פיתוח מערכת להרחקת מנגן ממי תהום באמצעות MnM

יון המנגן אינו גורם לנזק בריאותי, אך מביא לסתימת צנרת, טפטפות ואמצעי השקיה אחרים. בריכוזים גבוהים הוא נותן למים טעם מתכתי וצבע שפוסלים אותם כמי שתייה. שיטה שפותחה בחברת מקורות, "מחקה" בתוך ריאקטור מבוקר את תהליך החמצון המתרחש באופן טבעי, ומאפשרת למנוע את הצטברות המנגן בקווי המים

תמונה 2 | מתקן לסילוק מנגן באמצעות MNM  בקידוח  יבנה 217

 

מנגן מצוי באופן טבעי בקרקע וממנה מגיע למי התהום, לעתים ניתן למצוא מנגן מומס במים עיליים ומי שטפונות. יון המנגן (Mn+2) אינו גורם לנזק בריאותי, אך גורם לסתימת צנרת, טפטפות ואמצעי השקיה אחרים. בריכוזים גבוהים המנגן נותן למים טעם מתכתי וצבע שמהווים פגם אסתטי שפוסל את המים מלשמש כמי שתייה.
השפכים המטוהרים כיום במפעל השפד"ן, מוחדרים כקולחים לאקוויפר החוף באמצעות שדות החדרה בתהליך SAT – Soil Aquifer Treatment. במהלך תנועתם באקוויפר, הקולחים ממיסים1 מנגן המצוי באופן טבעי בקרקע. כ- 150 בארות הפקה שואבות את המים מהאקוויפר. בצנרת המאספת של הקו השלישי (מערכת אספקת המים המושבים מהקידוחים לעבר הנגב) קיימים תנאים אירוביים, המנגן המומס מתחמצן לכדי תחמוצת מנגן (מנגן בדרגת חמצון +4). תהליך החמצון מתבצע על דופן הצינור ויוצר עליו משקע שחור ועבה (תמונה 1).

תמונה 1 | המשקע השחור על דופן צינור "70 בקו השלישי (צילומים: רועי אלקיים)

 

לעתים, חלק מהמשקע מתנתק מדופן הצינור ומוסע, בצורה של חלקיקים שחורים וקטנים (MnM) במורד מערכת אספקת המים לכיוון תחנת גרנות (כ- 30 ק"מ דרומית לאזור ההפקה) ומשם לצנרת האספקה לצרכנים. חלקיקים אלו סותמים את המסננים והטפטפות של החקלאים וגורמים לנזקים.
מהנדסי יחידת השפד"ן של "מקורות", תומר קרייצר ורועי אלקיים, פיתחו שיטה ה"מחקה" את תהליך החמצון המתרחש באופן טבעי בקו בתוך ריאקטור מבוקר, באמצעותו ניתן למנוע את הצטברות המנגן המחומצן בקו. במהלך הפיתוח הוקם מתקן פיילוט בתוך מסנן חול ישן באחד הקידוחים ובוצעה אופטימיזציה לתהליך הסילוק. המתקן הורץ לתקופה של כשנתיים תוך בחינת יעילות ההרחקה וצורת התפעול. התוצאות שהתקבלו הראו הרחקת מנגן של מעל 90% ללא הוספת כימיקלים. התוצאות היו טובות גם מן ההיבט התפעולי של פחת מים, שהיה נמוך מ- 1%.
כתוצאה מכך, הוגשה בקשה לפטנט ובמקביל נמשך המחקר בשיתוף פרופסור עובדיה לב מהמכון לכימיה יישומית באוניברסיטה העברית בירושלים, על מנת לפענח את מבנה והרכב החומר הפעיל, מנגנון הסילוק, בד בבד עם בחינת תנאי התפעול המיטביים.
מאיפיון מבנה החומר עלה שמדובר בננו-חלקיקים בגודל של ננומטרים בודדים במבנה דנדליוני מאד יציב, מבנה החלקיקים פתוח ובעלי שטח פנים גבוה. למנגן שב- MnM ערכיות כפולה (שלוש וארבע) ונראה כי תנאי הייצור של ה- MnM מיוחדים ולא טריוויאליים, ניסיונות ראשוניים לסנטז את החומר בצורה מלאכותית לא צלחו וכרגע איסוף החומר מתבצע באמצעות "כרייה" מדופן הצינור.

התוצאות שהתקבלו הראו הרחקת מנגן של מעל 90% ללא הוספת כימיקלים. התוצאות היו טובות גם מן ההיבט התפעולי של פחת מים, שהיה נמוך מ- 1%

מנגנון תהליך הסילוק הוא כדלקמן: מנגן +2 מומס שנמצא במים, בא במגע עם ה- MnM ומחזר אותו ל +3 בזמן שהמנגן +2 מתחמצן ל +3, החמצן שמוזן באופן רציף לתהליך מחמצן חלק מהמנגן +3 שב- MnM ל- +4.מתוך הממצאים ובעזרת המידע התפעולי שנאסף,תוכנן והוקם מתקן תעשייתי לטיפול במי קידוח בספיקה של 150 מק"ש (תמונה 2) שמזוהם במנגן בריכוז של כ 800 מיקרוגרם לליטר. תוצאות ההרצה היו טובות, ומראות אחוז הרחקה גבוה ויציב לאורך זמן (תרשים 1).
ישנם יתרונות בתהליך שפותח ביחס לטכנולוגיות מתחרות:

  • בטכנולוגיה המוצעת לא נדרשת רגנרציה של החומר הפעיל בניגוד לרוב המערכות המשווקות כיום.
  • המחמצן הוא חמצן מהאוויר, ולא נדרשת תוספת מחמצן חזק כגון חומצה היפוכלורית או פרמנגנט.
  • תוצר הסילוק של התהליך המוצע הינו משקע נקי יחסית שניתן למצוא לו שימושים נוספים, בניגוד לתוצרי תהליכים חלופיים שבהם נוצרת בוצה שיש להרחיקה.
  • מדובר בתהליך ירוק נטול כימיקלים.

לתהליך המפותח יתרונות מובהקים בעלויות תפעול ואחזקה לעומת הפתרונות הקיימים בשוק.
למרות התוצאות הטובות יש עוד מלאכה מרובה, אנו מאמינים שניתן לשפר את השטף בו אנו עובדים כיום – כ-10 מ"ק/מ"ר/שעה - בחלופה כימית (חמצון עם פרמנגנט שלאחריו סינון) שבה לעתים ניתן לעבוד בשטפים גבוהים יותר. אחד מכיווני הפיתוח הוא להגדיל את כמות ה- MnM בתוך הריאקטור. הוחלט גם לנסות לשלב טכנולוגית סינון חדשנית שפתחה חברת בולטק הישראלית על מנת להגדיל את יעילות ההרחקה. לשימוש בטכנולוגיה זו יכולים להיות מספר יתרונות, נראה זאת תוך השוואה בין מערכת סינון קונבנציונאלית (בה אנו משתמשים כיום) לסינון באמצעות הטכנולוגיה של בולטק:

א. שטיפה נגדית:

  • מערכת סינון קונבנציונאלית: לצורך שטיפה נגדית יש צורך ב- 4 הפעולות הבאות- (1) ריקון (2) שטיפה באוויר (3) שטיפה נגדית – כולל אגירה למי שטיפה וסילוק תשטיפים (4) שטיפה ישרה.
    סינון בטכנולוגיה של חברת "בולטק": שלב הסינון זהה לחלוטין לסינון קונבנציונאלי. שלב השטיפה מבוצע בצורה הבאה: כשמתקבלת אינדיקציה לשטיפה (באותה צורה כמו סינון קונבנציונאלי – הפרש לחץ או זמן) ישנה הפסקה קצרה בה מוציאים חלק מהמצע (מהתחתית), שוטפים את המצע תוך שימוש בכמות קטנה של מים (מי גלם) ומחזירים את המצע לחלקו העליון של המסנן – לא נדרשת "אגירה" של מי שטיפה מעצם עקרון הפעולה של המסנן. כמות התשטיפים קטנה מאוד - סדרי גודל פחות מאשר בסינון קונבנציונאלי.

ב. הצטברות המשקע על המסנן:

  • במערכת סינון קונבנציונאלית עם MnM: ישנו גרדיאנט כך שהשכבה הריאקטיבית ביותר (העמוסה ביותר) היא בעיקר העליונה, ושאר המצע לוקח חלק פחות משמעותי בתהליך ו"מחזיק" בתוכו פחות MnM.
  • במערכת בולטק מעצם עקרון הפעולה כל המצע ריאקטיבי (עמוס ב- MnM) בדיוק באותה המידה, צורה זו תאפשר עבודה רב שכבתית ותגדיל את סיכויי ההצלחה בפיילוט.

הפיילוט הוקם בשפד"ן, בקידוח יבנה 217, ועובד במקביל למתקן החרושתי שהוקם. המערכת פועלת כיחידה עצמאית שמטפלת בזרם של 3-6 מק"ש השטף הגבוה ביותר בו קיבלנו גם יציבות תהליכית ותפעולית היה 17 מ"ק/מ"ר/שעה, נראה כי יש מקום להמשיך לפתח את הטכנולוגיה בכיוון זה. התוצאות מוצגות בתרשים 2.

בנוסף לפיתוח התהליך של סילוק מנגן, בוצעו ניסויים פרלימינאריים לבדיקת יעילות סילוק מזהמים נוספים (ברזל, רדיום וארסן) ממי הגלם. התוצאות מוצגות בטבלה 1.

ניתן לראות ההרחקה טובה, קיים פוטנציאל גדול להרחבת היישומים של הטכנולוגיה למזהמים נוספים.

רועי אלקיים, יחידת משאבי מים, חברת מקורות | This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
הדפסה הורדה

לשאלות ופרטים נוספים

נא מלאו את פרטיכם ונציגינו ייצרו עמכם קשר בהקדם