1ייבוש הדוגמא ב 1050C-עד למשקל קבוע )לפחות 3שעות( .2שקילת נפות. .3פרור תלכידים במכתש חרסינה ע"י עלי עם קצה גומי. .4משקל של מדגם צריך להיות לפי גודל גרגרים: עבור קרקע אשר אינה כוללת גרגרים בגודל יותר מ 2-מ"מ – 100ג'; עבור קרקע כוללת עד ) % 10במשקל( גרגרים בגודל יותר מ 2-מ"מ – לפחות 500ג'; עבור קרקע כוללת מ 10-עד % 30גרגרים בגודל יותר מ 2-מ"מ – 1000ג'; עבור קרקע כוללת יותר מ % 30-גרגרים בגודל יותר מ 2-מ"מ – לפחות 2000ג'. 33 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד40700 : טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : ביצוע הבדיקה: .1יש לקחת מדגם ממוצע בשיטת רבעים :לפזר קרקע במשטח בשכבה דקה. .2עושים חריצים במצולב כדי שיתקבלו רבעים ולקיחת מדגם קרקע מכל ריבוע )עבור מדגם 1ק"ג – לפחות 2ק"ג קרקע(. .3שקילת מדגם )אם פחות מ 1000-ג' ,אז דיוק 0.01 -ג ' ,כאשר יותר מ 1000-ג' ,אז דיוק מותר עד - 1.0ג'(. .4ניפוי כ 15-דק' עם אמפליטודה ב 2.5-מ"מ. .5לאחר סיום הניפוי מסירים את הנפות ומבצעים בדיקת שלמות. .6 שקילת הנפות. .5סיכום ביניים השיטות שיפותחו בפרויקט מדגימות שימוש באפר תחתי ופיתוח שיטות לשיפור איכות הסביבה .בעבר האפר התחתי היה מושלך לים ,או נאגר בערמות ללא שימוש והיווה מפגע סביבתי .היום ,אפר התחתי מהווה חומר גלם .השיטות יאפשרו טיפול בקולחים סניטריים בקולחים תעשייתיים ובתשטיפים ממשטחים עירוניים ,תעשייתיים וחלקות חקלאיות .השבת קולחים קרוב למקום ייצורם תתרום לשיפור ושימור סביבת האדם ,מניעת זיהום מי תהום ואפשרות לפיתוח ענפי חקלאות מסורתיים )גידול פרחים, גפנים ,זיתים( וחדשניים )הפקת אנרגיה ירוקה( .מערכות אלו פועלות במתודת עצימות נמוכה וקיימות גבוהה דבר שיאפשר את הפעלתם לאורך זמן בהשקעה מינימאלית .לאחר פיתוחן מתוכננות להיות מיושמות במרחב השומרון ולמנוע בכך את המשך סיכון אקות ההר. התוצאות הראשוניות )ראה טבלה מס' (5מראות שיפור משמעותי באיכות הקולחין והורדת העומס האורגני במהלך הטיפול במתקן ,עם זאת ,עוד לא התקבלו תוצאות עקביות .לכן דרוש מחקר יסודי וארוך על מנת לוודא מצב יציב הן בהגעה לאיכות קולחין עקבית והן להערכת שחרור אלמנטים כימיים מהתווך הגרנולרי של האפר התחתי .הצלחת סדרת המחקר ובכלל זאת פיתוח המתקנים ומתודות הפעולה יאפשרו יישום אפר תחתי למטרות נטרול מזהמים בתמיסה מימית ,במישור הלאומי ומעבר לכך. 34 03- :' פקס03-9371490 : טלפון40700 : מיקוד, קריית המדע אריאל,מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן [email protected] : דוא"ל054-3394792 : נייד9765725 ביבליוגרפיה.6 מקורות ברשת6.1 : אתר מנהלת אפר פחם.1 http://www.coal-ash.co.il/index.html : "פועלי הניקיון של הטבע" ד"ר אבי גפני, הסיפרייה הוירטואלית של מט"ח.2 http://lib.cet.ac.il/Pages/item.asp?item=739&id=5 : לשימוש באפר תחתיEPA Ohio_04_07r תקן.3 http://www.epa.state.oh.us/portals/35/policy/04_07r.pdf מקורות ספרותיים6.2 1. W.viessman,M.J.Hammer.Water supply and pollution control. Addison – Wesley Logman, Inc.,1998 2. Metcalf & Eddy, INC. Wastewater engineering. McGrow – Hill, Inc.,N.Y.,2003 3. W.Eckenfelder. Industrial water pollution control. McGrow – Hill, 2000 4. Woodard & Curran, Inc. Industrial Waste Treatment Handbook. Elsevier Inc., 2006 5. G.M. Masters. Introduction to Environmental engineering and Science. Second Edition, Prentice-Hall Int., 1998 רשימת מאמרים6.3 1. Nogueira, R. et al.," Economic and environmental assessment of small and decentralized wastewater treatment systems", CEB - Papers in Proceedings , (2007) 2. Zaimoglu, Z., "Treatment of campus wastewater by a pilot-scale constructed wetland utilizing Typha latifolia, Juncus acutus and Iris versicolor", Journal of Environmental Biology, (2006) 35 03- :' פקס03-9371490 :טלפון 40700 : מיקוד, קריית המדע אריאל,מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן [email protected] : דוא"ל054-3394792 : נייד9765725 3. Gross, A., "Recycled Vertical Flow Constructed Wetland (RVFCW) - a novel method of recycling greywater for landscape irrigation in small communities and households", Chemosphere, 916-923 (2007) 4. Lavrova, S. and Koumanova, B., "POLISHING OF AEROBICALLY TREATED WASTEWATER IN A CONSTRUCTED WETLAND SYSTEM", Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 42, (2), 195-200 (2007) 36 מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן ,קריית המדע אריאל ,מיקוד 40700 :טלפון 03-9371490 :פקס'03- : 9765725נייד 054-3394792 :דוא"ל[email protected] : סיכום הצגת מחקרי הסטודנטים. המחקר שאושר מתבסס על עבודת סטודנטים אשר יציגו את תוצאותיו גם כחלק מהדרישות לקבלת תואר .במסמך זה הוצגו תיאור המתקנים שבהם מיושם אפר תחתי ,סקירת ההשפעות הסביבתיות והמערך הניסויי שכולל פיתוח וניטור. כל מתקן מוגדר כפרויקט עצמאי וככזה מלווה בחוקר מהמו"פ האזורי וחוקר נוסף מהמרכז האוניברסיטאי ,אשר מנחים את הסטודנטים בשלבי הפרויקט השונים .תכנון זה מבטיח לוגיקה מחקרית שבסופה דיווח מסודר של מסקנות המחקר .עלות מלגות מחקר לסטודנטים מוגשת בזאת בנפרד לתמיכת מנהלת אפר פחם ובמידה שתאושר תזכה למימון מקביל במסגרת הפרויקט )במחקר מועסקים ארבעה סטודנטים(. לאחר הוכחת ייתכנות המערכת והטכנולוגיה במתן פתרון מתאים )לתקני ועדת ענבר( לשפכים סניטאריים ואחרים; ייבנו לשם השוואת יעילות יישום אפר תחתי לטיפול בשפכים שתי בריכות נוספות בעלות מערך תפעול זהה לאגן הירוק אך במחצית מגודל המתקן הקיים .בבריכות אלו ייושם מצע גידול הקרומים הביולוגים על חצץ קרבונטי באחת ואגרגט טוף באחרת .רמת הטיפול בכל אחת מהבריכות תיבחן ביחס לאחרות .תקופת המחקר נקבעה לשנה לסיום השלב הראשון ועוד שלוש שנים לנטור השוואתי של מתקני המערכת .פרקי זמן אלו נקבעו על מנת לוודא הגעה למצב יציב הן באיכות קולחים עקבית והן בהערכת שחרור אלמנטים כימיים מהתווך הגרנולרי של האפר התחתי .הצלחת סדרת מחקרים אלו ובכלל זאת פיתוח המתקנים ומתודות הפעולה יאפשרו יישום אפר תחתי למטרות נטרול מזהמים בתמיסה מימית ,באזור המחקר ,במישור הלאומי ומעבר לכך. 37
© Copyright 2024