טיפול ביולוגי בקרקעות מזוהמות בחומר נפץ

טיפול ביולוגי בזיהום קרקע מחומרי נפץ

המודעות למניעה וטיפול בזיהומי קרקע הולכת וגדלה ברחבי העולם, הן בדעת הקהל והן בפעילות הרשויות. בישראל, טיפול בקרקע מזוהמת מהווה חלק הכרחי מכל תהליך של הסדרת רישוי ושימוש קרקע. שיטת הטיפול הנבחרת בזיהום קרקע קיים, צריכה לקחת בחשבון את המאפיינים הסביבתיים באתר כך שתעמוד ביעדי השיקום, תוך בחינת יחס עלות תועלת מיטבי. כל שימוש בחומרים מסוכנים יכול לגרום לזיהום קרקע. בדרך כלל, זיהום קרקע משמעותי נגרם כתוצאה מפעילות תעשייתית, צבאית או משימוש בדלקים. רוב התארים המזוהמים המוכרים לנו כיום הינם בקרבת מקום או באותה נקודה ממש, שבה פעלו או פועלים מפעלים של התעשייה הצבאית, תעשיות כבדות אחרות, תחנות דלק, מוסכים, בסיסי אימונים צבאיים או עסקים שעושים שימוש בחומרים מסוכנים.

קרקע מזוהמת היא קרקע אשר יימצאו בה כמויות החורגות מערכי הסף למזהמים שקבע המשרד להגנת הסביבה. לדוגמא, שאריות של מתכות, דלקים, מזהמים אורגניים או חומרי נפץ. קרקע מזוהמת עלולה להוות סיכון בריאותי וסביבתי באופנים שונים:

  • פגיעה באדם דרך מערכת העיכול ומערכת הנשימה.
  • פגיעה בחי ובצומח.
  • פגיעה במקורות המים.

כיום קיימות מגוון טכנולוגיות המקובלות לטיפול בקרקעות מזוהמות בחומרי נפץ והדף. הטכנולוגיות משתייכות ל – 4 קטגוריות טיפול: פיזיקליות, כימיות, טכנולוגיות ביולוגיות ותרמיות.

הצעת מחיר

סקירת חומרי נפץ

חומרי נפץ בהגדרתם הרחבה הם חומרים שעוברים שינוי כימי מהיר, תוך ייצור גז, כאשר הם עוברים חימום או זעזוע מבני. אלו חומרים הרגישים לזעזועים או לשחרור אנרגיה עצמי, כאשר הם נמצאים בכמות מספקיה וכשהם חשופים לגירויים כמו חום, תזוזה, חיכוך, אי התאמה כימית או מטען אלקטרוסטטי. כל חומר מגיב בצורה אחרת לגירויים, לרוב יישרפו, אולם חומרי נפץ עלולים אף להתפוצץ בתנאים מסוימים.

חומרי נפץ הם תרכובות או תערובות המתפוצצות בצורה מהירה ואלימה מאוד, המשמשות כמטעני נפץ בטילים או בקליעים כמו 2,4,6-trinitrotoluene המוכר יותר כ – TNT, Research Department Formula X – RDX ו – High Melting Explosive – HMX. רכיבים אלו הם נפיצים ביותר המיוצרים בדרך כלל על ידי תעשיות ביטחוניות וצבאיות. אבקת אלומיניום ואמוניום ניטרט – NH4NO3 נרכשים ממקורות מסחריים אזרחיים ומעובדים יחד במתקנים ייעודים ליצירת תערובות נפיצות ביותר כגון MINOL 2. מנקודת מבט של היקף הייצור והשימוש, TNT הינו הרכיב הבודד הגדול ביותר מבין החומרים הנפיצים. TNT הוא חומר מוצק בצבע צהוב, נטול ריח, המשמש כחומר נפץ בפגזים, פצצות ורימונים, הן בשימושים צבאיים והן בשימושים תעשייתיים אזרחיים.

תכונות והתנהגות של חומרי נפץ כמזהמי קרקע ומים

USAEC מניח בהערכה שמרנית של ערך הסף, כי כל קרקע המכילה יוצר מ – 10% משקלי של חומר נפץ מדרגה שנייה נוטה לעבור ייזום והעברת חום. על כן נדרשים מספר אמצעי בטיחות בזמן הדיגום והטיפול בקרקעות אלו. עבודה, דיגום ותוכניות בטיחות לאתרים מזוהמים בחומרי נפץ צריכים לכללו אמצעי בטיחות שבדרך כלל אינם נכללים בתוכניות עבודה ודיגום באתרים אחרים. אמצעי הזהירות החשוב ביותר הוא לצמצם את רמת החשיפה והוא כולל צמצום למינימום של כמות הפועלים שיחשפו למצבים מסוכנים, צמצום משך זמן החשיפה וצמצום דרגת הסכנה. אתרים עיקריים שבהם עלול להימצא זיהום קרקע בחומר נפץ כוללים אזורים שעברו הפצצות, משקעים מזוהמים בים, קידוחי החדרה לפסולת, אתרי פסולת, בריכות ואזורי חלחול תשטיפים ממתקני ייצור תחמושת ובורות קבורה לשאריות תחמושת.

שיטות וטכנולוגיות לטיפול בקרקע מזוהמת בחומרי נפץ

שלבים מקדימים לבחירת טכנולוגיה

  • הגדרת מטרות פעולות טיהור – נדרשת התייחסות לסוגי התווך השונים שעלולים להיות מזוהמים ובהם יצטרכו לטפל – קרקע, מים ואוויר.
  • זיהוי והגדרת הפעולות המתקנות הכלליות – נדרשת התחשבות בתקנים, דרישות והוראות אשר נובעות מחוקים ותקנות הנוגעות בתהליך הטיהור.
  • סקירת התהליכים והטכנולוגיות לטיפול בקרקעות מזוהמות בחומר הנפץ – בשלב זה מזהים את הפעולות, התהליכים וטכנולוגיות הניקוי הניתנות ליישום במסגרת הפעולות המתקנות. לגבי כל תהליך או טכנולוגיה יפורטו: סוג הטכנולוגיה ותיאורה, מידת ישימותה, מגבלותיה העיקריות, נתונים ביצועים, עלויות והסטטוס האופרטיבי שלה (ניסיונות מעבדה / שלב ביניים / יישום בקנה מידה מלא).

כל טכנולוגיה תבחן במסגרת תהליך סינון והערכה ראשוני על בסיס יעילותה. משקל נמוך יותר יינתן למרכיב העלות. כל טכנולוגיה עשויה לכלול מספר חלופות לתהליכים ופעולות ניקוי.

דוגמאות לטכנולוגיות

  • כיסוי קרקע – הנחת שכבת קרקע נקייה על פני הקרקע המזוהמת.
  • חידוש צמחייה – שתילת צמחייה ותחזוקתה מעל הקרקע המזוהמת.
  • כיסויים הנדסיים – התקנת שכבת חומר שאינה חדירה על פני השטח של אזורי הקרקע מזוהמת.
  • בקרות שונות של פני השטח – יישום כיסוי פלסטיק והתזת מים לצמצום כמות אבק מזוהם נפלטת בזמן עבודת השיקום.
  • הסרה / חפירה – הסרה של הקרקע המזוהמת מפני השטח באתר ומתחתיו.
  • סילוק / הטמנה – הטמנה של קרקע מזוהמת מחוץ לאתר או בתוכו.
  • קיבוע – הפיכת המזהמים בקרקע לבלתי מסיסים ועל ידי כל למנוע את שטיפתם מהמטריקס הקרקעי.
  • מיצוק וייצוב – שימוש בתוסף מלכד לצורך מיצוק וייצוב המזהמים בקרקע.
  • זיגוג – שימוש בזרם חשמלי גבוה על מנת להמיס את הקרקע המזוהמת בטמפרטורות גבוהות.
  • טיפול – צמצום נפח המזהמים, רעילותם וניידותם. ניתן ליישם באתר (in-situ) או מחוץ לאתר (ex-situ).

טיפול ביולוגי בקרקעות שזוהמו בחומרי נפץ

בטיפול ביולוגי נעשה שימוש בתרביות טבעיות, האופייניות למקום הטיפול או בתרביות סלקטיביות של חיידקים, שמרים או פטריות על מנת לפרק תרכובות אורגניות מסוכנות לתרכובות פחות מסוכנות. טכניקות טיפול ביולוגי הן פירוק או טרנספורמציה המכוונת לגירוי המיקרואורגניזמים לגדול תוך השימוש במזהמים כמקור אנרגיה ומזון, זאת על ידי יצירת סביבה מתאימה. בדרך כלל הכוונה להוספת הרכבים משתנים של חמצן, חומרי דישון ולחות וכן בקרה על טמפרטורה וה – PH. לעיתים מוסיפים מיקרואורגניזמים שעברו הסתגלות לפירוק המזהמים הספציפיים על מנת להגביר את קצב התהליך. תהליכי טיפול ביולוגי רגישים לטמפרטורה, PH, ריכוז חמצן, תכולת לחות, זמינות חומרי מזון וריכוזי חומרים מעכבים.

טיפול ביולוגי הוא הטיפול היעיל ביותר לדילול תמיסות המכילות חומרי נפץ, אולם TNT בצורות הגבישית קשה לטיפול ביולוגי.

טיפול ביולוגי בתרחיף

ערבוב הקרקע המזוהמת במים ובתוספים יוצרת הרחפה. התוצר מעורבב על מנת לשמור את המיקרואורגניזמים הצמודים למוצקים במצב של הרחפה ובמגע צמוד עם מזהמי הקרקע. בשלבי התהליך האחרונים מבצעים הוצאה של המים. את הקרקע המטופלת ניתן להטמין או לפזר פיזור חקלאי.

טיפול ביולוגי בתרחיף

קומפוסטציה

הקומפוסטציה היא תהליך ביולוגי מבוקר, שבו מזהמים אורגניים עוברים המרה על ידי מיקרואורגניזמים בתנאים אירוביים ואנאירוביים לתוצרים יציבים שאינם מזיקים, תהליך זה מבוצע מחוץ לאתר. המיקרואורגניזמים המבצעים את התהליך משתייכים לשלוש קבוצות עיקריות:

  • חיידקים
  • פטריות
  • אקטינומיצטס

קומפוסטציה בערימות מאווררות נייחות – ASP

החומר המזוהם שנחפר מעורבב עם חומרים המשמשים כמעודדי פירוק. לאחר מכן עורמים את התערובת בערימות נייחות בצורת סוללות בגובה אופייני ממוצע של כ – 2 מטרים ובאורך ממוצע של כ – 10 מטרים. לאחר מכן מבוצע אוורור מאולץ באמצעות מפוחים אשר מעודדים את גדילת המיקרואורגניזמים.

תהליך קומפוסטציה בערימות נייחות

קומפוסטציה בשורות עומרים

שיטה דומה לקומפוסטצית ASP. השונה בה שהקומפוסט מונח בערימות ארוכות, מעורבב ומאוורר באופן מחזורי על ידי כלי רכב ייעודיים. מספר היפוכים אופייני של הערימות נע בין 2 – 3 פעמים בשבוע. בשיטה זו קיימת פליטת גזים גדולה ולעיתים נדרש לבצע טיפול נוסף בגזים.

קומפוסטציה בשורות עומרים

קומפוסטציה מכנית במיכל

הקרקע המזוהמת מוכנסת לכלי קיבול סגור המשמש כריאקטור, שם החומר עובר ערבוב ואוורור מכני ביחד עם החומרים המשמשים כמקור פחמן. התהליך מבוצע תוך כדי בקרה שוטפת על הערבוב, זרימת אוויר, טמפרטורה, תכולת הלחות וריכוז החמצן. זאת במטרה להפחית את זמן הקומפוסטציה ולצמצם את הריח הנפלט ממנו. זמן השהייה האופייני במיכל סגור הינו כ – 3 ימים ולאחריהם זמן שהייה של כ – 45 יום מחוץ למיכל.

פיזור כקרקע לחקלאות

לאחר חפירת קרקע מזוהמת / סדימנט / בוצה מזוהמת מיישמים עליה מספר מחזורי היפוך או עיבוד לצורך אוורור הפסולת. בטכנולוגיה זו קיימות שתי צורות יישום עיקריות:

  • Landraming– טכנולוגיה שמיושמת בקנה מידה מלא המשלבת סידור בשורות מכוסות ושיטות אחרות לשליטה בחלחול המזהמים בתשטיפים, המצריכות חפירת והנחת הקרקע המזוהמת. הקרקע המזוהמת מונחת בשורת ערוגות ועוברת תהליך של היפוך מחזורי או עיבוד במטרה לאווררה. תנאי הקרקע מבוקרים בדרך כלל על מנת לבצע אופטימיזציה של דרגדציית המזהמים. כאשר מושגת רמת טיהור רצויה, שכבת הקרקע מוסרת ומוערמת ערימה אחת. לעיתם מסירים רק את החלק העליון של הערימה, עורמים מעליה קרקע מזוהמת בערימה נוספת ומערבבים. צורת יישום זו מחדירה למעשה תרבית חיידקים פעילה למנת הקרקע המזוהמת הטרייה שהוספה ועשוייה להפחית את זמני הטיפול.

תהליך לאנדפארם

  • Landtreatment– טכנולוגיית טיהור ביולוגי שיושמה בקנה מידה מלא, שבה קרקעות מזוהמות, סדימנטים או בוצות עוברים היפוך ומושארים להגיב עם האדמה והאקלים באתר. הפסולת, הקרקע, האקלים והפעילות הביולוגית יוצרים תגובה דינמית כמערכת לפירוק, טרנספורמציה וקיבוע של מרכיבי הפסולת. הפסולת מעורבבת באופן מחזורי לצורך אוורור וזירוז תהליכים. תנאי הקרקע מבוקרים באופן רגיל על מנת לבצע אופטימיזציה של קצב הפירוק הביולוגי של המזהמים.

שיקום באמצעות צמחייה

Phytoremediation היא טכנולוגיה שבה עושים שימוש בצמחים להרחקה, העברה, ייצוב או הריסת מזהמים בקרקע, סדימנטים או מי תהום. המזהמים המטופלים יכולים להיות אורגניים או אנאורגניים. המנגנון של Phytoremediation כולל:

  • ביודגרדציה מוגברת באזור בית השורשים – מתרחש בסביבת שורשי הצמח. חומרים טבעיים שמשחרר הצמח מספקים חומרי הזנה למיקרואורגניזמים המעודדים את פעילותם הביולוגית. שורשי הצמחים גם מדללים את הקרקע, מתים ומשאירים נתיבים למעבר מים ואוויר. תהליך זה נוטה למשוך מים לפני השטח ולייבש אזורים נמוכים ורווים.
  • הצטברות בצמחייה – יניקת מזהמים על ידי השורש ו – translocation/accumulation של המזהמים באזורים אחרים בצמח – הגבעולים והעלים.
  • פירוק בעזרת צמחייה – מטבוליזם של המזהמים ברקמות הצמחיות. מצחים מייצרים אנזימים שעוזרים לזרז את תהליך הפירוק.
  • ייצוב באמצעות צמחייה- ייצור תרכובות כימיות על ידי צמחים שהופכים את המזהמים לחסרי יכולת תנועה באזור המגע בין השורשים לקרקע.

מסלול פיטומידיאשיין

טיפול ביולוגי מוגבר in-situ

הגברת תהליך הפירוק הביולוגי הטבעי הוא תהליך שבו מיקרואורגניזמים טבעיים או תרביות שעברו תהליך אקלום מפרקים בצורה מטבולית מזהמים אורגניים הנמצאים בקרקע ו/או במי התהום, תוך שהם הפוכים אותם לתוצרים סופיים שאינם מזיקים. פעילות המיקרואורגניזמים הטבעיים מומרצת על ידי פיזור תמיסות והחדרתן לקרקעות המזוהמות על מנת להגביר את קצב הפירוק הביולוגי (in-situ) של המזהמים האורגניים או על מנת לקבע מזהמים אנאורגניים. חומרי מזון, חמצן או מרכיבים אחרים משמשים כדי להגביר את קצב הפירוק הביולוגי ואת ניתוק וספיגת המזהמים מהחומרים אליהם ספוחים מתחת לפני השטח.

תהליכי טיפול אלו שייכים לקטגוריית תהליכי In-situ biological treatment והם כוללים:

  • תהליכים אירוביים – מיקרואורגניזמים יפרקו מזהמים אורגניים רבים לפחמן דו-חמצני בנוכחות כמות מספקיה של חמצן ויסודות הזנה אחרים, מים וביומסה של תאים מיקרובאליים. הגברת תהליך הפירוק הביולוגי הטבעי בקרקע מושג באמצעות חלחול של מי קרקע או מים לא מזוהמים, שעורבבו עם חומרי דישון וחמצן מומס.
  • תהליכים אנאירוביים – בהעדר חמצן , המזהמים האורגניים יעברו פירוק מטבליתי למתאן, כמויות מעטות של פחמן דו-חמצני ועקבות של גז מימן. בתנאים מחזרי סולפט, מחוזר לגופרית ובתנאים מחזרי ניטרט נוצר גז חנקן (N2).
  • טיפול בעזרת פטריות ריקבון לבנות – לפטריות כושר מוכח בפירוק של מגוון רחב של מזהמים אורגניים בקרקעות בכלל חומרי נפץ. הסיבה לכושר הפירוק הגבוה של פטריות אלה היא הימצאותם של אנזימים מפרקי ליגנין או מעודדי תהליכי ריקבון עץ בתאיהן.

Biopile

טיפול Biopile הוא טיפול שבו קרקעות מזוהמות שנחפרו מהאזור המזוהם מעורבבות על חומרי מזון ואורגניזמים ומועברות למכלים סגורים. בהמשך מתקיים תהליך של קומפוסטציה באמצעות אוורור של ערימות נייחות, כאשר האוורור מבוצע עם מפוחים או משאבות ואקום.

תהליך טיפול ביופייל

שיטת שטיפת קרקע

שטיפת קרקע נחשבת לטכנולוגיה פיזיקלית / כימית של טיהור קרקע מזוהמת. מדובר בטכנולוגיית טיפול ex-situ המבוצעת על קרקע שנחפרה מהאתר המזוהם. בטכנולוגיה זו ממצים את המזהמים מהקרקע בעזרת תמיסת נוזל שטיפה המורכבת ממים, ממיסים אורגניים, כלאטים, חומרים פעילי שטח (סורפקטנטים) וחומצות או בסיסים, תלוי במזהם אותו רוצים להרחיק. רוב המזהמים ספוחים על גבי המקטע הדק של גרגרי הקרקע. בתהליך פיזיקלי זה מופרד מקטע מוצקי הקרקע הגס מהמקטע הדק. המקטע הדק מתרכז והתוצאה היא הפחתת נפח. התמיסה המטופלת מוחזרת להתחלת התהליך ולאחר מכן ניתן למלא מחדש את החפירה שנוצרה בקרקע מן המקטע הגס. ייתכן ויידרש טיפול נוסף לזרם הפסולת המטופל, הכולל מזהמים מרוכזים זאת לפני הטמנתו.

תהליך שטיפת הקרקע מתבצע באמצעות נוזל השטיפה המשמש לניקוי / קירצוף של הקרקע להרחקת מזהמים. המזהמים מורחקים באחת משתי צורות:

  • המסה או הרחפה בתמיסת שטיפה.
  • ריכוז מזהמים בנפח קטן יותר של אדם באמצעות הפרדה של גדלי חלקיקים, הפרדה גרביטציונית ושטיפה תוך תהליך קרצוף.

מערכות שטיפת קרקע משלבות רבות מטכניקות ההרחקה ומתאימות למגוון רחב של מזהמים- מתכות כבדות, רדיונוקלואידים ומזהמים אורגניים. הרעיון של הפחתת זיהום קרקע באמצעות שימוש בתהליכי הפרדת המזהמים מבוסס על הידע הקיים, שרוב המזהמים האורגניים והאנאורגניים נוטים להקשר, כימית או פיזיקלית לחרסיות, סילט ולחלקיקי חומר אורגני בקרקע. הסילט והחרסית מחוברים בדרך כלל לחלקיקי חול ואבנים על ידי תהליכים פיזיקליים – בעיקר דחיסה והדבקות. תהליכי השטיפה, שמפרידים את מקטע החלקיקים הדק המכיל חרסיות וסילט מגרגרי החול הגס והחצץ, מפרידים ומרכזים את המזהמים לנפח קטן של אדמה. באדמה זו ניתן להמשיך ולטפל או להטמין אותה. הפרדה גרביטציונית יעילה לצורך הרחקה של חלקיקים בעלי משקל ספציפי כמו תרכובות המכילות מתכות כבדות. שחיקה באמצעות שפשוף מסירה את הזיהום שצמוד בפילם דק לגרגירי הקרקע הגסים. תהליך הקרצוף עשוי להגדיל את אחוז המקטע הגס בקרקעות שעוברות את התהליך. את המקטע הגס והנקי ניתן להחזיר לאתר.

תערובות מרוכבות של מזהמים בקרקע מקשות מאוד על מציאת נוסחת חומרים אחת של תמיסת שטיפה שתהיה יעילה לאורך זמן בהרחקת סוגי המזהמים השונים. במקרים אלה מבצעים שטיפה מחזורית בה נעשה שימוש בפורמולציות שונות ו/או קרקעות שונות לשינוי יחסי קרקע / נוזל / מזהם. שטיפת קרקע נחשבת לטכנולוגיה המשמשת להעברת המזהם מהתווך הקרקעי לתווך הנוזלי. המים המזוהמים הנוצרים בתהליך שטיפת הקרקע מטופלים בטכנולוגיות מתאימות לסוגי המזהמים שהופרדו בתהליך. משך הזמן של תהליך השטיפה הוא באופן אופייני קצר עד בינוני.

תהליך שטיפת קרקע

אפשרויות יישום שטיפת קרקע

קבוצות מזהמי המטרה לשטיפת קרקע הן : SVOCs, דלקים ומתכות כבדות. הטכנולוגיה יכולה לשמש למספר מצומצם של VOCs וקוטלי חקרים. הטכנולוגיה מציעה את היכולת למצות מתכות וכן לנקות טווח רחב של מזהמים אורגניים ואנאורגניים מקרקעות בעלות מקטע גרגירי גס.

מגבלות תהליך שטיפת קרקע

גורמים אשר עשויים להגביל את ישימות ויעילות התהליך כוללים:

  • תערובות ותרכובות מורכבות של פסולת ומקשות על פורמולציית נוזל השטיפה.
  • ריכוז גבוה דל חומר אורגני בקרקע מחייב טיפול מקדים.
  • זרם הנוזל דורש טיפול במזהמים לפני הזרמתו לביוב.
  • ייתכן ויידרשו שלבי טיפול נוספים בשאריות הממיסים שיוותרו בקרקע.
  • ייתכן קושע בסילוק מזהמים אורגניים שנספחו על חלקיקים ממקטע חרסיתי.
  • ייתכנו תכונות לא רצויות של תמיסת השטיפה.

נתוני ביצועים

נכון לעתה נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיה זו באירופה ושימוש מוגבל בארה"ב. הטכנולוגיה הראתה ביצועים טובים מאוד בהפחתת ריכוזי עופרת. טכנולוגיית השטיפה נבדקה בקרקעות המכילות חומרי נפץ ונמצא כי יעילותה מוגבלת בשל מסיסותם הנמוכה של חומרי הנפץ. יחד עם זאת קיים תהליך שטיפת קרקע בשם "Lurgi" המפותח בגרמניה אשר מדווח על הצלחה בהפחתת רמת הזיהום בחומרי נפץ בקרקעות לרמה נמוכה.