Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

פלזמה אטמוספירית קרה להשמדת חיידקים במי הנילוס ובביוב

· חזרה לאינדקס

מדוע מים נקיים חשובים

מים בטוחים מהווים בסיס לבריאות הציבור, אך נהרות ונחלי שפכים לעתים נושאים מיקרובים גורמי מחלה החומקים מטיפולים מסורתיים. מחקר זה בוחן כלי מפיזיקה מודרנית המכונה פלזמה אטמוספירית קרה, כלומר גז מיונן בטמפרטורת החדר, כדי לבדוק האם היא מסוגלת באופן שקט ויעיל לנטרל חיידקים מזיקים במי הנילוס ובביוב גלמי ללא הוספת חומרים כימיים.

דרך חדשה לניקוי מים מזוהמים

החוקרים התמקדו בשתי קבוצות חיידקים שכיחות המשמשות כסמנים לזיהום צואתי ושהסרה שלהן יכולה להיות מאתגרת: Escherichia coli, חיידק גרם-שלילי הנפוץ כאינדיקטור לזיהום, וזני Bacillus, חיידקים גרם-חיוביים המייצרים נבגים עמידים. הם אספו מי נילוס ושפכים אמיתיים, לא רק מים מעבדה מטוהרים, כדי לבדוק כיצד השיטה פועלת בתערובות טבעיות ומסובכות. מטרתם הייתה לברר כמה מהר פלזמה אטמוספירית יכולה להפחית חיידקים חיים והאם היא עשויה לשמש שלב מעשי וידידותי לסביבה בטיפול במים.

Figure 1. שימוש בפלזמה אטמוספירית קרה להפיכת מי נהר וביוב עשירים במיקרואורגניזמים למים נקיים ובטוחים יותר ללא הוספת כימיקלים.
Figure 1. שימוש בפלזמה אטמוספירית קרה להפיכת מי נהר וביוב עשירים במיקרואורגניזמים למים נקיים ובטוחים יותר ללא הוספת כימיקלים.

כיצד פועל טיפול הפלזמה

במערכת שלהם, אלקטרודה דקה של חוט ישבה ממש מעל משטח המים בתוך צינור זכוכית, ומוזנה על ידי ספק מתח גבוה רגיל. כאשר הופעל המתח שנבחר בקפידה נוצר פריקת קורונה רכה שאינה תרמית: רשת של נימים פלזמתיים זעירים בין החוט למים. אף על פי שהגז מעל המשטח נשאר קרוב לטמפרטורת החדר, הוא התמלא באלקטרונים אנרגטיים, יונים וצורות קצרות טווח של חמצן וחנקן ריאקטיביים. חלקיקים ריאקטיביים אלה חודרים למים, שם הם מייצרים סוגים כימיים בעלי חיים ממושך יותר כגון מי חמצן וניטראטים שיכולים לתקוף מיקרובים מבלי לרתוח את הנוזל.

מה קרה למיקרובים

כדי לעקוב אחרי ההשפעה על החיידקים, הצוות ספר מושבות שגדלו על צלחות מזון לפני ואחרי חשיפות קצרות לפלזמה. במי הנילוס שמונה דקות טיפול קיצצו את כמות החיידקים בלפחות סדר גודל של מיליון, עד לנקודה שבה לא נצפו מושבות. בשפכים, שישה דקות הספיקו להסרת חיידקים ניתנים לזיהוי. E. coli — חיידק גרם-שלילי — הוכיח עצמו כקל יותר להשמדה מאשר Bacillus הגרם-חיובי, מה שמשקף את דופן התא הדקה יותר ושכבותיו החיצוניות הרגישות יותר. כאשר המדענים עקבו אחר גדילת E. coli לאורך יום שלם, הם ראו שחשיפה במהלך שלב הגדילה הפעילה גרמה לירידות חדות בצלילות, נסיגה חלקית על ידי שורדים ולאחר מכן ירידה סופית, מה שמראה שהפלזמה יצרה נזק מתמשך ולא תקלה זמנית.

Figure 2. מבט קרוב על האופן שבו חלקיקי פלזמה אטמוספירית גורמים לנזק ולשבירה של חיידקים במים במשך זמן טיפול קצר.
Figure 2. מבט קרוב על האופן שבו חלקיקי פלזמה אטמוספירית גורמים לנזק ולשבירה של חיידקים במים במשך זמן טיפול קצר.

שינויים בתוך התאים ובמים

מיקרוסקופ אלקטרונים סורק נתן מבט מקרוב על המאבק בין הפלזמה לחיידקים. תאים לא מטופלים נראו כמשושים חלקים, אך תאים שטופלו בפלזמה הפכו לשקועים, מחוררים ובסופו של דבר התמוטטו לחתיכות מקומטות מלאות חורים. צורות אלה הן סימנים נבחרים לנזק חמצוני לממברנות ולמבנים התומכים. במקביל, המים עצמם השתנו: הטמפרטורה עלתה רק לכ־54 מעלות צלזיוס על פני השטח, הרבה מתחת לרמות עיקור תרמיות טיפוסיות, ואישור לכך שמדובר בתהליך שאינו תרמי. ה-pH ירד מנייטרלי לערכים חומציים סביב 3, וההולכה החשמלית עלתה עם היווצרות יונים חדשים, בהתאמה להצטברות תרכובות חמצן וחנקן ריאקטיביות המסייעות בהשמדת המיקרובים.

מה המשמעות לטיפול מים עתידי

לסיכום, הממצאים מראים כי פלזמת קורונה אטמוספירית קרה יכולה להפחית בחוזקה את זיהום החיידקים גם במי נהר וגם בשפכים מבלי להסתמך על כלור או חום גבוה. היא פוגעת בתאים דרך מינים כימיים ריאקטיביים ואפקטים חשמליים במקום על ידי הרתחתם, והיא נשארת יעילה גם כנגד חיידקים גרם-חיוביים יחסית עמידים. בעוד שיש צורך בעבודה נוספת להגדלת היקף השיטה ולהעריך תוצרי לוואי לטווח הארוך, המחקר מציע כי פלזמה שאינה תרמית יכולה להפוך להוספה שימושית וידידותית לסביבה בערכת הכלים לשיפור בטיחות מי שתייה ולטיפול בשפכים באזורים המתמודדים עם זיהום מיקרוביאלי מתמשך.

ציטוט: El-Hossary, F.M., Noureldein, E.A., El-Kassem, M.A. et al. Cold atmospheric plasma for bacterial inactivation in Nile water and wastewater. Sci Rep 16, 15749 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52839-3

מילות מפתח: פלזמה אטמוספירית קרה, חיטוי מים, נהר הנילוס, טיפול בשפכים, השמדת חיידקים