יישום רב-תכליתי של זאוליט להסרת אמוניום והפחתת פליטת אמוניה במי שפכים, מי טחינה של גוויות ושדות אורז

למה חשוב לנקות חנקן בלתי נראה

חלק ניכר מאספקת המזון העולמית תלוי בדשנים מבוססי חנקן, אך אותו חנקן עלול להפוך למلوث נסתר כאשר הוא בורח למים ולאוויר. רמות אמוניום גבוהות מדי בנהרות ואגמים תורמות לפריחת אצות ולהתמוטטות דגים, בעוד גז אמוניה מאדמות חקלאיות מחמיר את איכות האוויר ומבזבז דשן יקר. מחקר זה בוחן האם מינרל טבעי נפוץ בשם זאוליט יכול לשמש כספוג רב-פעמי לחנקן עודף — לנקות מי שפכים, ללכוד זיהום ממי טחינה של גוויות ולקטוע איבוד אמוניה משדות אורז.

סלע שמתנהג כמו ספוג

זאוליטים הם מינרלים וולקניים עם מבנה כלוב-דמוי מלא בתעלות זעירות שיכולות להכיל ולהחליף חלקיקים ממומסים טעונים כגון אמוניום. החוקרים בחנו בראשונה זאוליט טבעי בשם קלינופטילוליט. באמצעות מיקרוסקופים ובדיקות כימיות הם אישרו שיש לו משטח מחוספס ונקבובי, שטח פנימי גדול ואתרים טעונים שלילית רבים — תכונות שהופכות אותו מתאים לקשירה של יוני אמוניום חיוביים. הם גם מדדו כיצד טיפול בחימום משנה את המינרל, שכן חימום משמש לעתים קרובות ל"הפעלה" של חומרים לשיפור הביצועים.

מציאת נקודת האיזון לניקוי במים

הקבוצה בדקה עד כמה הזאוליט מסיר אמוניום ממי שפכים סינתטיים. הם מצאו שהמינרל פועל במהירות: רוב האמוניום נתפס בתוך 30 דקות, וכמות המקסימום שהוא יכול להחזיק היא כ־10 מיליגרם לגרם זאוליט. ניתוח מדוקדק הראה שאמוניום לא נדבק פשוט בשכבה חלקה יחידה; במקום זאת הוא נקשר בשכבות מרובות לאתרים משטחים בלתי אחידים, והתהליך מתנהג יותר כמו תגובה כימית מאשר לכידה פיזיקלית פשוטה. כאשר חיממו את הזאוליט עד 300 °C, הביצועים נותרו דומים, אך בטמפרטורות גבוהות יותר מסגרת הגביש החלה לקרוס. בטמפרטורות של 900 °C המינרל איבד כמעט כל יכולתו ללכוד אמוניום, מה שמרמז כי הזאוליט ה"טבעי" וה"נקי" הוא למעשה הטוב ביותר לניקוי מים.

התמודדות עם מי טחינה של גוויות משק

הטמנת בעלי חיים מתים לאחר התפרצויות מחלות עלולה ליצור בורות קבורה המדליפים נוזלים עשירי חנקן לקרקעות ומי תהום סמוכים. החוקרים סימלו מי טחינה של גוויות חזירים שעברו טיפול תרמו‑כימי וערבבו אותם עם זאוליט. בריכוז התחלתי של אמוניום כ־50 מיליגרם לליטר, מנה של זאוליט שעומדת על 20% ממשקל הגופה הסירה מעל 84% מהאמוניום, והגברה של המנה ל־40% העלתה את אחוז ההסרה לכמעט 90%. חימום מתון של הזאוליט (כ־300–500 °C) שיפר במקצת את הביצועים בנוזל המורכב הזה, אך חימום חזק שוב פגע במינרל. תוצאות אלו מציעות כי מחסומים מלאי זאוליט ניתן למקם סביב וקברי קבורה כדי ליירט ולנקות מי תהום מזוהמים לפני שיתפשטו.

הפחתת אובדן דשן וריח אמוניה משדות אורז

המחקר בחן גם פליטות אמוניה מקרקע מוצפת בשדות אורז שהופרה באוראה, דשן חנקן נפוץ. במחסות אורז קטנים ומבוקרים פיזרו החוקרים כמויות שונות של זאוליט על פני הקרקע לפני ההצפה והדישון. במשך 12 יום הם אספו את האמוניה שנמלטה כגז. ככל שהטמפרטורה עלתה, הפליטות עלו, אך חלקות שטופלו בזאוליט איבדו באופן עקבי פחות חנקן לאוויר. המנה הגבוהה ביותר שנבדקה (30 גרם לכל תא) הקטינה את אובדן האמוניה המצטבר בכ־46% בהשוואה לקרקע ללא זאוליט. מכיוון שכמות האמוניום שהזאוליט החזיק במערך זה הייתה רחוקה מקיבולת הניסוי המעבדה שלו, המחברים טוענים ששדות אמיתיים עשויים להפיק תועלת מבלי לרוותר על המינרל.

מה המשמעות לחקלאות ולמים נקיים

במילים פשוטות, עבודה זו מראה כי סלע טבעי וזול יכול לעזור לשמור על חנקן יקר במקום לאפשר לו לדלוף או להתאדות. קלינופטילוליט זאוליט בלתי מעובד מנקה במהירות אמוניום ממי שפכים וממי טחינה של גוויות ויכול להפחית באופן ניכר פליטת אמוניה מגגות אורז. המשמעות היא נהרות נקיים יותר, פחות ריחות ומזהמי אוויר, ושימוש יעיל יותר בדשן שלחקלאים כבר שולם עבורו. הניסויים בוצעו במעבדה ובשדות מדומים, ולכן נדרשים עדיין ניסויי שטח ארוכי טווח, אך המחקר מצביע על זאוליט ככלי מעשי לניהול חנקן בר־קיימא בחקלאות ובטיפול בפסולת.

ציטוט: Lee, JI., Lee, CG., Hong, SC. et al. Multifunctional application of zeolite for ammonium removal and ammonia emission mitigation in wastewater, carcass leachate, and paddy. Sci Rep 16, 6327 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37062-4

מילות מפתח: זאוליט, זיהום אמוניה, טיפול במי שפכים, מי טחינה של גוויות משק חי, פליטות משדות אורז