Download
1 / 50
E N D
עירייה, מועצה מקומית או כל מי שמייצר שפכים, חייב, על פי חוק המים (מניעת זיהום), לדאוג לכך שהשפכים יטופלו כראוי והקולחים יסולקו ללא גרימת מפגע תברואי או מטרדים. פירוש הדבר, שהרשויות המקומיות חייבות, לפי חוק, לטפל בשפכים ברמת טיהור וסילוק כזאת, שלא יגרמו זיהום למקורות המים, המזון, האגנים, הנחלים וחופי הים, ושתהליכי הטיפול והסילוק לא יהוו מקור למטרדי ריח, יתושים וזבובים.
שפכים– מים "מיותרים" הנושאים עמם פסולת. קולחים – שפכים שעברו טיפול. סוגי המזהמים בשפכים: א. גושים גדולים של חומר אורגני, חלקם צפים. ב. חומרים אנאורגניים מרחפים (כמו חול) שניתן לשקעם. ג. חומרים אנאורגניים מומסים (מלחים וכימיקלים אחרים). ד. חומרים אורגניים מרחפים או מומסים. ה. חיידקים ומיקרואורגניזמים, חלקם פתוגנים.
למניעת זיהום סביבתי הכרוך בהרחקת השפכים לנחלים, לים או החדרתם לקרקע - א. טיפול בשפכים לפני הרחקתם. * לים * לנחלים * לאגמים * פיזור על הקרקע * החדרה לקרקע
למניעת זיהום סביבתי הכרוך בהרחקת השפכים לנחלים, לים או החדרתם לקרקע - ב. טיפול בשפכים לצורך שימוש חוזר בחקלאות ובתעשייה (= השבת שפכים). השפכים המושבים עוברים חיטוי בסוף שלב הניקוי הרצוי!
שימושים במים מושבים(מרמת ניקיון נמוכה לגבוהה) א. שימוש לתעשייה – מי קירור מי ניקוי מתקנים מים במוצר ב. שימוש לחקלאות – השקיה מוגבלת (צמחי תעשייה כגון כותנה) השקיה רחבה יותר (צמחי מאכל לאחר בישול) השקיה בלתי מוגבלת
עקרונות עליהם צריך להקפיד במהלך סילוק והשבת שפכים • מניעת מטרדי מראה, ריח, יתושים וזבובים המתפתחים על השפכים. • מניעת זיהום מקורות מים. • מניעת השמדת דגה. • מניעת זיהום מקורות מזון (תקנים לרמת טיהור לגידולים השונים). • ביצוע סילוק והשבה באופן כלכלי.
שלבי הטיפול בשפכים א. טיפול קדם הפרדה מכנית של חלקיקים מוצקים גדולים בסינון. ב. טיפול ראשוני הרחקת מוצקים שוקעים באגני שיקוע (לא תמיד נעשה). ג. טיפול ביולוגי פירוק אירובי של החומר האורגני המסיס (שלא ניתן לשקע), והפיכתו לביומסה לא מסיסה, השוקעת כבוצה ומורחקת מהמים. ד. טיפול מתקדם סילוק מזהמים שנותרו במים, כגון חומר אורגני שאינו ניתן לפירוק ביולוגי (חומרי הדברה) ומתכות כבדות.
פירוק מיקרוביאלי פירוק טבעי של חומר אורגני במים נעשה על-ידי מיקרואורגניזמים הטרוטרופיים שבמים. החומר האורגני מפורק כחלק מתהליך הגידול שלהם. א. פירוק אירובי – תוצרי הפירוק הסופיים אינם יוצרים מטרד סביבתי: משקע רב (ביומסה), CO2, מים וחום. ב.פירוק אנאירובי - במים מסיסות חמצן נמוכה, ולפני שהחומר האורגני הספיק להתפרק, נוצרים תנאים אנאירוביים. תוצרי הפירוק הסופיים, N ו- S, מסריחים. תנאים אלו מונעים התפתחות דגה, ופירוק החומר האורגני הנוסף (דגים מתים) מגביר את הצחנה.
שיטות לטיפול ביולוגי א. אגני חמצון – פירוק ביולוגי טבעי בריכות ענק שטוחות, המכילות מיקרואורגניזמים, בהן משהים את הקולחים הראשוניים לצורך פירוק אירובי. המבנה השטוח מבטיח קליטה מרבית של קרני אור, להתרבות אצות ירוקות. בפוטוסינתזה משחררות האצות חמצן, המשמש לפירוק החומר האורגני על-ידי חיידקים. קיימת סימביוזה בין האצות לחיידקים האירובים.
מתפתחת סוקסציה התלויה בהשתנות העומס האורגני בבריכות, וביחס בין רמת O2 ו- CO2. הסימביוזה בין האצות לחיידקים גורמת לבעיה בשלב החיטוי, שכן האצות עמידות לכלור (בגלל מבנה הדופן), והחיידקים מתחבאים להגנה בין האצות ושורדים.
יתרונות אגני החמצון זול חסרונות אגני החמצון דרגת ניקיון נמוכה לוקח זמן רב בקיץ יש איוד מים רב, הגורם לקולחים מלוחים צורך שטח גדול מטרדי ריח ויתושים
בריכות מאווררות: שיפור של אגני החמצון ההבדל משיטת אגני החמצון 1. החדרת חמצן על-ידי מאווררי שטח צפים. 2. פירוק ביולוגי על-ידי מיקרואורגניזמים שאינם אצות. 3. הבריכות עמוקות יותר. 4. מאפשר טיפול בנפח שפכים יומי גבוה יותר. 5. הטיפול רב שלבי – * סינון מכני ושיקוע גס. * בריכות עמוקות מאווררות לתהליך הביולוגי. * בריכות ליטוש לשיקוע והפרדה סופית של מוצקים מורחפים.
שיטות לטיפול ביולוגי ב. מרבגים ביולוגיים – משטחי חצץ שעליהם נעות ממטרות ענק הממטירות קולחים ראשוניים. מיקרואורגניזמים שעל החצץ מפרקים את החומר האורגני שבקולחים. התאים הגדלים יוצרים קפסולה פוליסכרידית דביקה, אליה נדבקים מיקרואורגניזמים מגוונים, שאינם יוצרים קפסולות.
מסנן טיפין – גרסה מודרנית למרבגים טיהור שפכים בעזרת תאים מקובעים המסנן מבוסס על העיקרון הביולוגי של יכולת קשירת תאים חיים למוצקים ויצירת ביופילם. יתרונות: השיטה זולה יחסית. חסרונות: בהזרמת מים עם עומס אורגני גבוה מידי, נוצרת שכבת מ"א עבה מידי, שמקטינה את יעילות הניקוי, ומפריעה לזרימה ולאיוורור (דורש רענון של המערכת)
פעולת מסנן הטיפין • המים מהבריכה הראשונה מוזרמים דרך צינור מחורר ומסתובב, המפזר את המים בטיפות. הפיזור מעשיר את הטיפה בחמצן. • מהצינור מטפטפים המים על מצע ספוגי נקבובי (להגדלת שטח הפנים), עליו מצוי הביופילם. • מיחזור המים המנוקים חזרה לצינור המחורר, למחזורי ניקוי נוספים.
שיטות לטיפול ביולוגי ג. בוצה משופעלת – אוכלוסייה צפופה של מיקרואורגניזמים, המוחזקת במצב של פעילות מתמדת במכלי איוורור, אשר לתוכם מוזרמים השפכים הגולמיים. מתאפשר מטבוליזם אירובי בלבד, בעקבותיו נוצרת בוצה השוקעת באגן שיקוע, וחלקה ממוחזר. הפרדת הקולחים מהבוצה המשופעלת נעשית באגני שיקוע, בהם הזרימה איטית מאד ומאפשרת שיקוע רצוי.
יתרונות הבוצה המשופעלת דרגת ניקיון גבוהה יחסית. תהליך מהיר. תהליך רציף ויעיל. אין מטרדי ריח עקב תנאים אנאירובים. יחס שטח לנפח קטן. חסרונות הבוצה המשופעלת דרישה אנרגתית גבוהה יחסית (לאיוורור). נדרש טיפול בבוצה הנוצרת. חד-תאיים טורפים את החיידקים, ובזאת קטנה היעילות.
מדדים לצריכת החמצן בחמצון מיקרוביאלי א. BOD – צריכת חמצן ביולוגית – צח"ב כמות החמצן הנצרכת על-ידי מיקרואורגניזמים תוך חמצון אירובי של חומר אורגני בדגימת שפכים ב- 200C. זהו מדד ל- * קצב גידול מיקרואורגניזמים בתהליך הטיהור. * כמות החומר האורגני שבשפכים.
מדדים לצריכת החמצן בחמצון מיקרוביאלי א. COD – צריכת חמצן כימית – צח"כ חמצון המתכת כרום על-ידי חומרים אורגניים ואנאורגניים שבמים. זהו מדד ל - * כמות חומר אורגני כללי במים, גם זה שאיננו ניתן לפירוק ביולוגי. COD > BOD
דרכים לטיפול בבוצה העודפת א. שריפה בטמפרטורה גבוהה (incineration). ב. זיבול (composting). ג. קבורה באדמה (land fill).
דרכים לטיפול בבוצה העודפת ד. שיטה ביולוגית של עיכול אנאירובי במכלים סגורים. שיטה זו איטית, ומשתתפות קבוצות מ"א שונות, בעלות תפקידים מוגדרים: • חיידקים הדרוליטיים עם אקסואנזימים לפירוק פולימרים כגון חלבונים, חומצות גרעין ושומנים. • חיידקים המנצלים את המונומרים הנוצרים, ויוצרים תוצרי ביניים אורגניים קצרים (כהלים, חומצות). • חיידקים מתאנוגניים המנצלים חומצה אצטית ליצירת CO2 CH4.
סילוק ביולוגי של חנקן וזרחן סילוק זרחן – סילוק על-ידי חיידקים שאוגרים פולימרים מכילי זרחן. בסוף מסלקים את החיידקים יחד עם הזרחן שבתוכם.
סילוק ביולוגי של חנקן וזרחן סילוק חנקן - רוב החנקן בשפכים מצוי באמוניה. א. האמוניה מחומצנת בתהליכי ניטריפיקציה אירוביים, עד לניטראט. NH4+ NO2- NO3- ב. הניטראט מחוזר ל- N2 שיתנדף, בתהליך אנאירובי של דהניטריפיקציה. NO3- NO2- NO N2O N2(g)
שיפור תהליכי הבוצה המשופעלת בראקטורים רב שלביים בשיטה זו ניתן לשלב גם את הרחקת החנקן, ביחד עם הרחקת החומר האורגני, על-ידי סדרת ראקטורים המחוברים בטור (חזרה על התהליך, לניקוי מרבי). השפכים מועברים לסירוגין - א. לראקטורים מאווררים (פירוק על-ידי הבוצה ופעילות חיידקי ניטריפיקציה). ב. ראקטורים ללא חמצן (פירוק על-ידי חיידקי דהניטריפיקציה).
שימוש ייחודי במיקרואורגניזמיםבתהליכי ניקוי מיוחדים חומרים קסנוביוטיים (xenobiotics) – חומרים שאינם מופיעים בטבע. חלק מהחומרים הקסנוביוטיים ניתנים לפירוק מיקרוביאלי, וחלקם עמידים (מרדניים). קשה לחזות מראש, והקביעה נעשית באופן ניסויי. איתור מיקרואורגניזמים מתאימים נעשה מהקרקע בה מצוי החומר, על-ידי תרבית העשרה בה ריכוז נמוך של החומר המיועד לפירוק, כמקור פחמן יחיד.
חיידק מאירPhotobacterium phosphorum זהו חיידק שעצמת האור שלו נפגעת בנוכחות חומר רעיל לו. הוא משמש לבדיקת רעילות של חומרים. למשל: בפירוק דלקים, קודם הרעילות עולה, ובהמשך הפירוק הרעילות יורדת לזו המצויה בסביבה הרגילה.
בדיקת AMES בדיקה לקביעת מוטגניות של חומרים. משתמשים במוטנטים של החיידק סלמונלה. תדירות תיקון המוטציה מהווה מדד למידת המוטגניות של החומר (כמובן יחסית לביקורת, ללא חומרים נבדקים). ככל שתדירות המוטציות החוזרות עולה, החומר יותר מוטגני!
פולימרים סינתטיים רובם פלסטיקים, מצטברים באתרי הפינוי, ונשארים יציבים עשרות שנים. פתרונות א. חיפוש פולימרים מתאימים שכן ניתנים לפירוק ביולוגי. ב. פלסטיקים המפורקים חלקית באור, ואז כן ניתנים לפירוק מיקרוביאלי. ג. הוספת עמילן לפלסטיקים, המתפרק על-ידי Bacillus ועל-ידי Aspergillus המכילים עמילאזות, ונוצרות יחידות קטנות שכן ניתנות לפירוק מיקרוביאלי. ד. חיפוש אחר מוטנטים שכן מסוגלים לפרק את הפלסטיק.
ביורמדיציה bioremediation שימוש בקטליזטורים ביולוגיים כדי לנקות את הפסולת המסוכנת שהצטברה בסביבה. מטרות א. לפרק חומרים מסוכנים. ב. להקטין את רעילותם של רעלים. ג. לרכז את החומר המזהם בתוך התאים עצמם.
ביורמדיציה bioremediation שלבי התהליך א. אפיון האתר מבחינת החומר המזהם וריכוזו, על מנת שלאחר הטיפול ניתן יהיה להעריך את יעילותו. ב. שינוי בתנאי הסביבה (חומרי הזנה ואוורור) לפירוק יעיל או הוספת חיידקים, טבעיים או מהונדסים, לתגבור הקיימים ולשיפור יעילות. ג. בדיקת השפעת הפירוק ותוצריו על הסביבה (לוודא שאין תופעות לוואי לתהליך).
קו-מטבוליזם חומר אחד משמש כמקור אנרגיה לפירוק חומר אחר, ותוצר פירוק מ"א אחד, מהווה מקור פחמן למ"א אחר. למשל: פירוק פרופן על-ידי Mycobacterium vaccaeהינו אירובי, ומשתחררת אנרגיה המאפשרת לו להפוך ציקלוהקסן לציקלוהקסאנול. ציקלוהקסאנול יפורק על-ידיPseudomonasפירוק מלא.
הדעה הרווחת היא שהוספת חיידקים מבחוץ (בביורמדיציה) איננה מאיצה את תהליכי הפירוק, מלבד בשני מקרים: א. קו-מטבוליזם שלא מתאפשר באוכלוסייה הטבעית. ב. תאונה, בה נשפך חומר רעיל לסביבה שלא הייתה חשופה לו קודם לכן.
שפכים תעשיתיים קשים מאפיינים – א. עומס אורגני של חומרים קשי פירוק. ב. דרגת רעילות גבוהה של חומרים אורגניים. ג. דרגת רעילות גבוהה של מתכות כבדות. ד. גיוון גדול בסוגי השפכים השונים (כתלות במפעל).
חיידקים מקובעים בחרוזיםלטיפול בשפכים תעשיתיים קשים • השיטה, הנקראת aquamend, מבוססת על שימוש בחיידקים באופן דומה לטיפול בשפכים עירוניים. • השיטה מגינה על החיידקים מהשפעות רעילות, על-ידי קיבועם. • השיטה לא פוגעת ביכולת הפעילות של החיידקים המקובעים. • אפשר לאכלס את המערכת בחיידקים ייחודיים, המתאימים לפירוק של מזהמים ספציפיים.ניתן לאכלס בכמה חיידקים שונים, שעובדים יחד, או בזה אחר זה בתהליך פירוק רב שלבי.כדי לאתר את החיידק המתאים, ניתן "לדוג" אותו משפכי המפעל!
חיידקים מקובעים בחרוזיםלטיפול בשפכים תעשיתיים קשים • השיטה מבוססת על חרוזים נקבוביים, העשויים מחומר הקרוי זאוליט (zeolyte). החיידקים חודרים לנקבוביות שבחרוזים, ומתיישבים על המצע המוצק, תוך יצירת מושבות. קוטר הנקבוביות קטן, ולא מאפשר לח-תאיים לחדור ולאכול את החיידקים. ממלאים ראקטור בחרוזים מאוכלסים, ומסחררים בו את השפכים המהווים מצע מזון לריבוי החיידקים המקובעים.
חיידקים מקובעים בחרוזיםלטיפול בשפכים תעשיתיים קשים יתרונות א. יכולת טיפול בתנאים של עומס אורגני גבוה בשפכים. ב. ניתן לאכלס את החרוזים באופן ספציפי (הזמנה לפי קטלוג). ג. במידת הצורך ניתן לחטא את החרוזים בקיטור, ולחדש את אוכלוסיית החיידקים שבהם. ד. החרוזים סופחים יונים חיוביים, ולכן המערכת עמידה מפני שינויי חומציות. ה. הזאוליט עצמו סופח מתכות כבדות וככה מגן על החיידקים. ו. התהליך כמעט ואינו מייצר בוצה, דבר שחוסך צורך בפתרונות הטמנה.
פיתורמדיציהצמחים לטיפול בשפכים תעשיתיים קשים שרך המים אזולה עמיד בפני מתכות כבדות כגון נחושת, קדמיום, אבץ, אורניום, כרום וניקל. הצמח סופח אליו את המתכות בריכוז הגבוה x500 מהריכוז המצוי בשפכים. נמצא שהצמח המיובש סופח טוב עוד יותר את המתכות, וניתן להוסיפו לראקטורים.
פיתורמדיציהצמחים לטיפול בשפכים תעשיתיים קשים שושנות מים מסוגלים לקלוט בעלים ובשורשים כמויות גדולות של מתכות כבדות ורעילות, מבלי להינזק. עצים שורשים מעמיקים מאפשרים ניקוי זיהומים עמוקים.
טיפול בזיהומי נפט מבחינה כימית, הנפט מורכב ממאות חומרים שונים, ופירוק ביולוגי שלו אורך שנים. הנפט הוא חומר טבעי, ולכן לכל מרכיב שבו יש מפרק טבעי. קושי בניקוי כתמי נפט בים א. צפיפות מיקרואורגניזמים נמוכה, בגלל מיעוט במרכיבי מזון כגון N, P . ב. מיד לאחר שפיכת הנפט, ריכוזו גבוה במקום מצומצם. ג. מיקרואורגניזמים פועלים בסביבה מימית, והנפט הוא ליפופילי.
טיפול בזיהומי נפט שיטות לניקוי כתמי נפט א. שיטות מכניות (חסימת הכתם, לכידתו באזור מצומצם ושאיבתו מהים). ב. שיטות כימיות (דטרגנטים לפיזור הכתם, חומרי קרישה המונעים מהכתם להגיע לחופים). ג. ביורמדיציה – הוספת חומרי דישון לים,בתוך מצע ליפופילי למניעת התפתחות מיקרואורגניזמים לא רצויים.
זיהום אוויר סינון ביולוגי biofiltration טיפול בחומרים אורגניים נדיפים ולוויסות ריחות. זהו מצע מוצק שעליו ביופילם של תערובת של חיידקים, המפרקים את המזהם לחומרים אורגניים פחות מסוכנים.
טיהור שפכים – הדור הבא א. הקטנת השטח הנדרש לטיהור – ניתן למקם מיתקנים מתחת לחניוני מכוניות, או במרתפי בניינים רבי קומות, מבלי שהציבור ידע או יוטרד מכך. מבוסס על מערכות סינון מתוחכמות. ב. שיפור תהליכי ייצוב הבוצה – הקטנת הכמות המיועדת לסילוק מהמתקן, ושיפור איכות מבחינת מטרדי ריח . מבוסס על ניצול גז המתאן לבעירה בחימום וייבוש הבוצה. ג. מיקרוקפסולציה של קבוצות מ"א נבחרים (עם או בלי הנדסה גנטית), בעיקר להרחקת מזהמים ספציפיים.
טיפול בפסולת מוצקה • מיחזור – א. מיחזור פסולת ביתית (דורש אמצעי מיון, איסוף ושינוע למפעל). ב. מיחזור במפעל עצמו (החזרת חומר מסוף התהליך לתחילתו). 2. קומפוסטציה – הפיכה מיקרוביאלית של חומר אורגני למרקם יציב ובעל נפח קטן, המתאים לדישון.
שיטות קומפוסטציה • שיטת הערמה הסטטית – (חודשים) ערמת פסולת ללא התערבות. למניעת מטרדי ריח או חדירת חרקים, מכסים באדמה. הופכים את האדמה בתדירות לקבלת אחידות, ולהחדרת חמצן. המטבוליזם גורם להתחממות, 55-600C. תחילה פועלים התרמופילים, ורק בסוף, כשהמטבוליזם מואט וחלה התקררות, פועלים מזופילים על שאריות החומר האורגני.
שיטות קומפוסטציה 2. ביוראקטור מאוורר – 2-3 ימים, וייבוש של כחודש. זירוז הפעילות המיקרוביאלית על-ידי איוורור. בריכוז חמצן גבוה יש פעילות מטבולית נמרצת, המעלה את הטמפרטורה ל- 800C. בעקבות החום הפעילות המטבולית יורדת, והחום שנוצר מייבש את הקומפוסט. השהייה בתנאים תרמופיליים גורמת לסילוק פתוגנים!
