‫‪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 ‫‪kobia@ariel.ac.il‬‬ ‫מו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן‪ ,‬קריית המדע אריאל‪ ,‬מיקוד‪ 40700 :‬טלפון‪ 03-9371490 :‬פקס'‪03- :‬‬ ‫‪ 9765725‬נייד‪ 054-3394792 :‬דוא"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪ .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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪ .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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪ .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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪ .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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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 kobia@ariel.ac.il :‫ 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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪ ,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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫•‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫•‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪ 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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫‪ .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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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 kobia@ariel.ac.il :‫ 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 kobia@ariel.ac.il :‫ 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"ל‪kobia@ariel.ac.il :‬‬ ‫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