Page 22 - חוברת תזות הנדסה ירוקה 2023
P. 22
חיטוי מים ומשטחים בעזרת מערכת המחוללת יוני נחושת חד ערכיים
בר סבג1: barcohen72@gmail.com
דר' מגל ספיר2, דר' אושרה אילן ספיר1
1המכללה האקדמית להנדסה ע"ש סמי שמעון, באר שבע 2הקריה למחקר גרעיני, נגב
מים מתוקים חיוניים עבור בני אדם, בעלי חיים, צמחים ומערכות אקולוגיות שונות. הגורמים הבולטים להפחתת זמינות המים המתוקים בעולם הינם גידול אוכלוסין, שינויי אקלים, התפשטות מחלות כמו 19-COVID, תכנון וניהול לקוי של מערכות מים (אספקה, שפכים ועוד), וזיהום מקורות מים. זיהום מים הוא בעיה מורכבת המשפיעה רבות על מערכות הבריאות הציבוריות, אינדיקטור חשוב לזיהום הוא התפשטות חיידקי Escherichia coli המגיע משפכים סניטרים. קיים תהליך טיהור למי שפכים המאפשר שימוש חוזר במים, תהליך הטיהור כולל מספר שלבים כשהשלב הסופי הוא חיטוי המים. השיטה הנפוצה היא הכלורינציה, למרות ששיטה זו יעילה היא מסוכנת בהפעלה לא נכונה ועלולה ליצור תוצרי לוואי רעילים ומסרטנים. על כן, קיימת דרישה לטכנולוגיות חיטוי ירוקות ובטוחות, מחקר זה מנסה להציע אלטרנטיבה בטוחה יותר וירוקה יותר לחיטוי מים. מטרת העל של המחקר הינה פיתוח מערכות אנטי-בקטריאליות מבוססות נחושת חד-ערכית (Cu+) בריכוזים נמוכים ולא רעילים המבטיחים ריכוז אפקטיבי להשמדה ומניעת התפתחות פתוגניים, ללא גירוי העור ודרכי הנשימה, ללא ריח וללא סיכון בריאותי או בטיחותי. נבדקו בהצלחה שלוש שיטות. בשיטה הראשונה נבנתה מערכת הכוללת ראקטור מנתי בחוש המכיל מים המזוהמים בחיידקי E.Coli, שרף Amino Phosphate טעון ביוני נחושת דו ערכית (+Cu2) וגרגירי נחושת מתכתית (Cu0) בעלי שטח פנים גדול, להבטחת אווירה מחזרת. המים מכילים קטיונים אשר מחליפים את יוני +Cu2 בשרף ומשחררים אותם לתמיסה. המערכת נבחנה כמערכת מנתית וכמערכת רציפה. השיטה נמצאה יעילה לחיטוי מוחלט של המים המזוהמים, היעילות גדלה עם הטמפרטורה, בטמפ' של 370C ניתן להשיג חיטוי מלא לאחר 10 דקות. ניתן לקבוע כי מערכת המנתית מתאימה ליישום מסחרי. מערכת רציפה החיטוי היה יעיל פחות, וניתן היה לבחין בזנים שונים של חיידקים (ה-E.Coli הושמד). מתוצאות אלו ניתן להבין שכאשר חיידקים מסוג E.Coli מושמדים עולה מספרם של סוגים אחרים של מיקרואורגניזמים המגיעים מהסביבה, חלקם פיתחו עמידות מסוימת ליוני נחושת חד ערכית. השיטה השנייה לחיטוי כוללת שימוש בפוטנציאל חשמלי לחיזור יוני +Cu2 ל-Cu+ במטרה לחטא מי רחצה (בריכות שחיה) בשיטה של סחרור, בה המערכת שומרת על ריכוז וכמות קבועה של יוני הנחושת, וללא הוספת חומרים נוספים. הניסויים הראשונים בוצעו במערכת מנתית (1 L, 100 mL), לשם בדיקת היתכנות השיטה האלקטרוכימית לחיטוי ומציאת תנאים אידיאליים לשיטה. על פי התוצאות נקבע מתח אופטימלי לחיטוי 0.3 V, מרווח של 1 cm בין האלקטרודות וחומר מבנה של האלקטרודות - ברונזה 7% Sn ב- Cu מוקצפת(גרגיריםבקוטרm50 כבושיםומסונטרים).נבנושלושמערכותסחרורלחיטוימיםכמדמהלבריכות
שחייה. פותחה מערכת סחרור באופן הדרגתי למדגימים טכנולוגיים בנפחים שונים:A-50L, B-1000L
ו-C-2000L. במדגימים A ו-B נבחנו פרמטרים שונים והתוצאות יושמו במערכת הסופית המרכזית של המחקר - מערכת C. למדגים C חוברה מערכת בקרה לניטור pH, טמפרטורה, מתח חשמלי בין האלקטרודות, מוליכות ועכירות, והנתונים נאספו ונאגרו במערכת ממוחשבת online. נבדקה הטמפרטורה המקובלת לרחצה בבריכות שחיה (27°C) לעומת חיטוי בטמפרטורה של 20°C, ונמצא שניתן לחטא את המים גם בטמפרטורות נמוכות מהטמפרטורה המקובלת. ניסויים נוספים בוצעו במטרה לערוך השוואה בין כמות הסחרורים של המים בבריכה ביממה, ונבחנה גם השפעת כמות הסחרורים על זמן החיטוי. נמצא שככל שכמות הסחרורים ביממה גבוהה יותר זמן החיטוי מתקצר, ומכאן ניתן להסיק כי קיים יחס ישיר בין ספיקת המערכת (המתורגמת למספר הסחרורים
22
