בוצה

בוצת שפכים (Sewage sludge) היא חומר אורגני מוצק הנוצר כחלק בלתי נפרד מתהליך טיהור השפכים. מקורה במוצקים השוקעים באגני הטיפול הראשוני (בוצה ראשונית) ומיקרואורגניזמים שפירקו את החומר האורגני שבשפכים (בוצה שניונית). הבוצה היא פסולת ומטרד אולם יכולה להפוך לחומר גלם ומשאב, כחומר דשן בחקלאות, לאחר טיפול מתאים. בנוסף קיימות חלופות אחרות כגון שרפה והטמנה. תכולת המזהמים בבוצה היא פונקציה של איכות השפכים הנכנסים למכון טיהור שפכים, סוג המכון והטיפול בבוצה לאחר ייצורה. הטיפול בבוצה נגזר מהשימוש בבוצה לאחר הטיפול. טיפול מיקרוביאלי בשפכים מנצל חיידקים (או אורגניזמים אחרים, במקרים נדירים) לפירוק החומר האורגני. אחת משיטות הטיפול הנפוצות והיעילות ביותר בקטגוריה זו נקראת בוצה משופעלת. בתהליך זה, הבוצה, שמורכבת בעיקר ממיקרואורגניזמים חיים, מופרדת מזרם היציאה ממתקן הטיפול (קולחים), ומוחזרת לזרם הכניסה. בצורה זו מעלים את ריכוז המיקרואורגניזמים במתקן הטיפול. מכיוון שהמיקרואורגניזמים הם למעשה אלה שמפרקים את המזהמים האורגנים במים, יעילות הטיפול בשפכים עולה. השימוש בשיטת הבוצה המשופעלת יוצר תהליך ברירה טבעית. בתהליך זה מגוון המינים באוכלוסיית המיקרואורגניזמים במתקן הטיפול יורד, וחלקם של מינים מסוימים באוכלוסייה עולה באופן ניכר. המינים שהופכים להיות דומיננטיים באוכלוסייה של מתקן הטיפול הם אלה שמפרקים את החומר האורגני בשפכים בצורה היעילה ביותר ומופרדים ביעילות גבוהה בתהליך הפרדת הבוצה. הפרדה ביעילות גבוהה בתהליך הפרדת הבוצה הוא חיוני על מנת שמין מסוים יהפוך לדומיננטי. בתהליכי הפרדה פשוטים המבוססים על שיקוע, האוכלוסייה הדומיננטית אינה דווקא האוכלוסייה שמפרקת את החומר האורגני בשפכים בצורה היעילה ביותר. דבר זה חשוב בעיקר בשפכי תעשייה המכילים ריכוזים שונים של חומרים אורגנים קשי פרוק. כדי להתגבר על בעיה זו, משתמשים בתהליכי הפרדה אחרים, כגון סינון ממברנלי. עיקר השימוש בבוצה כמקור אנרגיה הוא באמצעות עיכול אנאירובי, אשר תוצריו הם ביוגז ובוצה מעוכלת. הביוגז הנוצר מכיל מתאן בכמות גבוהה, גזים אינרטיים וגזים נלווים (למשל מימן גופרתי). הביוגז יכול לשמש לאחר טיפול כגז בעירה (כחלופה לגז טבעי, למשל במנועים או טורבינות) או לתהליכי חימום ישירים. במתקני טיפול מתקדמים בשפכים (מטש"ים), בהם מבוצע תהליך של עיכול אנאירובי של בוצה והפקה של ביוגז, על פי רוב נעשה שימוש בביוגז להנעת טורבינה לייצור חשמל, אשר מספקת את צריכת האנרגיה של המט"ש, ואם יש עודפים – למכירה לרשת החשמל. החום הנוצר בתהליך השריפה לעיתים משמש את המט"ש לחימום תהליכי הטיפול. שימוש באנרגיה באופן זה, נכון להיום, הוא הכדאי ביותר כלכלית ברוב המקרים. קיימות גם שיטות נוספות להפקת אנרגיה מבוצה, אשר כוללות גזיפיקציה, פירוליזה, אך נכון להיום הן פחות נפוצות. ניתן לבצע גזיפיקציה של הבוצה ליצירת מתאן גם בחום ולחץ גבוהים, כפי שניתן לעשות עם פסולת מוצקה אורגנית. לצורך זה, הבוצה מכילה עודף גדול של מים, יחסית לדרוש לתהליך הכימי, ורצוי לערב אותה בפסולת אורגנית מוצקה. בדומה לכל פסולת אורגנית מוצקה, ניתן בתהליך דומה לייצר מהבוצה תחליפי נפט. ייתכן שהעלייה במחירי הנפט תהפוך את הבוצה לחומר גלם ליצור תחליפי דלק כבר בעתיד הקרוב. הבוצה מכילה ריכוז גבוה של נוטריינטים (חומרי מזון בסיסיים) שמקורם בשפכים, בעיקר חנקן וזרחן וכן יסודות קורט. עם זאת, לא ניתן להשתמש בבוצה גולמית כדשן ממספר סיבות: מקור הבוצה בשפכים והיא עשויה להכיל גורמים פתוגנים (מחוללי מחלות). הבוצה אינה יציבה, וממשיכה לעבור פרוק על ידי מיקרואורגניזמים. בתהליך זה נפלט פחמן דו-חמצני, שיכול לחנוק את השורשים. ערך הגבה של הבוצה אינו מתאים לדרוש לצמח, דבר שעשוי להביא למוות של השורשים, ובעקבותיהם של הצמח כולו. על מנת להתגבר על כל הבעיות האלו, ניתן להעביר את הבוצה תהליכי ייצוב ועיקור. למשל, תהליך העיכול האנאירובי שהוזכר לעיל הוא תהליך שמייצב את הבוצה, וכן הטמפרטורות הגבוהות הנוצרות מעקרות את הפתוגנים המצויים בבוצה. תהליך אפשרי נוסף הוא תהליך הדשנה (קומפוסטציה). בתהליך זה נוצר קומפוסט (דשונת) המתאים לשימוש כדשן אורגני, וכמטייב קרקע. קיימות בעולם מגמות של הפחתת השימוש בבוצה שמקורה בשפכים לצורך דישון חקלאי. אגני עיכול בוצה במט"ש חיפה מעכלי בוצה בשפד"ן Selvakumar Periyasamy, Kavitha S, Beula Isabel J, Tatek Temesgen, Rajesh Banu J, Sivashanmugam P, Chapter 22 – Biogas recovery from sludge, Elsevier, 2022-01-01, עמ' 381–394, ISBN 978-0-323-90178-9. (באנגלית)