טכנולוגיית ננו בועות היא טכנולוגיה מבטיחה בתחום הטיפול בשפכים תעשייתיים. מבוססת על יצירת בועות זעירות בגודל ננומטרי , טכנולוגיה זו מציעה שיטות חדשות להתמודדות עם מזהמים מורכבים ומפחיתה את הצורך בשימוש בכימיקלים והשקעת אנרגיה.
מה הן ננו בועות?
ננו-בועות הן בועות זעירות בקוטר ממוצע של 100 ננומטר, בעלות לחץ פנימי גבוה. בשל הקוטר הקטן שלהן יחס שטח פנים לנפח גבוה ביותר, דבר המאפשר לשמור על יציבות לאורך זמן בתוך הנוזל. בנוסף, המטען השלילי של הבועות מושך אליהן יונים חיוביים, תכונה אשר מגבירה את יכולתן להתממשק עם מזהמים או תרכובות כימיות במדיום הנוזלי.
תכונות פיזיקליות וכימיות אלו, בשילוב עם היכולת להישאר בנוזל לאורך זמן, מעניקות לננו-בועות יתרונות ייחודיים, במיוחד בטיפול בשפכים ובטיהור מים. ננו-בועות, בפרט כשמועשרות בגזים כמו אוזון, משחררות רדיקלים חופשיים בעלי פעילות חמצון גבוהה. רדיקלים חופשיים אלו, כגון OH* (הידרוקסיל), O3* (אוזון פעיל) ו־O2* (חמצן פעיל), מסוגלים להפעיל חמצון על מזהמים אורגניים ומיקרואורגניזמים, תוך שבירה של קשרים כימיים והתפרקות של חומרים מזהמים. יכולת זו להפוך חומרים אורגניים או מזהמים אחרים לחומרים פחות מזיקים הופכת את הננו-בועות לפתרון אפקטיבי במיוחד בשימושים שונים, כולל טיפול בשפכים, סילוק ריחות, הדברת מזיקים ושיפור תהליכי טיפול תעשייתיים.
עקרונות הפעולה של טכנולוגיית ננו בועות:
- חמצון של מזהמים אורגניים (COD): ננו-בועות מועשרות באוזון או חמצן יכולות לשפר את התהליך של חמצון החומרים האורגניים בשפכים, דבר שמוביל לפירוק ערכי COD לחומר אורגני זמין ופריק ביולוגית. חמצון המזהמים בשפכים באמצעות ננו-בועות מקטין את העומס על מערכות טיפול בשפכים ומפרק את שרשראו הפחמן החזקות ע"י שיחרור רדיקלים חופשיים הנפלטים ממערכת הננו-בועות.
- הפחתת מזהמים ביולוגיים (חיידקים, וירוסים ופטריות):חמצון בננו-בועות עם גז אוזון מעולה בהשמדת חיידקים, וירוסים ופטריות בשפכי, הן ממי ההספקה והן מהשפכים.
- נטרול ריחות שפכי תעשייה: ננו-בועות מועשרות באוזון משמשות לטיפול בריחות בשפכים ובמערכות ביוב, במיוחד בריחות הנגרמים מתהליכים אנאירוביים, ומתרכובות גופרית כמו H2S). האוזון מפרק את מולקולות הריח , תוך הפחתת הבעיות הסביבתיות והבריאותיות הקשורות בגזים ובריחות לא נעימים.
- הפחתת רמות של גזים רעילים (כמו H2S, NH3): ננו-בועות עם אוזון מסוגלות להוריד את רמות הגזים הרעילים הנפלטים משפכים (כמו H2S, NH3). באמצעות תהליך של חמצון רדיקלי, הגזים הופכים לפחות מזיקים, תוך שמירה על איכות הסביבה.
- הפחתת אילוח ביולוגי : השימוש בננו-בועות מאפשר להתמודד עם בעיות של חסימות מיקרוביאליות (ביופילם) במערכות טיפול ובצמצום הצורך בתחזוקה ובחומרים כימיים.
- שימוש בטיפול חמצוני לשיפור יציבות במטענים ביולוגיים: טכנולוגיית ננו-בועות מסייעת לשיפור יציבות המטענים הביולוגיים בשפכים ומספקת פתרונות יעילים במערכת טיפול ביולוגית כגון בתהליכים של הפקת גז ביולוגי, תוך שמירה על יציבות האוכלוסיות המיקרוביאליות.(ננו-בועות CO2)
- הסרת חומצות שומן חופשיות (FFA): ננו-בועות מאפשרות טיפול בחומצות שומן חופשיות (FFA) בשפכים תעשייתיים, תהליך שיכול משפר את הפרדת השומנים מהמים ומצמצם את הבעיה של הצטברות שומנים במערכות טיפול ביולוגיות, פירוק השונים לתרכובות פחמן הזמינות יותר לפירוק ביולוגי.
א. מנגנונים פיזיקו-כימיים
טכנולוגיית ננו בועות מבוססת על מספר מנגנונים חשובים לטיפול במזהמים:
- חמצון מזהמים אורגניים: ננו בועות מכילות ריכוז גבוה של חמצן, המסייע לחמצון מהיר ויעיל של מזהמים אורגניים.
- ספיחה של מזהמים: ננו בועות משמשות כנקודות ספיחה יעילות, על גבי המזהמים נמשכים ונקשרים.
- יצירת רדיקלים חופשיים: התהליך יוצר רדיקלים המגבירים את פירוק המזהמים.
- העצמת פעילות מיקרוביאלית: החמצן הממוקד מעלה את פעילות המיקרואורגניזמים החיוניים לפירוק מזהמים.
ב. יתרונות טכנולוגיים
- יעילות אנרגטית גבוהה: ננו בועות נותרות במערכת למשך זמן רב, כך שמושגת מקסימום יעילות במינימום אנרגיה.
- הפחתת כימיקלים: הטכנולוגיה פועלת ללא כימיקלים ומפחיתה את הצורך בשימוש בכימיקלים בהמשך התהליך.
- זמן שהייה ממושך: ננו בועות נשארות בנוזל לאורך זמן, תורמות לספיחה יעילה של מזהמים.
- שטח פנים רחב: יחס שטח פנים לנפח גבוה מאפשר מגע יעיל עם המזהמים במערכת.
יישומים תעשייתיים
טכנולוגיית ננו בועות מתאימה במיוחד לטיפול בשפכים מתחומים שונים:
- תעשיית המזון: הרחקת שומנים ושמנים, הרחקת סולפידים, צמצום עומס אורגני וטיפול במוצקים מרחפים.
- תעשיית הטקסטיל: נטרול צבעים, טיפול בדטרגנטים וסינון מוצקים.
- תעשייה כימית: פירוק מזהמים עמידים, הרחקת סולפידים, הרחקת מתכות כבדות וטיפול בחומרים אורגניים נדיפים.
אינטגרציה מערכתית ושיקולים תפעוליים
מערכות ננו בועות PMnB ניתנות לשילוב עם מערכות קיימות לטיפול ביולוגי וקדם-טיפול בשפכים. שילוב זה מסייע באופטימיזציה של תהליכים עתידיים ומפחית את עלויות התפעול (OPEX) בזכות היתרונות הכלכליים והתפעוליים שלה, מהווה מערכת PMnB תוספת אידיאלית לפתרונות קיימים ומאפשרת גמישות תפעולית.
מסקנות והמלצות
לטכנולוגיית ננו בועות PMnB, המשווקת על ידי פלגי מים, פוטנציאל משמעותי לשיפור תהליכי טיפול בשפכים תעשייתיים, הן מבחינת היעילות והן מבחינת ההשפעה הסביבתית.
עם זאת, מומלץ לבצע ניסוי פיילוט במפעל על מנת לבחון את מידת ההתאמה של הטכנולוגיה לצרכים ספציפיים ולהשגת תוצאות מקסימליות
