טיפול ביולוגי במי תהום

טיהור מי תהום

מי תהום הינם מים הנמצאים מתחת לפני השטח ומרווים את רווחי הנקבוביות באזור. ישנו שימוש רב במי תהום: חקלאים משתמשים בהם להשקיית היבולים, תעשיות משתמשות בהם לצורכי מסחר, בני אדם משתמשים בהם לצורכי שתייה ועוד. לפחות חצי מהאוכלוסייה בארה"ב תלויה במי תהום כמקור לשתייה. רוב מי התהום נקיים, אך הם יכולים להזדהם כתוצאה מפעילויות שונות של בני אדם או מתנאים סביבתיים שונים. שימוש במי תהום מזוהמים עלול לגרום לנזקים רבים, בין היתר הוא יכול לפגוע בבריאות בני אדם, בצמחייה, בבעלי חיים ובאורגניזמים השונים הקיימים בסביבה. כך למשל, בשנים האחרונות דווח על אלפי מקרי חולי ומאות מקרי מוות כתוצאה משימוש במי תהום מזוהמים ברחבי העולם. על כן טיפול במי תהום מזוהמים הוא אחד הנושאים העיקריים שעולים על סדר היום. ישנם סוגים שונים של טיפולים שכוללים: טכנולוגיות לטיפולים כימיים, שיטות פיזיקליות שונות ועוד. אולם, מאמר זה מתמקד בטכנולוגיות שונות לטיפול ביולוגי במי תהום.

מאת תומר קליינבלט- מהנדס תפעול ויועץ סביבתי של חברת איזיטופ

זיהום מי תהום

כאשר גשמים נופלים לקרקע, תנועת המים אינה נעצרת. חלק מהמים זורמים דרך נהרות או אגמים, חלק מתאדים וחוזרים לאטמוספירה וחלק משומשים ע"י האורגניזמים השונים בסביבה. אולם, חלק מהם מחלחלים מתחת לפני הקרקע בתוך נקבוביות. מי תהום הינם מים המצויים בתת-הקרקע, פעמים בשכבות רדודות ופעמים בשכבות עמוקות. מי התהום מתמלאים מגשמים המחלחלים מפני השטח כלפי מטה ומתרוקנים דרך מעיינות. המים ממלאים את החללים והסדקים הקטנים שבסלעים, במרחב שנקרא תווך נקבובי. המים מרווים את הסלעים בדומה לספוג הרווי במים. מהירות זרימת מי התהום קטנה לאין-שיעור ממהירות זרימת המים בנהרות בשל החיכוך הרב עם השלד המוצק שבתוכו הם זורמים. שכבת הסלעים שבתוכה אגורים המים ויכולים לזרום בקלות באופן שאפשר להפיק אותם נקראת אקוה. שכבת הסלע שהמים אינם יכולים לזרום בה בקלות, ועל כן אי אפשר להפיק אותם ממנה, נקראת אקוויקלוד.

קהילות רבות במרחבי העולם משתמשים במים מאקוה כמי שתייה. ספקי מים קודחים בבארות דרך קרקעות וסלעים לתוך אקוות במטרה לספק מי שתייה לציבור הרחב. בנוסף לבתים רבים יש בארות אישיות שמהם הם צורכים את מי השתייה שלהם. אולם, מי תהום עלולים להזדהם ע"י פעילות אנושית. כימיקלים יכולים להיכנס לתוך הסלעים והקרקע ולזהם את האקוה ולבסוף את כל הבאר. זיהום זה עלול לפגוע בבריאות בני האדם והאורגניזמים השונים בסביבה. כך למשל לפי מידע שקיים באתר של ה-EPA (United States Environmental Protection Agency) בשנת 1993-1994 דווח על עשר התפרצויות הקשורות למי תהום בלתי מטופלים מבארות PWS (Public Water Supply). דבר זה גרם ל- 1568 מקרי חולי ו-7 מקרי מוות בארה"ב. בנוסף בין השנים 1971-1994 דווח על 356 התפרצויות הקשורות לפילוג מקורות מי תהום במערכות מים. רובם התרחשו עקב זיהום ממקור מימי.

בשל הסיכונים הרבים שקיימים בזיהום מי תהום, יש צורך לנקוט באמצעים שונים כדי למנוע מצב זה ולהימנע ממנו בעתיד ובכדי לטפל במצבים שכבר קיימים. לשם כך קיימות תוכניות שונות להגנת מי השתייה, כמו למשל תוכנית UIC (Underground Injection Control Program) שאחראית להסדיר את ההרשאות, התפעול, המבנה והאטימה של בארות שבהם קיימים נוזלים תחת הקרקע לאכסון או להתפטרותן.

ישנו שימוש בטכנולוגיות שונות לטיפול במי תהום, כמו למשל טכנולוגיות לטיפול כימי (חילוף יונים, ספיגת פחמן, חמצון כימי, משקעים כימים, שימוש בחומרים פעילי שטח ועוד), טכנולוגיות לטיפול פיזיקאלי (שימוש במשאבות, השפרצת אוויר ועוד), אולם מאמר זה יעסוק בשימוש בטכנולוגיות שונות לטיפול ביולוגי במי תהום.

טכנולוגיות לטיפול ביולוגי

השימוש בטכנולוגיות הכוללות טיפול ביולוגי מהווה כלי יעיל וחשוב בטיפול והסרה של מזהמים ממי התהום. ישנו מספר רב של טיפולים מסוג זה, להלן מוצגים חלק מהם.

ביואוגמנטציה (Bioaugmentation): תהליך של הוספת תרביות חיידקים המתאימים לאותה סביבה בכדי להאיץ את קצב הפירוק של המזהמים. תהליך זה מגביר את ריכוז האנזים הפעיל במערכת הביולוגית וכתוצאה מכך גורמת להאצה בקצבי הפירוק. באזורים בהם קיים זיהום של אתילנים מוכלרים בקרקע ומי תהום, כמו למשל טטראכלורואתילן וטריכלורואתילן ביואוגמנטציה משומשת בכדי להבטיח שמיקרואוגניזמים במקום (in situ)  יפרקו באופן מוחלט מזהמים אלו לאתילן וכלוריד (אינם רעילים).

אוורור ביולוגי (Bioventing): טכנולוגיית טיפול מקומי (in situ) אשר משתמשת במיקרואורגניזמים לפרק רכיבים אורגנים הנספגים במי התהום. אוורור ביולוגי מגביר את פעילות של בקטריות טבעיות ומדמה את הפעילות של הפירוק הביולוגי של פחמימנים במקום (in situ) ע"י זרימת חמצן או אוויר לתוך האזור הבלתי רווי תוך כדי סיפוק חומרי מזון מתאימים בעת הצורך.

התזה ביולוגית (Biosparging): התזה ביולוגית היא טכנולוגית טיפול במקום (in situ) אשר משתמשת במיקרואורגניזמים מולדים בכדי לפרק רכיבים אורגנים בתווך הרווי. בתהליך זה אוויר או חמצן וחומרי מזון מוזרקים לתווך הרווי בכדי להגביר את הפעילות הביולוגית של מיקרואורגניזמים אלו. אחת המטרות המרכזיות של שימוש בשיטה זו הינה הפחתת ריכוזי רכיבי הנפט שמומסים במי התהום.

 Bioslurping: שיטה ביולוגית לפירוק אירובי של פחמימנים כאשר אוויר מוזרם לתוך התווך הבלתי רווי. שיטה זו משלבת אלמנטים של אוורור ביולוגי והגברת שאיבת ואקום של תוצרים חופשיים הקלים מהמים – LNAPL (light non-aqueous phase liquid) לשם שיקומם ממי תהום וקרקע. מערכת  Bioslurper משתמשת בצינור המשתרע לשכבת התוצר החופשי. המשאבה מוציאה נוזל שכולל תוצר חופשי וגז קרקע בקצה הצינור העליון. ישנה שאיבה של LNAPLs כמו שמן לאזור מעל התווך הרווי, בו מים מוחזקים ע"י כוחות קפילריים. LNAPL מובא לפני השטח ושם הוא מופרד מהמים והאוויר.

טיפול צמחי (Phytoremediation): בתהליך זה צמחים ועצים ספציפיים נשתלים בכדי ששורשיהם יספגו מזהמים במהלך הזמן ממי התהום. תהליך זה יכול להתבצע באזורים בהם השורשים יכולים להשתקע במי תהום. דוגמה לכך הוא השימוש בצמח אברה ארוכת עלים (Chinese Ladder fern Pteris vittata) גם ידוע בשם brake fern שסופג ביעילות ארסן. בנוסף ישנם מספר סוגי עצי צפצפה מהונדסים גנטית בעלי יכולת גבוהה לספוג כספית.

 

סיכום ומסקנות

מי תהום מזוהמים מסוכנים מאוד לבריאות האדם ולאורגניזמים השונים בסביבה. לפי מאמר באתר של EPA בשם Ground Water Rule: Public Health Concerns הבקטריות הפתוגניות הכי נפוצות אשר צפות על פני המים הינם פתוגניים אופורטוניסטיים אשר יכולים לחדור למערכות של המים. אחת התופעות הידועות והחשובות היא המצאות החיידקים  Pseudomonas aeruginosa שגורם לשלשולים. חיידקים אלו עלולים לגרום למחלות בבני אדם ובעלי חיים. Aeromonas hydrophila הינם חיידקים סתגלניים גרם שליליים הטרוטרופים (מתייחס ליצור אשר מוכרח לצרוך תרכובות אורגניות מן הסביבה כדי להתקיים) שמתקיימים בד"כ באזורים בעלי אקלים חמים וגורמים לשלשולים. חלק מהחיידקים הקיימים במי תהום מזוהמים עלולים לגרום למוות ולמקרי חולי קשים. על כן יש צורך בהמשך מחקרים בנושא ופיתוח מערכות נוספות תוך כדי יישום כל ההנחיות והתקנות הרלוונטיות, בכדי להימנע מזיהום של מי תהום ולטפל במקרים שכבר קיימים.

 

הכותב: תומר קליינבלט – מהנדס ביוטכנולוגיה, המשמש כמהנדס תפעול ויועץ סביבתי בחברת איזיטופ פתרונות טכנולוגיים לאיכות הסביבה בע"מ.