ביורמדיאציה של שפכים אלקליניים ממפעל תירס עם Haematococcus pluvialis בתנאי מעבדה ובריכה רייסווי בגודל 100 ליטר

הפיכת שפכי טורטייה למשאב

כל יום במקסיקו מיוצרות מיליוני טורטיות באמצעות שיטת בישול עתיקה הנקראת ניקסמליזציה. התהליך הזה יוצר שפכים אלקליניים קשים הידועים כניאהיוטה. בדרך כלל נראים הם כפסולת מטרידה שיכולה לזיהם נהרות ואגמים, אך ניאהיוטה גם עשירה בחומרי תזונה. המחקר הזה בוחן כיצד אורגניזם מיקרוסקופי מקור מים מתוקים, המיקרואצה הירוקה Haematococcus pluvialis, יכול להפוך את הבעיה להזדמנות: לנקות את המים תוך כדי ייצור ביומסה עשירה בחומרים מזינים שניתן להשתמש בה כדשן או כמזון לבעלי חיים.

מדוע שפכי תירס הם בעיה נסתרת

ניקסמליזציה משפרת את הטעם והערך התזונתי של התירס, אך מותירה אחריה כמויות עצומות של שפכים — למעלה מ-14 מיליון מ"ק בשנה רק במקסיקו. הנוזל חזק מבחינה אלקלינית, עכור ומלא בחומר אורגני, חנקן, זרחן ומוצקים תלויים. כשמשפכים אותו ללא טיפול לנחלים או תעלות, הוא מזין פריחות אצות, מוריד רמות חמצן ופוגע בחיי המים. מפעלי תעשייה גדולים החלו להשתמש במסננים ובמערכות טיפול מתקדמות, אך חנויות טורטייה קטנות ובינוניות לרוב לא יכולות לעמוד בהשקעות כאלה. כתוצאה מכך, רוב הניאהיוטה עדיין עוזבת מפעלים ללא טיפול, מה שיוצר נטל סביבתי רחב היקף אך בר-ראייה מועטה.

שימוש באצות זעירות כצוות ניקוי טבעי

צוות המחקר פנה למיקרואצות, היכולות לשגשג במים עשירים בחומרים מזינים תוך ספיגת עודפי חנקן, זרחן ופחמן אורגני. מתוך חמישה מינים מועמדים, Haematococcus pluvialis בלט ביכולתו לשרוד ולהתפקד היטב בניאהיוטה לא מדוללת. כדי לעזור לאצה להתמודד עם נוזל קיצוני כזה, המדענים תחילה "חיזקו" את התרבית על ידי חשיפתה לזמן קצר לאור UV-C, מה שהשמיד רוב התאים ובחר את השרידים החזקים ביותר. לאחר מכן הגדילו בהדרגה את חלקה של הניאהיוטה בתווך הגידול — מ-15% ועד 100% — עד שהאצות התרגלו לחלוטין. ההכנה הקפדנית הזאת איפשרה למיקרואצות להשתמש בניאהיוטה לא כיראה, אלא כמקור מזון.

מתומנות מעבדה לבריכה בחממה

הגדלה מספל מעבדה קטן לבריכת רייסווי של 100 ליטר איננה פשוטה רק בהגדלה פיזית. האצות זקוקות להחלפת גזים מספקת — במיוחד לשחרור חמצן ולאספקת פחמנית דו-חמצנית — כדי לצמוח בקביעות ולהמשיך לטפל בשפכים. החוקרים השתמשו במדד הנדסי פרקטי שנקרא "kLa נראית", המשקף עד כמה יעיל מעבר הגזים בין האוויר לנוזל. על ידי מדידת ערך זה במעבנית קטנה ואז התאמת מהירויות ערבוב והגה במִגְרַס של 5 ליטר ובבריכה פתוחה של 100 ליטר, הם שאפו לשמור על תנאי העברת גז דומים בכל גדלים. המדידות בבריכה הראו שהערבוב חזק יותר בסמוך לגלגל ההנעה וחלש יותר למרחקים, מה שמגלה שבריכות אמיתיות מתנהגות יותר כמו תעלות זורמות מאשר כמו מכלים מעורבבים באופן מושלם.

כמה נקיים המים בסוף התהליך?

בתנאי מעבדה מבוקרים, האצות המותאמות הופיעו בביצועים מרשימים. הן הסירו כ-96% מסך החנקן, למעשה 100% מהזרחן, ולמעלה מ-92% מביקוש חמצן כימי (COD), מדד לזיהום אורגני. כשהתהליך הועבר לבריכת רייסווי חיצונית של 100 ליטר, ההסרה נשמרה גבוהה אך ירדה במעט: כ-87% לחנקן, 99% לזרחן ו-90% ל-COD. הירידה הייתה קשורה בעיקר לאידוי שהרוכז את המזהמים הנותרים ולשינויים באור ובטמפרטורה בחוץ. בעוד שחנקן וזרחן ירדו מתחת לספי הפליטה המקסיקניים, COD נשאר מעל הספים הרגולטוריים. המחברים מציעים להוסיף שלבי גימור פשוטים, כגון קואגולציה עם פלאקולנטים טבעיים או סינון בפחם פעיל, כדי לשפר את המים עד לעמידה בסטנדרטים.

משפכים לביומסה מועילה

מעבר לניקוי המים, התהליך ייצר כמות משמעותית של ביומסה מיקרואגלית. ניתוחים הראו שהחומר המיובש הזה עשיר בחלבון ובמינרלים, ובמיוחד בסידן, מה שהופך אותו לרכיב פוטנציאלי בדשנים ביולוגיים או במזון לבעלי חיים. במעבדה הכילו האצות כמעט 39% חלבון, שיעור שירד לכ-27% בבריכה החיצונית הגדולה, בעוד שתכולת המינרלים (נמדדת כחומר חרוך) עלתה מכ-31% לכ-47%. העלייה במינרלים משקפת את תכולת הסידן הגבוהה של הניאהיוטה ואת אפקט הריכוז של האידוי. למרות שקיימים מתכות כבדות במידה זעירה, רמותיהן היו נמוכות, והמחברים מציינים כי שטיפה פשוטה או טיפולי הכנה נוספים יכולים לשפר עוד את הבטיחות והאיכות.

דרך מעשית לכיוון ייצור טורטייה נקי יותר

לא-מומחה, המסקנה העיקרית היא שניצן צמחי זעיר יכול להפוך שפכי תעשיית המזון הבעייתיים למים נקיים ולמוצר לוואי שימושי. באמצעות אימון והגדלה בקפידה של Haematococcus pluvialis, החוקרים הראו שמפיקי טורטייה קטנים ובינוניים עשויים, עקרונית, לאמץ מערכת בריכות יחסית פשוטה שמתאימה למודל כלכלת ביודירקולארית מעגלית. למרות שדרוש שלב גימור נוסף כדי לעמוד במלוא תקני הפליטה, המחקר מדגים בסיס חזק וסקלאבילי לייצור טורטייה ירוק יותר שמגן על מקווי המים ומייצר ערך ממה שהייתה בעבר רק פסולת.

ציטוט: Najar-Almanzor, C.E., García-Cayuela, T., Gutierrez-Uribe, J. et al. Bioremediation of alkaline corn wastewater with Haematococcus pluvialis under laboratory and 100 L raceway pond conditions. Sci Rep 16, 5340 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35251-9

מילות מפתח: שפכי ניקסמל/ניאהיוטה, ביורמדיאציה בעזרת מיקרואצות, Haematococcus pluvialis, כלכלת ביודירקולארית מעגלית, עיבוד תירס