סביבה וגהות אודות

רקע | ניטור | שאלות ותשובות

מבוא

אפר פחם מכיל יסודות שונים, חלקם יסודות קורט הנחשבים רעילים כגון מתכות כבדות. החשש העיקרי הנובע מיישומי אפר בתשתיות ובחקלאות הוא פוטנציאל זיהום הקרקע ומקורות מים כתוצאה משטיפת מזהמים מתוך האפר, חילחולם לסביבה ולמי תהום וקליטתם בגידולים חקלאיים. פוטנציאל השטיפה תלוי בכמות המים הבאה במגע עם האפר ביחידת זמן ובזמן המגע בין המים לבין האפר, כמו גם בתכונות הפיסיקו-כימיות של האפר, של המדיום שלתוכו הוסף האפר (דהיינו הקרקע ותמיסת הקרקע) ושל הצורונים בהם מצויים היסודות באפר:
דוגמא לתכונות פיסיקליות-
  • התפלגות גודל הגרגר הקובע את הנקבוביות (אחוז החללים בחומר בהם המים יכולים לשהות ולנוע); גודל הגרגר מבטא גם את שטח הפנים הזמין למגע עם הפאזה הנוזלית,
  • חדירות הקובעת את קצב חדירת המים לתוך חלקיק (או גוש) של האפר,
  • מקדם הדיפוזיה של הצורונים השונים של היסודות,
  • זמינות היסוד לשחרור הנקבעת, בין השאר, על פי תהליכי נידוף ועיבוי מחדש על פני האפר במהלך שריפת הפחם. ככל שהיסוד נדיף יותר, הוא מתעבה מאוחר יותר בשלב הקירור והוא זמין יותר לשטיפה במגע האפר עם המים בקרקע. יסודות המקובעים במינרלים נשארים במקרים רבים כלואים בתוך חלקיקי אפר אמורפיים בעלי מבנה זכוכיתי ואינם זמינים לשטיפה.
דוגמא לתכונות כימיות-
  • pH (דרגת חומציות) של תמיסת הקרקע,
  • Eh (פוטנציאל חימצון/חיזור),
  • חוזק יוני של תמיסת הקרקע.
תכונות כגון אלו משפיעות על תהליכים המתרחשים בפן הביניים בין האפר לתשטיף ובתוך התשטיף עצמו. כל עוד קיים גרדיאנט ריכוזים בין חלקיק האפר לתמיסת הקרקע, ינועו יסודות מהאפר לתמיסה.

שיטות בדיקה

פוטנציאל הזיהום מן האפר ניתן להערכה ע"י שטיפת מזהמים ממנו בנוהל מוגדר. מנהלת אפר הפחם מבצעת מדי שנה (מאז 2004) בדיקות מיצוי לאפרים ממקורות עיקריים באמצעות שתי שיטות שטיפה: שיטת TCLP של ה- USEPA (ארה"ב) שבאמצעותה נבדקו אפרים מאז 2004, ושיטת EN 12457-2 של הדירקטיבה האירופית שנכנסה לשגרת הבדיקות משנת 2007. בשיטה האירופית האפר המרחף עובר טלטול במיכל סגור עם מים מזוקקים ב- pH הבלתי מופר, ביחס מוצק:נוזל של 1 ל- 10, למשך 24 שעות. בשיטת ה- TCLP (שנקבעה במקור להערכת סיכוני שטיפה מפסולות תעשייתיות חומציות) המיצוי נעשה ב- pH קבוע (4.9), למרות שבמציאות האפר הנוצר בישראל הוא בסיסי הרבה יותר, ובסביבה הוא נחשף למי גשמים בעלי pH קרוב יותר לנייטרלי, וחלים שינויים ב- pH של המערכת עקב תהליכים שונים כגון עלייה בריכוז ה- CO2 כתוצאה מפעילות ביולוגית בקרקע. כתוצאה מאותה פעילות מיקרוביאלית ומכושר הבופר של מינרלי הקרקע (למשל גיר), ערך ה- pH בקרקע לה הוסף אפר בישראל יורד מערך התחלתי של 11 ויותר לערך של 8-9 בשיווי משקל. ככל שמשתנה ערך ה- pH מתרחשים שינויים גם בדרגת שחרור היסודות השונים מן האפר. למרות חסרונות שיטת ה- TCLP היא עדיין תקפה בארץ למיצוי אפר בהתאם להחלטת הועדה המקצועית-מדעית משנת 1997, מנימוקי פשטות ומשום שקיימת עבור יסודות רבים רשימת ערכים מרביים המותרים בתשטיף ה- TCLP והמגדירים חומר כמסוכן. בעקבות בחינה יסודית ומחקר ממושך שנערך בארץ, המליצה הועדה להעדיף את שיטת המיצוי האירופית משום שהיא משקפת טוב יותר את המציאות מאשר שיטת ה- TCLP בה המיצוי נעשה כאמור ב- pH קבוע.

ניטור

הריכוזים המתקבלים בתשטיף מושווים לערכי הסף המוגדרים בקריטריון "אפר בר שימוש" הנגזר מערכי הסף לפסולת לא מסוכנת לפי ה- USEPA ומערכי הסף בדירקטיבה האירופית (Landfill Directive 2003/33/EC) לפסולת לא מסוכנת ואינרטית המיועדת להטמנה. ניטור המזהמים באפר הישראלי לאורך השנים מצביע על חריגות, בחלקן משמעותיות, של מספר יסודות באפר ממקורות מסוימים, מערכי הסף בקריטריון האירופי. אולם, ראוי לציין כי קריטריון זה נקבע במסגרת הגדרת תנאים להטמנת פסולת כמסת מילוי, בהנחה שהפסולת תחשף לגשם, אם באמצעות נגר על פניה, חלחול דרכה, או תנועה נימית עולה מבסיסה. התנהגות אפר המיושם בסביבה החקלאית או בשימושיו השונים בתשתיות שונה מהותית מהתנהגותו הצפויה כחומר מילוי במטמנה. להלן הנחות הדירקטיבה שעל בסיסן נקבעו הרמות המרביות המותרות:
  • מילוי מסיבי חשוף לסביבה הנתון תחת שטיפה בתנאים קבועים ואגרסיביים למדי (טלטול החומר לקבלת פוטנציאל מיצוי מרבי);
  • עלייה ב- pH עם הזמן. זכור כי למעשה ה- pH בסביבת האפר המיושם בקרקע נשמר בתחום 7-9 (הקרקע כאמור משמשת כבופר השומר את ערך ה- pH ברמה זו);
  • מעבר בלתי מופר של מומסים למי התהום.
לעומת זאת, אפר המיושם בסביבה מושפע מתהליכים כימיים כגון תגובות פוצולניות ושקיעת גיר בנקבובים הבין גרגריים כתוצאה מהפיכת הסיד החופשי שבאפר לגיר בריאקציה עם מי גשם ו- CO2 מהאטמוספירה. כאשר האפר מיושם כגוש אחיד (למשל בתשתיות כבישים), התהליכים הללו מצופפים את מבנה האפר וגורמים להפחתה הדרגתית בחדירותו למים ובמיצוי היסודות ממסת האפר עד שלמעשה האפר נאטם למעבר מים דרכו. תהליך זה הוכח והודגם במחקרים ובניטור בשדה שנערכו ביוזמת המנהלת במטרה לבחון את הסיכון הסביבתי מיישום אפר בסלילה ותשתיות. תהליך האיטום אותר למשל בכביש הגישה לג'יסר-א-זרקא ובכביש שש בקרבת רבדים. במחקרים אלו האפר יושם כמילוי מבני בסוללת הכביש עפ"י הדרישות ההנדסיות, כלומר במצב מורטב ומהודק, ולבסוף כוסתה שכבת האפר במעטפת קרקע ובאספלט. בתנאי יישום אלה הפך האפר עם הזמן לבלתי חדיר למי גשמים, כך שבמבחן המציאות לא נשטפים מסוללת האפר מזהמים לסביבה כלל וכמובן שאינם מגיעים למי תהום. גם אילו דלפו מזהמים משכבת האפר, קיים מחסום נוסף להגעת המזהמים למי התהום והוא היקשרותם של המזהמים למרכיבי הקרקע בתהליכי שקיעה וספיחה שונים. גם בהנחה המחמירה ביותר של הגעת מזהמים למי התהום בתשטיף האפר, מתמזער הסיכון כתוצאה ממיהול התשטיף במי התהום הנמצאים בזרימה מתמדת.

חלופות לנוהל הניטור וקריטריון הערכים המרביים

כאמור, הקריטריון האירופי מתייחס לריכוזי יסודות קורט במיצוי עם מים לפי שיטת EN 12457-2, כאשר רמת החומציות (pH) מושפעת מן האפר בלבד ועבור האפרים הנוצרים בישראל נעה רמת ה - pH בין 12-10 בסוף תהליך המיצוי. ממחקרים שהתבצעו בארץ ובעולם ידוע שמידת שחרור היסודות מן האפר תלויה ב- pH. מכאן שעל מנת להתאים את שיטת המיצוי לחיזוי תרחישי ניצול האפר בתנאים סביבתיים מציאותיים, יש לאפיין את מידת שטיפת היסודות ברמות pH שונות וביחסי מוצק:נוזל שונים. לצורך כך מבוצע אפיון (Characterization test) לאפר מרחף ממקורות הפחם העיקריים המיובאים לישראל, בשיטה prEN 14997: Influence of pH on waste leaching with continuous control. בשיטה זו מבוצע המיצוי בערכי pH שבין 14-4 כשערך ה- pH נשמר באמצעות הוספת חומצה או בסיס בעזרת מכשיר pH-stat. המטרה היא לבנות עקומת אפיון של שחרור יסודות לתמיסה כתלות ב- pH עבור אפרים מכל מקור פחם שממנו נוצרו האפרים. באמצעות עקומת אפיון זו, הריכוז שיתקבל בשיטת ה- EN 12457-2 (בדיקת ההתאמה), עבור כל יסוד ב- pH הבדיקה יאפשר חיזוי מידת השחרור של אותו יסוד בכל ערך pH בתחום ה- pH שנכלל בעקומת האפיון. בהינתן אפר ממקור מאופיין (בעל עקומת אפיון ידועה), ריכוז יסוד כלשהו המתקבל בתשטיף בדיקת ההתאמה יתוקן לערך הצפוי בסביבת היישום לפי ערך ה- pH הצפוי בה על פי עקומת האפיון. ריכוז המזהם שנקבע על פי עקומת האפיון ב- pH המתאים לסביבת היישום יושווה לערך התקן הנדרש בקריטריון "אפר בר שימוש ייעודי".

הערכת סיכונים

ההיבטים הסביבתיים של שימושי אפר פחם בישראל נבחנים כיום במסגרת הערכה סביבתית של תשטיפי אפר מרחף ע"י מערכת ה- LEAF (Leaching Environmental Assessment Framework), במטרה לאמצה בעתיד ככלי להערכת סיכונים הנובעים משימושי האפר השונים. מדובר במערכת המיועדת להערכת השפעות סביבתיות של תשטיפים ממגוון רחב של חומרים שנשקלת חשיפתם לסביבה. מערכת ה- LEAF כוללת ארבעה פרוטוקולים של שטיפה שאושרו על ידי ה- USEPA והמבוססים על שיטות השטיפה של הדירקטיבה האירופאית. פרוטוקלים אלו אמורים לשקף בקירוב טוב את ההתנהגות הצפויה של החומרים הנשטפים עם חשיפתם לתנאי סביבה שונים. המערכת היא פרי פיתוח של למעלה מ- 20 שנות עבודה משותפת של קבוצות מחקר בהנהגת Prof. David Kosson מאוניברסיטת Vanderbilt, טנסי, ארה"ב, ו- Dr. Hans van der Sloot ממכון המחקר ECN, הולנד, תוך מעורבות ותמיכה של ה- USEPA. המערכת נועדה להעריך את הסיכון לסביבה משימוש חוזר או הטמנה של פסולת כלשהי באמצעות הזנת נתונים למודל. מודל זה, הקרוי LeachXS, הוא למעשה בסיס נתונים המכיל מידע מינרלוגי וכן ריכוזי מזהמים שנמדדו בתשטיפי מגוון רחב של פסולות בתנאי pH ויחסי נוזל:מוצק שונים (בוצעו מעל למיליון בדיקות בעשרות מעבדות), כאשר הערכת הסיכון לסביבה מפסולת מסוימת מחושבת על סמך מידת שחרור המזהמים ממנה כתלות באופי היישום ובתנאי הסביבה (כגון משקעים והידרו-גיאולוגיה).
נוסחה תכנית עבודה שמטרתה הטמעת תהליך ה- LEAF ושיטות הבדיקה שלו במערך הבדיקות השוטפות לאפר. הגשמת מטרה זו תאפשר בחינה סביבתית של יישום אפר מרחף (כתוסף לקרקע ולבוצת שפכים) בחקלאות, הגדרת מגבלות סביבתיות לשימוש באפר בבטון ובמוצרים צמנטיים (בחנ"מ, גראוט) לתשתיות, ופיתוח מסגרת מובנית לקבלת החלטות סביבתיות בכל הנוגע ליישומי אפר בתנאים הייחודיים לישראל (כגון גיאולוגיה, הידרולוגיה, סוגי אפר, קרקעות וגידולים).
בשלב זה נלמדות ארבע שיטות השטיפה של ה- USEPA שנעשה בהם שימוש בתהליך ה- LEAF. שיטות אלו הן:
  • pH dependence- 1313: בדיקת ריכוזי היסודות בתשטיף ברמות pH שונות לאחר הגעה ל- pH הסופי כעבור 24 שעות (בשונה משיטת האפיון prEN 14997 בה ה- pH נשמר למשך 4 שעות בעזרת מכשיר pH-stat);
  • Percolation column- 1314: בדיקת התשטיף הנפלט בתחתית עמודות שמולאו במדיום הנבחן;
  • Mass transfer rates- 1315: בדיקת התשטיף ממונולית או מחומר גרנולרי מהודק החשוף להמסה בשטח הפנים החיצוני בלבד;
  • Batch L/S- 1316: בדיקת שחרור יסודות ביחסי נוזל:מוצק שונים.
בשלב הבא יוזנו ל- LeachXS נתוני בדיקות האפיון של אפרים מרחפים שנוצרו בישראל אשר התקבלו עד כה לפי שיטת prEN 14997 ונתונים שיתקבלו בעתיד בבדיקות השטיפה בשיטות שפורטו לעיל.