הרחקת זרחן משפכי בריכות דגים

מחקר שנעשה במכון שמיר למחקר בשיתוף ארגון מגדלי הדגים ואגף הדייג במשרד החקלאות, בחן את יעילות סילוק הזרחן משפכי בריכות דגים על ידי תכשיר העשוי מחרסית הנקראת בשם המסחרי Phoslock ומצא אותה יעילה במיוחד, מה שיאפשר השבת המים לשימוש חוזר בבריכות או להשקיה חקלאית

Shutterstock

הזרמת מי בריכות דגים לגופי מים טבעיים עלולה להשפיע על המערכת האקולוגית ועל איכות המים הקיימים בהם. הסכנה העיקרית הינה הגברת היצרנות הראשונית, אשר תבוא לידי ביטוי בעידוד גידול אינטנסיבי של אצות (איטרופיקציה) עקב אספקת חומרי דשן כדוגמת זרחן וחנקן הקיימים במי בריכות הדגים בריכוזים גבוהים יותר מאשר במקווי המים הטבעיים. בהתאם לכך, מתגבשת בשנים האחרונות רפורמה לענף המדגה אשר עתידה להגדיר את איכות וכמות מי פלט בריכות הדגים המושבים לטבע בהתאם לאיכותם. במרבית המערכות האקולוגיות, הזרחן הינו הגורם המגביל ליצרנות ראשונית, ותוספת של זרחן מובילה להתפתחות ספונטנית ולא מבוקרת של אצות בכלל, ואצות כחוליות בפרט. רמת הזרחן המשוחרר לסביבה הוא, אם כן, אחד המדדים המשמעותיים ביותר מבחינת הגופים הרגולטורים האחראיים על אכיפת איכות מי פלט של בריכות הדגים.
סילוק הזרחן המומס משפכי בריכות הדגים הינו מאתגר במיוחד, מכיוון שאת הזרחן והחנקן החלקיקי ניתן לשקע\לסנן, ואת תרכובות החנקן המומס ניתן לסלק בתהליכים ביולוגיים הכוללים ניטריפיקציה ודה-ניטריפקציה. כיום, למרות שלזרחן המומס פוטנציאל זיהום גבוה, לא קיימת טכנולוגיה אשר מאפשרת את הוצאת הזרחן המומס באופן יעיל וכלכלי.
מציאות זו הביאה את הצורך למחקר שנעשה במכון שמיר למחקר בשיתוף ארגון מגדלי הדגים ואגף הדייג במשרד החקלאות ופיתוח הכפר, אשר בחן את יעילות סילוק הזרחן משפכי בריכות דגים על ידי תכשיר העשוי מחרסית בנטוניט מותמרת לנטן הנקראת בשמה המסחרי Phoslock.
המוצר פותח על ידי אגף הקרקעות והמים של גוף ממשלתי באוסטרליה הנקרא Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation
(CSIRO) במטרה להפחית באופן משמעותי את הכמות של זרחן מומס במקווי מים וזאת על מנת למנוע גידול יתר של אצות (פריחת אצות עלולה להביא לירידה באיכות המים ולפגיעה אקולוגית).
נמצא כי לחרסית זו אפיניות חזקה מאוד לזרחן מומס (זרחה/פוספאט) במים ונמצא כי גורמים סביבתיים כגון רמת pH, ריכוז מלחים וריכוז חמצן מומס אינם משפיעים על יעילות סילוק הזרחן של ה-Phoslock בניגוד לחומרים אחרים המשקעים זרחן כגון תרכובות ברזל וסידן (Ross et al. 2008).

"סילוק הזרחן המומס משפכי בריכות הדגים הינו מאתגר במיוחד ולמרות שיש לו פוטנציאל זיהום גבוה, לא קיימת טכנולוגיה אשר מאפשרת את הוצאת הזרחן המומס מהמים באופן יעיל וכלכלי"

הלנטן, הנמצא בתכשיר בריכוז של כ-5 אחוזים מהמשקל הכללי, הינו יסוד הטעון חיובית (La+3) דבר אשר מביא להתרכבותו עם הפוספאט הטעון שלילית המומס במים (PO4-3) ליצירת המשקע הבלתי מסיס LaPO4.
ה- Phoslock עקב משקלו הסגולי הגבוה מהמים, שוקע לקרקעית גוף המים ונשאר שם על פני הקרקעית. על פי הספרות, התרכובת LaPO4 עמידה מאוד לתנאים סביבתיים משתנים כגון מליחות, הגבה וריכוז חמצן ולמעשה עמידה לפירוק או התמוססות חוזרת למים. למעשה, החברה המייצרת את התכשיר מציעה ליישם את החומר בכמות נכבדת ולייצר בכך שכבה של מספר מילימטרים על פני הקרקעית אשר תחצוץ בין הזרחן הנפלט מהבוץ שבקרקעית גוף המים לבין עמודת המים.
ניסויי מעבדה וכן ניסויים רבים באגמים ובנהרות הוכיחו את היעילות של Phoslock להפחתה משמעותית (מעל 98 אחוז תוך 50 דקות) של זרחן מומס ממים עיליים (לדוגמה Robb et al. 2003), וכן למקווי מים מזוהמים בשפכים ביתיים (Hagheseresht et al. 2009; Kurzbaum Bar Shalom 2016). עם זאת, הידע לגבי היישום של חומר זה לשפכי בעלי חיים בכלל, ומי בריכות דגים בפרט, חסר.
המחקר המקדים שהסתיים לאחרונה התמקד בניסויים מעבדתיים מבוקרים עם שפכי בריכות הדגים של חוות הדגים בקיבוץ דן ובבריכות קיבוץ רשפים וחוות הניסיונות של אגף הדייג סמוך לקיבוץ גינוסר. המטרה הייתה לאפיין את האופטימיזציה של תהליך סילוק הזרחן על ידי השימוש בחרסית ה-Phoslock כחלק מהטיפול במים לפני שחרורם לסביבה או לשימושם החוזר לגידול הדגים. מהתוצאות ניתן היה לראות סילוק יעיל מאוד ומהיר של זרחן מומס מתמיסות זרחה נקיות וכן ממי בריכות דגים ממקורות שונים. התוצאות מראות כי ריכוז הזרחן יורד בתוך מספר דקות עד שעה וממשיך לרדת עד להגיעו לערך רצוי, כתלות במינון הפוסלוק הניתן ובזמן המגע. מכאן, במקרה ויש משק אשר אינו יכול לשחרר את המים להשקיה או לשחרור לנחל בעקבות ריכוז זרחן מעל למותר (כיום ערך זה עומד על 1 מג"ל), ניתן בקלות יחסית להפחית את הזרחן ביישום הפוסלוק אל תוך מי בריכת הדגים.
בנוסף, ניסויים דומים נעשו בשימוש עם חרסיות מקומיות מהגולן והגליל בהשוואה ל- Phoslock כדי לשקע זרחן מומס ממי פלט של בריכות דגים. חרסיות אלו הן למעשה פסולת של תעשיית המחצבות וכמובן זולות יותר מהפוסלוק המסחרי. החרסיות שנבדקו הן: אבקת בזלת, אבקת גיר קשה וציקוריה אדומה מטוף בזלתי. התקבל כי רק לציקוריה האדומה ישנו פוטנציאל לשיקוע זרחן ולה יכולת הפרדה טובה מהמים ועל כן הנושא ייחקר לעומקו בעתיד הקרוב.
שאלה מאוד חשובה כמובן, היא כלכליות התהליך, דבר אשר נחקר בימים אלו. כיום עדיין קשה לצפות מה תהיה עלות התהליך השלם להוצאת זרחן מומס ממי בריכות הדגים, אך באופן כללי ניתן להעריך את ההפחתה של 1 מג"ל מכל 1 קוב מי בריכות דגים בעלות של כ-0.5 שקלים. מבחינת כמות החומר הנדרשת, מדובר בכ-1 קילו פוסלוק לכל 10 קוב מים. פיתוח שיטה יעילה וחסכונית לסילוק זרחן משפכי בריכות דגים יאפשר לבחון את החלופה לסלק את שפכים אלו אל הסביבה ללא הנזק הפוטנציאלי שבאיטרופיקציה. הפחתת ריכוזי זרחן משפכי בעלי חיים ייתן אפשרות לשימוש במים להשקיה או שחרור לסביבה ללא סכנת זיהום בזרחן ומניעת הפגיעה הסביבתית בעקבות כך.
בהמשך המחקר אנו נבחן האם ניתן למצות את הזרחן מהבוצה המצטברת, הכוללת את ה- LaPO4, על מנת שנוכל להשתמש בו כדשן חקלאי. מחקר זה, אם כן, הוא לא רק חידוש מדעי אלא גם בעל סיכויים מסחריים ויתרונות סביבתיים לפיתוח חקלאות ימית בת-קיימא.

תוצאות חלק מהניסויים

ניסוי א': ניסוי איזותרמת ספיחת זרחה מתמיסה נקייה (5 מג"ל) על ידי Phoslock למשך 24 שעות.
ניסוי זה מסכם את תוצאות איזוטרמת הספיחה של זרחה סינטטית (KH2PO4) לפוסלוק בניסוי מבוקר במעבדה.
ניתן לראות כי כמות הזרחה שנספחה (חושב מכמות הזרחה שנשארה במים בשיווי משקל) הינה פורפורציונלית לכמות הפוסלוק המוסף לתמיסה וכי היחס הינו לינארי. הניסוי בוצע על פי המקובל בספרות לביצוע איזוטרמת ספיחה.

ניסוי ב': קנטיקת הרחקת זרחה ממי פלט בריכות דגים ע"י ה- Phoslock ב-3 מינונים ובקרה ללא החומר המספח. התקבל כי ישנה יכולת שליטה על קצב וכמות הזרחן המורחק על ידי מינון מתאים של החומר המספח.

ניסוי ג': איזותרמה וקינטיקת ספיחת זרחה ע"י חרסיות שונות בתמיסת זרחה. חלופות יעילות וזולות ל- Phoslock הפנו אותנו לבדיקת חרסיות שונות הנמצאות באזורינו בכמויות ללא הגבלה כפסולת של מחצבות בסוגי קרקעות שונות. תמיסה בריכוז של 5 מג"ל זרחה שימשה אותנו לניסויים השונים.
החרסיות שנבדקו כוללות אבקת בזלת, ציקוריה מטוף אדום ואבקת גיר קשה וכן את הפוסלוק להשוואה. מכל חרסית לקחנו מינון הגדול פי 200 מהכמות של הזרחה בתמיסה. מתוצאות הניסוי עולה כי החרסיות השונות הרחיקו בין 9% ל-19% מהזרחה לאחר 24 שעות (טבלה 1, איור ג'). מהניסוי נראה כי החרסיות לעיתים משחררות לתמיסה את הזרחה שספחו לאחר זמן מסוים של שהיה במים. יתכן שהפתרון יהיה לבנות מתקן בו החרסיות תהינה פעילות זמן קצר ומיד יופרדו מהמים לפני שיתחילו להפריש זרחה למים.

 

 

דר' אייל קוצבאום, מכון שמיר למחקר, אוניברסיטת חיפה, קצרין | This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
גיא רובינשטיין, אגף הדיג, משרד החקלאות ופיתוח הכפר
דר' עודד בר שלום, מכון שמיר למחקר, אוניברסיטת חיפה, קצרין

 

 

הדפסה הורדה

לשאלות ופרטים נוספים

נא מלאו את פרטיכם ונציגינו ייצרו עמכם קשר בהקדם