שימוש בחיידקים כאמצעי לטיפול ביולוגי בקרקעות מזוהמות

תומר קליינבלט. מהנדס תפעול ויועץ סביבתי

בשנת 2013 על פי הועידה האירופאית דווח על יותר מ – 2.5 מיליון אזורים בעלי פוטנציאל להיות כקרקעות מזוהמות בין 38 מדינות אירופאיות וקרוב ל-350,000 אזורים זוהו כאזורים מזוהמים ומספר זה רק הולך וגדל (על פי .(GSF – Global Soil Forum מספר הקרקעות המזוהמות במדינת ישראל מוערך בעשרות אלפים, אולם רק חלק קטן מתוכן מופה עד היום באופן וודאי. על כן יש צורך במניעה וטיפול באותן קרקעות.

אוגוסט 2014, מאת תומר קליינבלט-מהנדס תפעול ויועץ סביבתי של חברת איזיטופ

טיפול בקרקעות מזוהמות הוא אחד הנושאים העיקריים שמעסיקים כיום את אנשי עולם איכות הסביבה וזאת מהסיבה שקרקע מזוהמת פוגעת בבני אדם ובאורגניזמים שונים בסביבה: בעלי חיים, צמחיה ועוד. בשנת 2013 על פי הועידה האירופאית דווח על יותר מ- 2.5 מיליון אזורים בעלי פוטנציאל להיות כקרקעות מזוהמות בין 38 מדינות אירופאיות וקרוב ל-350,000 אזורים זוהו כאזורים מזוהמים ומספר זה רק הולך וגדל (על פי .(GSF – Global Soil Forum על כן יש צורך במניעה וטיפול באותן קרקעות. ישנן שיטות שונות ומגוונות לטיפול בקרקעות אלו, אולם מאמר זה עוסק בשימוש בחיידקים ככלי לטיפול ביוכימי בנושא זה.

קרקע מוגדרת כתערובת של מינרלים, חומרים אורגנים, מים ואוויר המצויים בשכבה העליונה של קרום כדור הארץ. קרקע היא משאב חיוני המשמש את האורגניזמים השונים המצויים בסביבה באספקטים רבים ומגוונים, בין היתר מהווה כבית גידול לחי ולצומח ומשמש לצורכי בנייה ופיתוח, חקלאות, מסחר ותעשייה ועוד. כתוצאה של חלק מהשימושים שהוזכרו לעיל וכאשר לא ננקטים אמצעים מתאימים עלול להיווצר זיהום בקרקע. קרקע מזוהמת מוגדרת ככזאת שריכוז חומר מסוים באדמה גבוה יותר ממה שאמור להיות באופן טבעי. משרד איכות הסביבה אף מגדיר קרקע מזוהמת כאחת שמהווה סיכון לציבור ולסביבה כפי שנקבע ע”י) IRBCA מתודולוגיה לביצוע סקרי סיכונים לקרקע ולמים בישראל  Israel Risk Based Corrective Action ). אורגניזמים שונים, כגון בני אדם ובעלי חיים, עלולים להיחשף לאותם חומרים מזיקים ע”י שאיפת גזי קרקע או מגע עם אותה קרקע וכך להיפגע. זאת ועוד חומרים מזהמים בקרקע עלולים להגיע למקורות מים שונים וכך לגרום לזיהום מי שתייה. בשל סיכונים אלו יש צורך במניעה וטיפול בקרקעות הללו. טיפול ביולוגי היא אפשרות שמציעה להרוס או להפוך את המזהמים השונים לחומרים פחות מזיקים ע”י שימוש בפעילות ביולוגית טבעית. מחירים נמוכים, שיטות פשוטות יחסית מבחינה טכנולוגית והסכמת כלל הציבור לבצע פעולות אלו באזור האתר הם רק חלק מהיתרונות של שיטה זו. למרות שהמתודולוגיה אינה מסובכת טכנית, יש צורך בידע, ניסיון ומומחיות על מנת לעצב תוכנית לטיפול שכזה, זאת בשל הרצון להתאים את הפעילות לאזור ולאפשר תנאים אופטימאליים בכדי לקבל תוצאות מספקות. טיפול ביולוגי משומש במספר אזורים ברחבי העולם כולל אירופה. שיטה זו אובחנה ככלי בעל הצלחה רבה. עם הידע הרב והניסיון הטכניקות משתפרות ואין שום ספק ששיטה זו היא בעלת פוטנציאל להתמודדות עם סוגים שונים של קרקעות מזוהמות. יחד עם זאת יש לציין שהטיפול הנ”ל לא תמיד מתאים כיוון שטווח המזהמים הינו מוגבל והזמן שלוקח לטיפול יחסית ארוך בהשוואה לשאר השיטות.

עקרונות שיטת הטיפול הביולוגי

ביוטכנולוגיה סביבתית הינו תחום רחב שנעשה בו שימוש במגוון אופקים, בין היתר לשם טיפול במזהמים אשר מצויים באוויר, בים וביבשה. טיפול ביולוגי מוגדר כשימוש באורגניזמים לשם הפיכת מזהמים סביבתיים לצורות פחות מזיקות ע”י תהליכים ביוכימיים. לשם השגת מטרה זו ישנו שימוש נרחב בחיידקים, פטריות וצמחים, אולם מאמר זה מתמקד בעיקר במיקרואורגניזמים השונים (חיידקים) כאמצעי לטיפול ביולוגי בקרקעות מזוהמות. מיקרואורגניזמים יכולים להיות מבודדים מאזור אחר ומובאים לאותו אזור מזוהם לשם הגברת הטיפול, תהליך הקרוי אוגמנטציה ביולוגית או לחלופין להמצאות באופן טבעי באותו אתר מזוהם. תרכובות מזוהמות עוברות טרנספורמציה ע”י אותם מיקרואורגניזמים דרך ריאקציות שלוקחות חלק בתהליכים המטבוליים שלהם. יש לציין שבדרך כלל התהליך מתרחש כתוצאה ממספר פעולות של מספר מיקרואורגניזמים שונים. על מנת שהטיפול הביולוגי יהיה אפקטיבי, מיקרואורגניזמים חייבים לתקוף את המזהמים באופן אנזימתי ולהפוך אותם לתוצרים פחות מזהמים. בכדי שזה יקרה  יש לאפשר תנאים סביבתיים מתאימים לשם פעילות וגדילה מיקרוביאלית מתאימה.

אסטרטגיות הטיפול הביולוגי

ישנם מספר טכניקות לשם טיפול ביולוגי אשר תלויים ברמת הרוויה ואספקת החמצן באזור. במאמר זה נתמקד בשיטות In-situ  (טיפול מקומי) המוגדרות ככאלו שמופעלות באדמות ומי קרקע באזור ללא התערבות או התערבות מינימאלית ותהליכיEx situ  (טיפול חיצוני),  טכניקות שמופעלות על מי קרקע בשאיבה או אדמות שהועברו בחפירות מאזור מסוים לאזור אחר לשם טיפול. לאחרונה יש שימוש נרחב בשיטות אלו, כך למשל במרץ 2014 התהפכה מכלית סולר בכביש 70 בין צומת יבור לצומת אחיהוד, צוות מומחים טיפל באמצעות שיטות In situ בקרקעות הסמוכות לכביש זה וכך מנע  את הזדהמותן.

טיפול מקומי (In-Situ)

טכניקות אלו מאוד מבוקשות בשל המחירים הנמוכים בשימוש בהן ובשל כך שאין צורך בחפירות ארכיאולוגיות למעבר המזהמים. אולם, הטיפול מוגבל ותלוי בעומק האדמה: בין מספר סנטימטרים ל- 30 ס”מ וזאת משיקולי דיפוזיה יעילה של החמצן. למרות זאת ישנם מקרים בהם טיפול יעיל התרחש גם ב- 60 ס”מ ומעלה. להלן מוצגים חלק מהשיטות והטכניקות החשובות ביותר:

Bioventing – אחת מהשיטות היותר נפוצות. היא נעשית ע”י אספקת אוויר ונוטריינטים דרך בארות לאדמות מזוהמות במטרה להמריץ את הפעילות של החיידקים באזור. אוורור ביולוגי מפעיל קצבי אוויר נמוכים ומספק את כמות החמצן הדרושה לשם הטיפול הביולוגי. בנוסף היא מקטינה את התנדפות ושחרור של מזהמים לאטמוספרה. שיטה זו יעילה במקומות בהם הזיהום מצוי עמוק מתחת לפני השטח.

biodegradation – טיפול זה נעשה ע”י סיפוק חמצן ונוטריינטים באמצעות הנעה במחזור של תערובות מימיות לאדמות מזוהמות לשם הגברת הפעילות הטבעית של הבקטריות לפירוק מזהמים אורגניים.

Biosparging – שיטה זו עוסקת בהזרקת אוויר תחת לחץ על מנת לעלות את ריכוזי החמצן ולהאיץ את קצב פעילות הפירוק הביולוגי של מזהמים ע”י בקטריות. שיטה זו פשוטה וזולה ולכן מאוד יעילה.

טיפול ביולוגי חיצוני Ex-situ

טכניקות אלו מערבות חפירות או הסרה של אדמה מזוהמת מהקרקע.

Landfarming – טכניקה פשוטה בה קרקע מזוהמת מפוזרת במצע מתאים ונחרשת באופן מחזורי עד שהמזהמים מתפרקים. המטרה היא להגביר את הפעילות של החיידקים באזור ולהקל על הפירוק האירובי של המזהמים.

Composting – תהליך ביולוגי אנארובי שממיר פסולת אורגנית לתוצר אורגני יציב שניתן להשתמש בו מחוץ לאתר או באתר עצמו. תהליך זה מצמצם את נפחי המים ומחסל פתוגניים ובצורה כזאת שומר על יותר חומרי מזון לשימוש ע”י היבולים. בנוסף, חומר אורגני שהפך לקומפוסט הנו דשן טבעי אשר מפחית את הצורך בדשנים כימיים מזהמים ומשפר לאין ערוך את המרקם הפיזי של הקרקע, שחשיבותו גדולה ביותר לצמחים.

Biopilesעירום אדמות מזוהמות לצברים והמרצת פעילות מיקרוביאלית אירובית בקרקעות ע”י אספקת חמצן, חומרי מזון, מינרלים ותנאי סביבה מתאימים שם.  כתוצאה מפעילות ביולוגית זו ישנו פירוק של תוצרי נפט וירידה בריכוזי הרכבי הנפט.

Bioreactorsריאקטור הינו כלי בו מתבצעות תגובות ביוכימיות. אדמה מזוהמת מוכנסת לתוך ריאקטור מימי או ריאקטור שמכיל תערובת דלילה של מים וחומר מוצק. לריאקטור כלי קיבול ומערכת שמשומשת לשם יצירת 3 פאזות (מוצק, נוזל וגז) ומאפשרת את כל התנאים הנחוצים להעלאת קצב הטיפול ע”י הביומסה (המיקרואורגניזמים הטבעיים) המצויה בריאקטור.

לכל שיטה שהוצגה לעיל יש יתרונות וחסרונות ועל כן שיטות מסוימות יכולות להמצאות מתאימות בסביבות שונות, בתנאים שונים ועל פי הרכב הקרקע.

טיפול ביולוגי בקרקעות מזוהמות באתר הפסולת הגדול בארץ במישור רותם.

digum
מסקנות

אחד הנושאים העיקריים המעסיקים את עולם ההנדסה הסביבתית הינו קרקעות מזוהמות וכל הקשור בזה. ברחבי העולם ישנם המון קרקעות מזוהמות, דבר אשר פוגע באורגניזמים השונים החיים בסביבה, ביניהם בעלי חיים ובני אדם. מחקרים רבים עוסקים בפגיעה של חומרים מזהמים שכאלו בבריאות בני האדם. על כן יש צורך למצוא פתרונות יעילים למצב זה. ישנן טכניקות ושיטות רבות לשם כך. אולם לכל שיטה יש יתרונות וחסרונות ועל כן שיטה מסוימת יכולה להימצא כמתאימה ואילו אחרת לא. הדבר תלוי בתנאים הסביבתיים ,PH) טמפ’ ולחות), בהרכב הקרקע ובתנאי פני השטח.

מאמר זה עוסק בשימוש במיקרואורגניזמים לשם טיפול ביולוגי בקרקעות מזוהמות. שיטה זו נמצאה כאפקטיבית כנגד מגוון מזהמים, ולה מספר יתרונות וחסרונות.
היתרונות הינם: שיטה פשוטה יחסית, משתלמת מבחינה כלכלית (זולה), וישנו קונצנזוס בקרב הציבור לשימוש בה (לעומת שיטות כימיות, כמו שריפת המזהמים שעלולה לפגוע באטמוספרה ובאזרחים הגרים קרוב לאתר המזוהם).

יחד עם זאת קיימים מספר חסרונות: ישנם מזהמים ותרכובות שלא ניתנים לפירוק ע”י המיקרואורגניזמים, השיטה היא מאוד ספציפית ולוקחת המון זמן.

למרות חסרונות אלו כיום יש שימוש נרחב בשיטה בשל יתרונותיה הרבים. על מנת להמשיך לפתח את השיטה יש צורך במחקרים נוספים. החברות העובדות בשיטה זו בארץ הינן חברת איזיטופ בע”מ והחברה לשרותי איכה”ס בע”מ.

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

Sorry, the comment form is closed at this time.