איפיון ומיפוי בוצה

טופס פניות הציבור

איפיון ומיפוי בוצה בקרקעית נחל הירקון אמצעי לבקרת

 

תהליכים בנחל

פרופ' יורם אבנימלך הפקולטה להנדסה חקלאית ממשק מערכות סביבה בטכניון

 

חלק א': אפיון קרקעית הירקון, 12.97 עד 11.99 

תוצאת של חמש סדרות דיגום קרקעית מוגשות בפרק זה של הדו"ח.
סדרות דיגום בוצעו בדצמבר 1997, לפני עונת הגשמים, במאי 1998 בסיומה של עונת הגשם 1997/98. בוצעה סדרת דיגום נוספת לפני ואחרי החורף השחון של שנת 1998/99 והבדיקה האחרונה, בנובמבר 1999 לפני חורף נוכחי.

 

תוצאות.

עומק הבוצה.
עומק הבוצה המוגדר כעומק של החומר הרך המאופיין ע"י מדידה של העומק אליו ניתן להחדיר מדיד מותאם. עומק הבוצה הינו בתחום של
40-60 ס"מ בחלק המערבי של הירקון, מהשפך עד לגשר נמיר לערך, כמצופה מאיזור בו מגיע חומר חרסיתי במגע עם מים מלוחים. איזור נוסף של בוצה עמוקה יחסית מצוי במעלה סכר שבע טחנות. באיזור מעלה הנחל נמצאו מספר אתרים בהם עומק הבוצה מעל ל-60 ס"מ. איזור זה נדגם בתדירות נמוכה.
לא ניתן לקבוע שינויים עונתיים בעומק הבוצה.
אחת מההיפותיזות שנבדקו היתה האפשרות להצטברות של בוצה במהלך התקופה השחונה, 5/98 עד 11/99. לא נמצא אישוש להיפוטיזה זו. יתכן כי קיים שיווי משקל דינמי בין הבוצה לבין חומר דחוס יותר המצוי מתחת לשכבה זו.

 

צפיפות מרחבית של הבוצה
הצפיפות הממוצעת בקטעים המערבי והמרכזי של הירקון הינה כ- 0.5 בשכבה העליונה (0-5 ס"מ)
וכ- 0.6-0.7 בשכבה העמוקה יותר של הבוצה (5-15 ס"מ).
הסטיות מהממוצע גבוהות יותר בשכבה העליונה. בשכבה התחתונה נראה כי הצפיפות בסתיו 1997 היתה גבוהה יותר משמעותית מזו שנמצאה בכל המועדים המאוחרים יותר. לא ברור האם מדובר בשינוי הנובע מסטייה בנקודות הדיגום או בשינוי בתכונות הקרקעית.

 

ריכוז פחמן אורגני בקרקעית
רמת הפחמן האורגני מאפיינת סדרת תהליכים בקרקעית, כולל צריכת החמצן של הקרקעית, הצטברות תרכובות מחוזרות ועוד. כן מאפיינת רמת החומר האורגני היסטוריה של הקרקעית – סיכם תהליכי הצטברות ופירוק של החומר האורגני.
האזור בו הקרקעית עשירה יותר בפחמן אורגני הנו אזור מעלה סכר שבע טחנות עד אזור האיצטדיון, אזור בו רמת הפחמן האורגני בשכבה העליונה הנה כ 3-4% (5-7% חומר אורגני). בשכבה העמוקה יותר נמצאת רמה נמוכה יותר של פחמן אורגני, בשיעור של כ-2%, דבר הנובע מכך שהחומר המצוי בשכבה זו עבר פירוק במהלך זמן ארוך יותר. (קבוע פירוק החומר האורגני כפי שנמצא על ידנו במאגרים ובריכות הנו כ-0.4 לשנה. במידה ונניח כי אין ערבול בין השכבות, ניתן לכן להעריך כי החומר האורגני המצוי בשכבה בעומק של 5-15 ס"מ הנו שהה במקום כשנה יותר מזה המצוי בשכבה העליונה ההנחה להעדר ערבול אינה סבירה ולכן הערך של שנה הנו ערך מינימלי).
בשכבה העליונה קשה להצביע על שנויים ברורים עם הזמן, בין השאר בגלל חסר בנתונים. בדגימות העמוקות יותר, נראה כי רמת החומר האורגני גבוהה במיוחד בדיגום של הסתיו האחרון, לאחר כמעט שנתיים ללא שיטפון ושטיפה.

 

ריכוז אמון 
האמון מהווה אינדיקציה לתנאים אנאירוביים בקרקעית. בנוסף מהווה האמון גורם רעיל ליצורים אקווטיים.
ריכוזי האמון בשכבה העליונה של הקרקעית נמוכים יחסית בחלק המערבי של הנחל. לעומת זאת נמצאים ריכוזים גבוהים מאד של אמון במעלה סכר שבע טחנות, כשמדובר במאות חלקי מיליון, ועד לערך של 2100 שנמצא באביב 1999. רמת האמון גבוהה בחלק המרכזי של הנחל החל מ-12/98.
התמונה די דומה גם בשכבה העמוקה יותר אם כי השונות רבה יותר. יש לציין רמות גבוהות של אמון בחלק המערבי של הנחל באביב 1999 ורמות גבוהות בחלק המרכזי של הנחל בסתיו 1999.
רמות האמון מגדירות בהחלט אזור העשרה מוגדר באזור שבמעלה סכר שבע טחנות. כן מסתמנת נטייה לשינוי בהרכב עם הזמן לאחר תקופה שחונה.

 

ריכוז סולפידים 
הסולפיד הנו הצורה המחוזרת של הגפרית במים ובקרקעית. רמות גבוהות צפויות בתנאי חיזור קיצוניים, אם כי כאן קיים עוד גורם המעלה האפשרות לרמות גבוהות, מציאות מי ים המספקים גפרה ברמות גבוהות. הסולפיד הנו חומר רעיל ובעל השפעה ביולוגית הן לגבי יצורים עילאיים והן לגבי מיקרואורגניזמים.
אכן בניגוד למיקום הגאוגרפי הברור של הופעת האמון, קיים פיזור גאוגרפי בהופעת הסולפיד.
רמות סולפיד גבוהות נמצאו הן בקטע המערבי של הנחל והן בקטע המרכזי הרמות הגבוהות ביותר נמצאו בסתיו 1998 ובאביב שאחריו. בדגום מסתיו 1999, דווקא אחרי תקופה שחונה ארוכה חלה ירידה ברמת הסולפיד בקרקעית הנחל. יתכן והדבר נובע מגובה מים נמוך יחסית דבר שאפשר שטף חמצן גבוה יותר לקרקעית. אפשרות נוספת, הזרמת קולחים עשירים יחסית בניטרט (לאור השיפור באיכות הקולחים של רמת השרון) וחמצון הסולפיד בקרקעית.

 

פחמימנים 
פחמימנים נמצאו כאינדיקטורים מהימנים של זיהום אנתרופוגני ממקור עירוני, וזאת פרט להשפעה אפשרית על הביוטה בנחל.
רמת פחמימנים מירבית נמצאה בקטע המרכזי של הנחל, אך נמצאות רמות גבוהות גם באיזור המערבי. רמות הפחמימנים בינן בשיעור של אלפי מג"ר לק"ג קרקעית. בכמה נקודות ניתן היה להריח את הפחמימנים במהלך הדיגום.
פרט לעליה כללת ברמה מ1997 קשה לקבוע שינוי ברמת החומר עם הזמן. יש להניח כי מדובר בתהליך מורכב של הצטברות ופירוק של החומר.

 

מתכות כבדות
מבחינת המיקום והעיתוי לרמות המתכות מסתמנות שתי קבוצות של מתכות:
בראשונה הוואנדיום, עופרת, כרום, קובלט, מנגן וניקל (V, Pb, Cr, Co, Mn, Ni)
ואילו בקבוצה השניה מצויים הקדמיום, האבץ, והנחושת (Cd, Zn, Cu).
ריכוזי הוואנדיום היו נמוכים, מתחת לסף הגילוי, בסתיו 1997. לאחר מכן, באביב 1998 נמצאו רמות גבוהות יחסית (עד ל 60 ח"מ) של וואנדיום בעיקר בחלק המערבי של הנחל ורק בשכבה העליונה של הקרקעית. בהמשך חלה ירידה ברמות הוואנדיום בשכבה העליונה אך נראית חדירה שלו לעומק.
הוואנדיום הינו סמן של דלקים כבדים. בזמנו הוסברה העליה ברמות המתכת אחרי חורף 1997/98
בשטיפה של שיירי דלק מהשטח העירוני. כנראה שלא חלה שטיפה החוצה מאז ולכן חדירה לעומק בלבד.
השינוי עם הזמן והמיקום של רכוזי העופרת היו דומים. רמות נמוכות מאד בסתיו 1997 כלאחר מכן עליה תלולה באביב, בעיקר בנקודות בחלק המערבי של הנחל. במקרה של העופרת היתה עליה ברמה גם בשכבה התחתונה של הקרקעית וירידה נכרת עם הזמן, כנראה בגלל ניידות רבה יותר של העופרת.
התנהגות דומה נמצאה לגבי הכרום, הקובלט, במנגן והניקל, כשההתפלגות בין השכבה העליונה לתחתונה תלוייה כנראה בניידות המתכת.
ריכוז הקדמיום היה נמוך מתחת לסף גילוי ברוב המדגמים ונעדר לגמרי ממדגמי 12/97, 11/99. רמות בשיעור של 1.5-3.5 ח"מ נמצאו במספר נקודות בתקופה שבין 5/98 עד 5/99. הנקודות בהן נמצא הקדמיום באופן יותר עקבי היו במעלה סכר שבע טחנות, בעיקר באזור האיצטדיון אם כי נמצא קדמיום ברמות הנדונות גם ממערב לאיזור זה.
האבץ הקרוב לקדמיום מבחינה כימית ומבחינת ספיחתו לקרקעית מפוזר גם הוא לכל אורך הנחל, כשהריכוזים הגבוהים באיזור האיצטדיון. ריכוזי האבץ גבוהים יחסית במועדי הדיגום האחרונים, מ-12/98 ואילך.
גם הנחושת מתנהגת בצורה דומה. גם האבץ וגם הנחושת מצוייים ברמות דומות בשכבות הקרקעית הנבדקות, דבר הנובע כנראה מניידות גבוהה.

 

סיכום והמלצות להמשך העבודה.
בדיקות הקרקעית בירקון מראות על חלוקה של הנחל למספר איזורים מוגדרים. בולט איזור ריכוז משקעים אורגניים, תנאי חיזור אמון וקבוצת מתכות כבדות באיזור שבמעלה סכר שבע טחנות. הסולפיד וקבוצת המתכות הכבדות הכוללות את הוואנדיום, העופרת ואחרים מופיעים יותר דווקא בחלק המערבי של הנחל.
במהלך המחקר נדגם הירקון בשנה "ממוצעת" מבחינת הגשמים, 1998/99 ובמהלך תקופה שחונה, מאביב 1998 עד לסתיו 1999 (כשהעתיד עדיין אינו ברור). במהלך התקופה השחונה מסתמן תהליך של עליה ברמות חומר אורגני (בעיקר דווקא בשכבה העמוקה יותר של הקרקעית), אמון ומתכות כבדות. יש לציין כי תהליך ההצטברות אינו חד, ברור וחותך.

קיימת בעיה של שונות בהרכב הקרקעית ומובהקות הדגימות. תהליך הדיגום אינו קל, בעיקר בתקופות של מים נמוכים ומחייב שכלול. יש לשקול להמשך העבודה קביעה ריגורית יותר של נקודות הדיגום, תוך ביצוע מספר חזרות רב יותר באותן נקודות.
יש לתכנן פעילות הדיגום בפעילות שגרתית במהלך בקרת המתרחש בנחל.

 

 

חלק ב': טיפול בקרקעית נחל הירקון

 

פיזור דשן אשלגן חנקתי בנחל אילון

עקרון:
הבעייתיות של מטרדי ריח הנובעים עקב הצטברות בוצה (עשרות סנטימטרים של חומרי זיהום עשירים בחומר אורגני ) על פני קרקעית הנחל.
בקרקעית הנחל קיימים תנאים אנאירוביים , בהם נוצרות תרכובות מחוזרות הגורמות למטרדי ריח חמורים. יש לציין כי בתנאים בהם קיימים בקרקעית תנאי חיזור ומצטברות תרכובות מחוזרות, חלה גם פגיעה חמורה במערכת הביולוגית מאחר ורוב התרכובות המחוזרות רעילות לדגים וליצורים האחרים החיים במים.
הטיפול בקרקעית צריך להתבסס על מניעת תנאי החיזור , או ע"י חמצון השכבה העליונה , הפעילה, בקרקעית. השיטה הנבדקת בניסוי זה הינה חמצון השכבה העליונה ע"י ניטרט.
פעולת הניטרט היא איטית ועדינה , כך שצפוי חמצון אך ורק של חומרים מחוזרים (ולא של חומר אורגני בכללו). איטיות החמצון אמורה למנוע פליטת מוצרי חמצון העלולים להוות מפגע.
תהליך החימצון הינו בניסוח סכמטי (כש C מייצג חומר אורגני):
2NO3 + 3 C —— 3 CO2 + N2

התהליך, דניטריפיקציה, מתרחש למעשה רק כתהליך מיקרוביאלי איטי למדי (משך זמן של שעות – ימים) ומתרחש אך ורק בתנאי חיזור (פוטנציאל חיזור נמוך מ 340mv). לכן, בניגוד למחמצנים אחרים, אין חמצון של חומר אורגני בגוף המים. התהליך מתחיל אך ורק כשהניטרט בא במגע עם איזורים מחוזרים בקרקעית.
לצורך הניסוי נוסה השימוש בדשן אשלגן חנקתי (KNO3 ) , שניתן בכדורים קטנים ( קוטר ממוצע של כ- 2.5 מ"מ ) ,וצפיפותם 1.2 גרם/סמ"ק, כך שניתן להניח הגעת הדשן לקרקעית תוך מס' שניות , והתמוססותו בפרק זמן של דקות.

חישוב לכמות הדשן הנדרשת:
בהנחה (בהתאם לממצאים קודמים) ל BOD של הקרקעית בשיעור של 4.5 מג"ר לגרם, משקל נפחי של הקרקעית 0.4 ועומק שכבה מטופלת 5 ס"מ , נקבל צריכת חמצן בשיעור 100 גרם ל-1 מ"ר של בוצה.
הדשן KNO3 מכיל 48% חמצן, כך שבסיכום נדרשים 200 גרם דשן למ"ר קרקעית (10 גרם דשן לק"ג בוצה יבשה).

בדיקות מעבדה
שיטת הניסוי: בוצה מקרקעית הירקון הוכנסה לצנצנות זכוכית בשכבה בת 2-2.5 ס"מ. מעל שכבת הבוצה הוספו מים מזוקקים או תמיסה המכילה אשלגן חנקתי ברמות של 5, 10, 20, 40 גרם דשן לק"ג בוצה (על בסיס יבש). גובה התמיסה היה 11 ס"מ. מחצית מהצנצנות נסגרו לקבלת תנאים של חוסר בחמצן.
בדיקות מים בוצעו במהלך הניסוי ואילו בדיקות קרקעית עם סיום הניסוי אחרי 11 יום.
באוגוסט נדגמה קרקעית הנחל בשנית ובוצע ניסוי מעבדה שני בצורה דומה.

תוצאות
בדיקות המים הורו כי רק חלק קטן מהניטרט נצרך במהלך הניסוי. לכן ניתן להשתמש ברמות ניטרט נמוכות יותר.
בסיום הניסוי היתה הבוצה בטיפולי הבקורת שחורה כבתחילת הניסוי. בצנצנות להן הוסף ניטרט הפכה הבוצה לחומה.
ניתן לראות בבירור כי הוספת ניטרט, ולו ברמה הנמוכה ביותר, הורידה את רמת הסולפיד לערכים של 10-20% מטיפול הבקורת, גם בטיפולים בהם היתה המערכת אנאירובית.
לא נמצאו השפעות על רמת החומר האורגני ועל רמת האמון. נראית השפעה על צפיפות הבוצה שירדה בטיפולים אליהם הוסף ניטרט, כנראה בגלל עליה באוכלוסית החיידקים ויצירת ביו-פילם על גבי החלקיקים.
בתוצאות מקובצות משני ניסויי המעבדה לגבי השפעת ניטרט (מקבץ של כל הרמות) על רמות הסולפיד בקרקע ועל צריכת החמצן הביולוגית (BOD ). ניתן לראות בבירור הורדה מובהקת של הסולפיד ועוד יותר מכך של צריכת החמצן הביולוגית.

 

בדיקות בירקון

שיטת פיזור הדשן:
יעילות פיזור הדשן במי נחל מושפעת מתנועת המים ולכן נבחר אתר הניסוי במקום בו הזרימה חלשה (ניסיון למנוע היסחפות הדשן ) במשך מס' שעות (שעות הבוקר – שפל הים ) .
נתחמו שתי חלקות של 800 מ"ר כל אחת (80 מ' אורך על 10 מ' רוחב ) , וביניהן מרווח של כ- 40 מ' בנחל אילון באזור השפך לירקון. אתר הניסוי הינו מושפע מזרימות גאות ושפל (חיבור ישיר לים דרך הירקון ).

שיטה ראשונית : הדשן חולק לשקיות (10 ק"ג) ,ומהן פוזר ע"י כף וכוס לשני צידי הסירה , תוך תנועה איטית של הסירה. בשיטה זו לא ניתן להגיע לפיזור יעיל (מילוי וריקון הכף גוזל זמן בו הסירה ממשיכה לנוע).
השיטה הראשונית בוצעה בפיזור הראשון בתאריך 28/7/99 ופוזרו בה 160 ק"ג דשן
שיטה שנייה : נבנתה 'מדשנת' (שתי פלטות מחוררות) אשר חוברה ע"י מתקון לסירה , ובעזרתה ניתן ליצור פיזור רציף ואחיד . החסרון הבולט הוא ברוחב רצועות הפיזור ( כ- 50 ס"מ ).
והשנייה בוצעה ב 10/8/99 ובה פוזרו 200 ק"ג דשן.

הבדיקות הכימיות כללו: ניטרט , סולפיד , חומר אורגני , BOD , אמון חליף.
ניטרט : הכוונה היא לראות האם הבוצה צרכה את כל הדשן ( עודף/ חוסר).
סולפיד : הינו מדד מובהק לתנאים אנאירוביים
BOD: דרישת חמצן של הקרקעית – מדד לצריכת הדשן ע"י הבוצה.

 

 

תוצאות
תצפית במהלך הדיגום : הדיגום נעשה ע"י שני מכשירים, דוגם בלתי מופר ו'אקמן' . היתרון ב'אקמן' הוא בקבלת שטח פנים גדול של קרקעית ( ביחס ל'קור') , ופחות השפעה של המים בעת השליפה החוצה . בהוצאת ה'אקמן' נראתה בברור שכבה דקה חומה ע"פ השכבות השחורות.

 

בדיקות מעבדתיות
הבדיקות הכימיות כללו: ניטרט, סולפיד, חומר אורגני, BOD, אמון חליף, חומר אורגני המתחמצן בקלות (EOM).
התוצאות סבלו משונות רבה בין החזרות. בתוצאות בדיקת הסולפיד בקרקעית ניתן לראות את השונות הרבה כפי שהיא מתבטאת בסימון של סטית התקן של כל בדיקה. בניסוי הראשון
שבוצע (28.7) נראתה השפעה של הניטרט לכיוון של הורדת רמת הסולפיד, אם כי השונות בתוך החזרות גבוהה יותר מההבדל. בניסוי השני נמצאה תוצאה הפוכה.
רמת הניטרט בקרקעית היתה גבוהה יותר בטיפול המדושן גם כשבועיים אחרי מתן הדשן.
הבעייתיות בבדיקות : עקב חמצון שכבה דקה מאוד (מ"מ ספורים). הדגימות עצמן אינן מייצגות רק את החלק המחומצן , ובעצם נוצר ערבוב בין השכבה המחומצנת ובין שאר הבוצה המחוזרת (החלק השחור), כך שבמעבדה לא קיבלנו תוצאות המאפיינות רק את החלק המחומצן .
בעיה נוספת נובעת מהשונות בין שטח הביקורת ושטח הניסוי. ביטוי אחד לשונות הנו עומק המים השונה בשתי החלקות.

 

סיכום ומסקנות.
השערת העבודה כי ניתן לחמצן את הקרקעית ע"י הוספת ניטרט נמצאה נכונה. במעבדה גרמה החשיפה לתמיסת ניטרט לשינוי דרמטי בתכונות הבוצה שהפכה מחומר שחור, מחוזר ומכיל רמות גבוהות של סולפיד לחומר מחומצן. יותר מכך, הוספת הניטרט גרמה לירידה בצריכת החמצן הביולוגית ובכך הביאה את הקרקעית למצב בו היא רגישה פחות להמשך תנאי המחסור בחמצן לאחר הטיפול: הטיפול ישפיע למהלך זמן ממושך יותר מאשר משך זמן הפעולה של הניטרט.
היישום בנחל מחייב עדיין המשך בדיקה ופיתוח שיטות טכניות לפיזור.
בעיה אחת הנה עומק השפעת הניטרט. בהתאם לתצפיות במהלך הדיגום, נראה כי הדשן גורם לחימצון של שכבה דקה על פני הקרקעית. באם אכן כך הדבר, נראה כי ניתן להקטין רמת הדשן הניתן לנחל. כן יש לבדוק השפעת היווצרות שכבה דקה של קרקעית מחומצנת על פליטת ריחות ועל הפעילות הביולוגית בנחל. נראה כאן מקום לשיתוף פעולה בין קבוצתנו העוסקת בצד המערכתי טכנולוגי לבין קבוצות הבדיקות תכונות ביולוגיות של המערכת.