ניקוי שמנים באמצעות בועיות אוזון

כמויות קטנות של שמן מולידות את הברק הזוהר על-גבי מים מזוהמים. הרחקה של שמן זה קשה ביותר, אפילו כאשר המים מטופלים ע”י בעבוע אוזון או מסוננים דרך חול. כעת התגלה פתרון יעיל יותר – אוזון

כמויות קטנות של שמן מולידות את הברק הזוהר על-גבי מים מזוהמים. הרחקה של שמן זה קשה ביותר, אפילו כאשר המים מטופלים ע”י בעבוע אוזון או מסוננים דרך חול. כעת, מהנדס מאוניברסיטת יוטה פיתח שיטה חדשה ובלתי-יקרה להרחקת מעטה שמן זה באמצעות הגברת לחץ של גז אוזון והפחתתו לסירוגין שוב ושוב, ליצירת בועיות מיקרוסקופיות הלוכדות את השמן וההקלה בהרחקתו לאחר מכן באמצעות סינון בחול.

“אנו לא מנסים לטפל בכל תכולת השמן הפחמימני במים – ולהפכו לפחמן דו-חמצני ומים – אלא ממירים אותו לצורה שניתנת לטיפול לאחר מכן ע”י סינון בחול, שהינו תהליך מקובל וחסכוני,” אומר Andy Hong, פרופסור להנדסה אזרחית וסביבתית באוניברסיטת יוטה.

בניסויי מעבדה, שדווח עליהם לאחרונה בכתב-העת המדעי Chemosphere, החוקר הדגים כי תהליך של “אוזונוליזה בעזרת לחץ וסינון” מרחיק ביעילות טיפות שמן המפוזרות במים, מחקר המצביע כי ניתן להשתמש בתהליך זה בכדי למנוע את הזיהום של מימי-החופים במעטה שמן שמקורו במי-פסולת.

החוקר טוען כי התהליך המוצע – שעליו התבקש פטנט מסחרי – יוכל לשמש גם לניקויים של שלל זיהומים במים ואפילו בקרקע, בכללם:
1. מים שמופקים יחד עם נפט וגז במהלך קידוחים בקרקע. מים שמנוניים אלו לרוב מוזרמים חזרה לתהומות הקרקע. “אם תהיה בידנו שיטה לניקוי מים אלו נוכל להשתמש בהם שוב עבור השקיה ושטיפה, בייחוד באזורים צחיחים שבהם כל כמות מים חשובה,” מסביר החוקר.
2. מים שמקורם בכריית חול-מלוח ופצלי שמן (אבן פצלתית, צפחה).
3. מי-תהום המזוהמים בחומר MTBE, תוסף דלק המפחית פליטת רכבים אולם מזהם את המים בשל מיכלי אחסון דלק תת-קרקעיים דולפים.
4. “זיהומים גלויים”, כגון מי-ביוב המזוהמים בתרופות או מוצרי היגיינה אישית.
5. קרקעות המזוהמות בביפנילים רב-מוכלרים (PCBs, משנאים חשמליים) או פחמימנים ארומאטיים רב-טבעתיים (PAHs, משריפת דלק).
6. קרקעות המזוהמות במתכות כבדות.
7. מי-פסולת מבתי-זיקוק ושפכי שמן במפעלים או בנתיבי-מים.

החוקר מציין כי השיטה שלו משלבת שתי שיטות קיימות – בעבוע אוזון וסינון בחול – ומשפרת אותן, בעיקר את הבעבוע. במקום רק לבעבע אוזון דרך המים המזוהמים, החוקר משתמש במחזורים חוזרים ונשנים של בעבוע האוזון בלחץ למים המזוהמים עד כדי הרוויתם ולאחר-מכן הפחתת הלחץ כך שהאוזון מתרחב למיקרו-בועיות רבות, בדומה לדרך שבה נוזלי המשקאות המוגזים גולשים אם המיכל נפתח במהירות.

הבועיות הזעירות מספקות שטח פנים הרבה יותר רחב – בהשוואה לבועות הגדולות יותר של האוזון המתקבלות בתהליך הקודם – ומאפשרות להגברת התגובה הכימית שבין אטומי החמצן של האוזון לבין השמן. החוקר מסביר כי חומרים מזהמים נוטים להצטבר על הבועיות מכיוון שהן אינן מסיסות במים. האוזון המצוי בבועיות “תוקף” מזהמים מסוימים מאחר והוא מחמצן חזק.

התגובה עם האוזון ממירה את רוב טיפות השמן הפזורות במים, או בקרקע, לחומצות ולחומרים כימיים הידועים כאלדהידים וקטונים. מרבית החומרים הללו, בתמורה, מסייעים לטיפות השמן הנותרות להתאסף יחדיו ואז ניתן בקלות להרחיקן באמצעות סינון בחול.
במחקרו, המדען הראה שהשיטה החדשה שלו לא רק מרחיקה את המעטה השמנוני, אלא גם מותירה את המים המטופלים בצורה כזו שהחומצות, האלדהידים והקטונים שבהם (חומרים אורגניים) ניתנים לפרוק טוב יותר ע”י אורגניזמים הניזונים מהם.

החוקר טוען כי המים מספיק נקיים לאחר התהליך לשם השקיה, אולם ניתן להפעיל עליהן שיטות נוספות המפרקות גם את החומרים האורגניים המומסים בהם.

במהלך ניסיונותיו מצא החוקר כי מים שמנוניים נוקו באופן המיטבי באמצעות סבבי בעבוע אוזון בלחץ והפחתת הלחץ הזה עשר פעמים, אז סינונם דרך חול, ואז הכנסת המים הללו לעשרים סיבובים נוספים של לחץ והפחתתו, ואז סינונם שוב בחול. החוקר בחן את טיב תהליך הבעבוע באמצעות מדידת מדדי חמצן כימיים וביולוגיים עבור דגימות המים. שני מדדים אלו בוחנים באופן עקיף את תכולת החומרים האורגניים במים. החוקר השתמש גם בשיטה של ספקטרומטריית מסה לזיהוי סוגי הזיהומים שנותרו במים המטופלים.

הוא מצא כי ההליך היעיל ביותר שלו מצליח להרחיק כתשעים ותשעה אחוזים מהדליחות (עכירות) במים שמקורם בקידוחי נפט – תוך קבלת מים צלולים ברמה של מי-שתייה – ולהרחיק שמונים ושלושה אחוזים מהשמן.

לאחר הצלחתו במעבדה, המדען מתכננן עתה בדיקות ניסיוניות בקנה-מידה גדול יותר. “התהליך חסכוני, וניתן להפכו לתעשייתי,” מציין החוקר.

החוקר מזכיר כי אכן פותחו בעבר שיטות אחרות לטיפול במים המזוהמים בשמן וכי הן היו בעלות רמות הצלחה משתנות. הן כוללות: סרכזות (צנטריפוגות), קרומיות סינון, בעבוע אוזון רגיל, ובעבוע אוויר לשם הרחקת המזהמים החוצה. אולם, לכל השיטות הללו יש חסרונות, כדוגמת העדר היכולת לטפל בשמן מומס או בריכוזים גבוהים שלו.

אף לא אחת מהשיטות בנפרד – הסינון בחול והבעבוע של אוזון – הצליחה לטפל ביעילות במים מזוהמי-שמן. החוקר מסביר כי פרודות שמן ארוכות-שרשרת אינן מגיבות בקלות עם אוזון ללא הוספת לחץ וכי מסנני חול אינם מסוגלים להרחיק לבדם זיהומי שמן.

הידיעה מאוניברסיטת יוטה