בשנים האחרונות עקב משקעים מועטים וצריכה גוברת במים נכנסה מדינת ישראל לבעיה קשה של מחסור במים. אם ברצוננו להמשיך בחקלאות בא"י עלינו לפתח חקלאות חסכונית במים.אחד הפתרונות המיידיים הוא צמצום הקצבת המים המשמשים לחקלאות. פתרון זה

יפגע בענף המדגה המהווה תחנה ראשונה של המים לחקלאות בישראל. הדייגים חייבים לפתח שיטות גידול חסכוניות במים כמו שימוש חוזר במי המאגרים. הבעיות הגדולות בשימוש חוזר במי מאגר הן הצטברות של חומרים רעילים הפוגעים בהתפתחות הדגים ומגדילים את אחוז

מטרת הניסוי הייתה בחינת רעיון של סילוק החומרים המזיקים המצטברים באמצעות ביופילטר צמחי. אחד המרכיבים הרעליים ביותר המצטברים במי המאגרים הן תרכובות החנקן שמקורן בשאריות המזון הניתן לדגים ובהפרשותיהם.
השערתנו הייתה שביופילטר צמחים יסלק את תרכובות החנקן המומסות במים ויאפשר גדילה אופטימלית של הדגים.
הניסוי נערך בחממה הלימודית של המוסד החינוכי "מבואות-עירון" בקיבוץ עין שמר, במתקן שכלל ברכת גידול דגים בנפח של 001 ממ"ק, מערכת גידול צמחים במרזבים (שטח של 006 מ"ר) על מצע מנותק ומערכת של הובלת מים במעגל סגור בין הברכה והמרזבים (ציור מערכת הניסוי). לבריכה הוכנסו 000,53 דגיגים במשקל כולל של 52.1 טון דגים (משקל ממוצע של דגיג 53 ג'). במהלך הניסוי נשמרה טמפרטורת מים של 02-42 מעלות צלסיוס ורמת חמצן של 5-7 מ"ג\ליטר.

במהלך הניסוי נבדקה תרומתם בנפרד של כל אחד משלושת מרכיבי מערכת הביופילטר הצמחי : הצמח, העציץ והמרזב.

תוצאות ומסקנות.

הניסוי נמשך 5 חודשים שבמהלכם הושגו יעדי הגידול של דגיגי האמנון ויעדי הגידול של הצמחים

1. מתקן הביופילטר-הצמחי מאפשר את מחזור המים על ידי הורדת ריכוז תרכובות החנקן.

2 .ניתן להגיע לחיסכון של %49 במים על ידי הכנסת ביופילטר-צמחי למערכת.

3. מלבד יבול הדגים נוכל לקבל גידול חקלאי-מסחרי נוסף במערכת ממחזרת ללא צריכה נוספת של מים.

4. במערכת הביופילטר המרכיב העיקרי בסילוק תרכובות החנקן הוא הצמח.

מבוא-
הקדמה-
1.1.תיאור הבעיה ותחום המחקר.
בשל מצב המים החמור בישראל העמדנו לעצמנו אתגר לנסות שיטות גידול דגים שיאפשרו לעשות שימוש חוזר במים ויקטינו את הצורך בהחלפתם.
אספקת דגי מאכל בישראל הנעשית בגידול אינטנסיבי בבריכות מלאכותיות המבוססת על צריכת מים גבוהה, והמחסור במים מהוה בעיה קריטית בענף זה. צריכת המים הגבוהה נובעת בין השאר מהצורך בהחלפת מי הגידול בתכיפות גבוהה בגלל הצטברות חומרי פסולת רעילים הגורמים למחלות ופוגעים בהתפתחות הדגים. הצטברות תרכובות החנקן הן הגורם העיקרי לעיכוב גדילת הדגים ולפגיעה במערכת החיסונית של הדג. נזק נוסף נגרם כאשר מי מאגרים עשירים בחנקות מגיעים אל הקרקע,מחלחלים וגורמים לזיהום הקרקע ומי התהום.
בעבודתנו זו רצינו לעזור בפתרון הבעיה של הרחקת תרכובות החנקן מהמים על ידיהפעלת מערכת של ביופילטר צמחי (ראה 5.3.5.1).
רקע ספרותי
2.1 בעיית המים בישראל
עקב מיקומנו הגיאוגרפי הדל במשקעים וריבוי האוכלוסייה בישראל אזרחי ישראל חייבים לשמור על איכות המים ולדאוג שהצריכה של המים לא תהיה גדולה מכמות המילוי החוזר של מאגרי המים.
יש להניח שבשנים הבאות תהיה עליה גדולה במספר הנפשות בארץ ישראל, דבר זה יחייב הקצאת כמות מים גדולה יותר למגזר וצמצום בהקצאת המים לחקלאות, דבר זה יחייב את צמצום השימוש במים שפירים בחקלאות ושינוי שיטות בחקלאות כך שיהיה אפשר לגדל בשיטות יותר אינטנסיביות (8).
3.1 המחסור במים והשלכותיו על גידול הדגים .
ענף הגידול האינטנסיבי של דגי מאכל בבריכות הוא אחד מצרכני המים הגדולים בחקלאות.
בעבר מגדלי הדגים לא ראו בגורם המים כגורם מגביל. ענף המדגה נהג להשתמש בכמויות גדולות של מים- כ-000,21 מ"ק מים לגידול טון דגים. לאחר שנת 6891 החקלאים החלו לצפות את בעיית המים ועקב כך הם פיתחו ברחבי הארץ שיטות גידול חסכוניות במים וכך השימוש במים צומצם עד 000,8 מ"ק מים לכל טון גדילה של הדגים (4). אולם אין בכך די ואחת הדרכים החשובות לפתרון בעיה זו היא השימוש החוזר במים. לשם כך יש למחזר את המים ולהרחיק מהם את החמרים המצטברים במהלך גידול הדגים.
4.1 גידול דגים בחממה הלימודית ב"מבואות עירון"
בשל מצב המים הקשה העמדנו בפני עצמנו אתגר לנסות שיטות גידול שיאפשרו בעתיד לצמצם את הצורך בהחלפת מים. כיום מקובל שבמערכות ללא מחזור ושימוש חוזר יש צורך בהחלפה יומית של %01-%21 של המים (6).אנחנו העמדנו לעצמנו יעד להגיע ל %1-%2 החלפה יומית של מים טריים.

בחממה הלימודית ב"מבואות עירון" קיימות 2 מערכות עם שני מאגרים לגידול מתועש של דגים. המערכות צמודות זו לזו ומאפשרות באופן שוטף לימוד והשוואה בין 2 שיטות לגידול דגים המבוססות על שימוש חוזר במי הגידול.

המערכות הן סופר-אינטנסיבית עם שימוש ב- 005 ליטר מים לכל טון גדילה, לעומת שימוש ב- 0008 ליטר לטון בממוצע המקובל בארץ (1)מצב זה מחייב רמה גבוהה של טיפול במיחזור המים, כאשר אחת הבעיות הקריטיות היא הרחקת תרכבות החנקן.

הנסוי שלי התבצע במערכת א' (המאגר המערבי). במאגר של מערכת זו משתמשים במשקע בנפח של 35 מ"ק ובהמשך אליו נמצא ביופילטר של צמחים (ציור המערכת).

במאגר ב' (המאגר המזרחי) מופעל ביופילטר תופי ומשקע תוצרת חברת "שטלר" הגרמנית.

5.1 סילוק תרכובות החנקן מהמים.

1.5.1 כללי - מומסים במי בריכת הדגים.

רמת המומסים משתנה בהתאם לפעילות הדגים והחיידקים במי הברכה. את החומרים המומסים במי בריכות הדגים ניתן לחלק לשתי קבוצות עיקריות: א) גזים , שהם בעיקר חמצן, פחמן דו חמצני וחנקן, ו-ב) מוצקים או נוזלים שהם בעיקר תרכובות החנקן: האמוניה, הניטריט, הניטרט, וכן מינראלים מומסים אחרים כדוגמת הזרחן והגופרית (7).

החנקות מקורן הוא שאריות המזון הניתן לדגים והפרשות הדגים. החנקן מופיע בתרכובות החלבון שמרכיבות חלק ניכר (%02-%04) מהמזון . כתוצאה מתהליכי העיכול שבהם הדג מפרק את החלבון לחומצות אמינו ישנה היווצרות של רעלים ושל חומר אורגני מרחף במים המזיקים להתפתחות הדגים(4).

2.5.1 הטיפול במומסים:

מקובלות 5 שיטות עיקריות לטיהור מים וסילוק מומסים וגורמי מחלות ממי מערכות אינטנסיביות וסגורות (2):

1. שיטת ההרחפה של חול או של בוצה משופעלת.

2. ביופילטר טבול.

3. ביופילטר זולף.

4. ביופילטר תופי.

5. ביופילטר צמחים.

1.3.51 שיטת הרחפה:

בשיטה זו אין כמעט סילוק מוצקים מתוך המערכת, הפרשות הדגים מרוסקות ומרחפות בתוך בריכת הגידול, וע"י כך ההפרשות משמשות כמצע לגדילת החיידקים, המפרקים את הפרשות אלו עצמן ואת האמוניה המומסת במים. החסרונות -במערכת זו השינויים ברמת החמצן יכולים לגרום להפרת האיזון בין הדגים לחיידקים עקב צריכת החמצן הגבוהה (B.O.D) של המערכת (6).

2.3.5.1 שיטת הפילטר הטבול: (Immerged filter).

בשיטה זו משתמשים בפילטר גדול יחסית, הנמצא במיכל נפרד מחוץ לבריכת הגידול.בתוך הפילטר מתקינים מצעים מחומרים שונים, המשמשים בתי גידול ומקומות אחיזה לחיידקים מפרקי חנקן. החסרונות הם שביופילטר מסוג זה נוטה להיסתם והוא דורש כמות כוח עבודה גדול בכדי לנקות את החומר האורגני העודף שסותם אותו, יתרונה הוא בצריכת אנרגיה נמוכה(2).

3.3.5.1 שיטת הביופילטר הזולף.

עקרונותיה הביולוגים של שיטה זו דומים מאוד לעקרונות שיטת הפילטר הטבול, אלא שבשיטה זו נמצא מצע שעליו גדלים החיידקים והמים הממוחזרים נופלים על פני המצע עם החיידקים. חסרונה של המערכת הוא בצריכת אנרגיה נוספת לשם שאיבת המים לגובה של 4-5 מטר (רק גובה כזה מבטיח עבודה יעילה של המערכת) (5).

4.3.5.1 שיטת התוף המסתובב (Rotating Biological disc).

גם בשיטה זו גדלים חיידקים על מצע מלאכותי, ולכן עקרונותיה הביולוגים של שיטה זו דומים מאוד לעקרונות הביולוגים של שתי השיטות הקודמות, אלא שמשיטה זו המצע הינו תוף עגול, הטבול בחלקו במים ומסתובב כל הזמן (3). בחממה הלימודית "מבואות עירון" נעשו מספר עבודות גמר בהן נחקרו מערכות של תוף מסתובב בבריכת הדגים של המאגר המזרחי (בריכה ב' ).

5.3.5.1 ביופילטר צמחים-

המחקר שלי נעשה בתחום מערכת זו של ביופילטר צמחי.

ביופילטר הצמחים בנוי ממרזבים אשר עליהם מונחים עציצים וצמחים לעיתים משתמשים בצמחים ללא עציצים (הידרופוניקה). המיוחד בביופילטר צמחים הוא שבמערכת מסוג זו לא רק החיידקים עושים את העבודה, גם הצמחים עושים עבודה כשהם לוקחים מינראלים וחנקות מהמים שמקורם מהמזון הניתן לדגים ומהתהליכים הכימים המתהווים בבריכת הגידול. ביופילטר צמחי הוא מערכת חסכונית באנרגיה כי האנרגיה היחידה שמנצלים במערכת היא בשאיבת המים לתחילת המרזבים והמים חוזרים כבר בכוח הכבידה בחזרה לבריכה. כתוצאה מיצור תוצרי לוואי בעלי ערך, מספקים חומר דשן לצמחים, משתמשים בתשתיות משותפות, מבטלים את הצורך בביופילטר נפרד ומקטינים את צריכת המים. הצמחים מסלקים חומרי דשן המעכבים את גידול הדגים ובכך מגדילים את ניצול המים ומפחיתים את זיהום הסביבה (01).

מערכות ביופילטר צמחיותחוסכות במים -מאפשרות קבלת יבול של גידול חקלאי נוסף ומגדילות בכך את פוטנציאל ההכנסה של המשק החקלאי תוך שימוש באותה כמות מים, וזה אולי יתרונן הגדול על מערכות אחרות.

הגידול החקלאי במערכת הביופילטר הצמחית שלי היה צמח הסינגוניום.

6.1 הסינגוניום-

זהו הצמח שמשמש את הביופילטר בניסוי זה.

הסינגוניום שייך למשפחת הלופיים שכוללת 41 מינים של סינגוניומים, הנפוצים בעיקר באמריקה הטרופית, ברזיל ומקסיקו. אלה צמחים רב שנתיים מטפסים בעלי גבעול ארוך וצר, הנאחז בעזרת שורשי אויר למצעים מחוספסים.העלים דמויי חץ וצבעם ירוק, מגוון או מפוספס, לפי המין. תנאי הגידול האופטימלים הם טמפרטורה הנעה בין 61 ל 62 מעלות צלסיוס. הוא גדל באור מלא עם קרינה לא ישירה, הצמח משמש גם כצמח מים לאקווריומים (9).

אני בחרתי בצמח הסנגוניום כי הוא מתאים לגידול בתנאי-צל של חממת הניסוי. הצמח לא סובל במצב של עודף מים ולכן לא מפריעה לו השקיה במשך כל שעות היממה. צמח זה כבר נבדק במערכת ניסויית של טיהור מים (11).

תמונה מס' 1. צמח סינגוניום בתוך עציץ על מרזב הניסוי

7.1דגיגי האמנון.
המין שאותו אנו מגדלים בבריכות של הניסוי הוא הכלאה הנקראת O.Aureusx על O.Niloticus%59 זכרים שעברו טיפול הורמונלי. הזכרים מאופיינים בקצב גדילה טוב יותר מהנקבות וכך נחסכת גם הטלה פראית.
8.1 מטרת העבודה:
בעבודתי רציתי לבדוק אם ניתן לחסוך מים בגידול דגי אמנון על ידי כך שנעשה שימוש חוזר במי המאגר לאחר שעברו טהור דרך ביופילטר צמחי, ומה היא יעילותם של צמחי הסינגוניום כביופילטר לפירוק תרכובות החנקן.
העבודה מנסה לענות על השאלות הבאות:
א. האם ניתן בעזרת ביופילטר צמחי לגדל דגים במערכת הסגורה?
ב. מהי יעילות צמחי הסינגוניום בסילוק תרכבות החנקן?
ג. מהו חלקם היחסי של מרכיבי מערכת הביופילטר הצמחי (מרזב, עציץ וצמח) בסילוק תרכבות החנקן?

שיטות וחומרים-
1.2 תאור החממות-
הניסוי נערך במתחם החממה הלימודית של המוסד החינוכי-"מבואות עירון".
בחממה הלימודית שני אגפים עיקריים: החממה הרגילה שבה יש גידולים של תבלינים וירקות על שטח כולל של 004 מ"ר. הצמחים בחממה הרגילה היינם חלק ממערכת של מחזור המים של בריכת הדגים (בריכה א' ראה פירוט בהמשך). החממה השניה היא החממה הידרו-סולרית, היא מכוסה בחומר קשיח ונמצאות בה שתי בריכות דגים, הבריכה המערבית המכונה בריכה א' ששם התבצע הניסוי ובריכה מזרחית המכונה בריכה ב', בתוך החממה ההידרו סולרית יש חלק של 003 מ"ר שבו מגדלים צמחי בית ונוי שמהווים חלק ממערכת מחזור המים של בריכת הדגים, על הצמחים הללו התבצע הניסוי.
2.2 בריכת הניסוי (בריכה א')
בריכה זו מהווה חלק ממערכת הידרו סולרית.צורת הבריכה היא אליפסה באורך 52 מטר ורוחב של 5 מטר, רצפתה של הבריכה בעלת ניקוז לכיוון דרום, שם הותקן בור ניקוז. עומק הבריכה במקום הרדוד (גדות הבריכה) הוא כ-08 ס"מ והעומק בבור הניקוז הוא 051 ס"מ (ראה צילום 1).
הספקת החמצן העיקרית נעשית ע"י חמצנית גלגל וחמצנית פטרייה (לא מופיע בציור 1).
הבריכה מצויידת בבור שיקוע (ראה ציור 1) שבחלקו העליון ממוקמת משאבה (ראה ציור 1)השואבת מים לביופילטר הצמחי. תפקידו של בור השיקוע הוא הוצאת החומר המרחף מהמערכת ובכך גם למנוע את סתימת הברזים בביופילטר הצמחי.גובה המים במאגר נשמר בעזרת מצוף. פעם ביום הורחק משקע של חומר מרחף שהצטבר בבור השיקוע (בוצה) ע"י ניקוז תחתית בור השיקוע.
בריכת גידול הדגים (בריכה א').

תמונה מס' 2.

3.2 תיאור ציוד המדידה-
1.3.2 מדידת ערכי ניטריט וניטרט-
בדיקות אלה נערכות ע"י הוספתאינדיקטורים תוצרת (visocolor) לדגימות המים.ה אינדיקטורים משנים את צבע המים ולאחר בדיקת עצמת הבליעה של האור ע"י דגימות המים בספקטרופוטומטר מקבלים את התוצאה על מצגת אנלוגית.השתמשנו בספקטרופוטומטרfilterphotometer-pf-10 והוא תוצרת חברתMACHERY-NAGEL.
בנוסף לבדיקות הללו נשלחו גם דגימות מים מהכניסה ומהיציאה של המערכת למעבדה הראשית בפקולטה לחקלאות ברחובות לבדיקות B.O.D.
4.2 נתונים על הדגים בבריכות:
בתחילת העונה הוכנסו לבריכות הדגים 52.1 טון דגיגי אמנון מהמדגה ב"גן-שמואל" (משקל 53 גרם לכל דגיג). במשך הגידול הוכנסו לבריכות כל יום מנות של 52 ק"ג כופתיות צפות תוצרת מפעלי "צמח"(מפעלי המועצה האזורית עמק הירדן) " עם תכולה של %04 חלבון.
5.2מערכת הניסוי-
1.5.2 מבנה הביופילטר הצמחי
מרזבים: הביופילטר כלל 42 מרזבים מפח איסכורית שהורכבו מ-4 לוחות, 6 מרזבים בכל לוח. ממדי המרזב: אורך 52 מ', רוחב 03 ס"מ ועומק 4 ס"מ. המרזבים הונחו על שולחנות בגובה של 1 מ' עם שפוע של %2 מדרום לצפון(ראה ציור 1, צילום 2).
צמחים: באפריל 0002 הונחו במרזבים 0002 עציצים ( קוטר 52 ס"מ גובה 03 ס"מ) ובכל אחד מהם נשתל צמח סינגוניום (ראה צילום 1). העציצים פוזרו לאורך המרזבים בעומד של 5 עציצים למטר (521 צמחים למרזב).מרזבי הגידול צופו בניילון בכדי למנוע דליפות.

2.5.2. טיפולים:

בניסוי היו שלושה טיפולים:

מרזב עם עציצים ועם צמחים.
מרזב עם עציצים ללא צמחים.
מרזב ללא עציצים וללא צמחים.
כל טיפול נעשה בשתי חזרות.
קצב זרימת המים היה 441 ו 47 ליטר לשעה בהתאם למהלך הניסוי. ויסות הזרימה נעשה בעזרת ברזים שנקבעו בקצה הדרומי של המרזבים (נקודת הכניסה ראה סירטוט המערכת). הויסות נעשה פעם ביומיים על ידי מדידת זמן המילוי של מיכל בנפח של ליטר.
חלק ממערכת הניסוי (ניתן לראות את שלושת הטיפולים).

תמונה מס' 3.

6.2 איסוף הנתונים-
במהלך הניסוי נבדקו המים לפחות 3 פעמים בשבוע. הבדיקות כללו בדיקות של ניטרט ושל ניטריט .
בנוסף לבדיקות הללו נישלחו בדיקות B.O.Dלמעבדה הראשית בפקולטה לחקלאות ברחובות.
כל הנתונים הוכנסו למחשב הראשי בחממה.
תוצאות-
שאלת המחקר הייתה אם ניתן במסגרת גידול דגים במאגר סגור לחסוך במים על ידי הרחקת תרכבות החנקן (ניטרט וניטריט) בעזרת מערכת ביופילטר צמחי (סינגוניום). תהליך זה יאפשר שימוש חוזר במי המאגר ויצמצם או יבטל כליל את הצורך בהוספה מתמדת של מים טריים למאגר במהלך גידול הדגים.
כדי להשיב על שאלת המחקר בדקנו אם יש הבדל בין ריכוזי הניטרט והניטריט במים בנקודות הכניסה והיציאה אל ומן הביופילטר הצמחי (ציור עמ' 17).
כדי לברר את השפעת הצמח נטו נבדקו במקביל אותם הבדלים במערכת עציצים ללא צמחים ובמערכת שהיו בה מרזבים בלבד(ציור 1).
תוצאות המדידות במהלך הניסוי מובאות בנספחים (1-7 בעבודה המקורית) ולפי נתוני הריכוזים חישבנו את מידת ה"סילוק" - ההפרש שבין רכוז המינרל בכניסה למרזב לבין ריכוזו ביציאה.
במהלך הניסוי ערכי הריכוזים של הניטרט במאגר כפי שנמדדו בנקודת הכניסה נעו בין 002 ppm ל-005 ppm וריכוז יוני הניטריט בנקודת הכניסה - נעו בין 8 ppm ל51 ppm.
בגרפים אנו מציגים את "אחוז הסילוק" של החנקות במערכת הביופילטר הצמחי : היחס (%) בין
הפרש ריכוזי המינרלים (כניסה פחות יציאה) מהמרזב לבין ריכוז המינרל בכניסה למרזב .

.1-4 םיפרגב תונתינ תואצותה

גרף 1. צריכת הניטרט במערכת הביופילטר מבוטאת כאחוז מהריכוז ההתחלתי בנקודות הכניסה (נקודה 3 בציור 1).
ניתן לראות שהטיפול במי מאגר הדגים בביופילטר MPS ) העברת המים דרך מרזב שהכיל עציצים עם סינגוניום) הביא לירידה משמעותית ברכוז הניטרט - כמעט למחצית מהכמות המקורית (%94), גם הטיפולים האחרים הורידו את רמת המינרל: עציצים ללא צמחיםMP)) הורידו את הריכוזב-%61 , ובזרימה חפשית (M) ירדה הרמה ב-%7 בקרוב.

גרף 2. . צריכת הניטריט במערכת הביופילטר מבוטאת כאחוז מהריכוז ההתחלתי בנקודות הכניסה (נקודה 3 בציור 1). ניתן לראות שבריכוז הניטריט היתה ירידה בסדר דומה לזה של הניטרט (גרף 1) אך במידה פחותה:%83 MPS)),%42 (MP ) ו - %5 M)).
בשלב זה ניסינו לבדוק אם יש קשר בין מהירות הזרימה של המים במרזבים לבין כושר הספיגה של המערכת. הכפלנו את קצב הזרימה של המים מקצב של 27 ליטר/שעה לקצב של 441 ליטר/שעה וחזרנו על הבדיקות. בגרפים 3 ו - 4 מוצג סילוק החנקות על ידי הביופילטר הצמחי בשתי מהירויות זרימה של המים, אחת כפולה מחברתה.ניתן לראות שהכפלת מהירות הזרימה הקטינה את אחוז סילוק החנקות (מבוטא על ידי השינוי בריכוז החנקות! ) בקרוב לכדי מחצית (גרפים 4,3).

גרף 3.

ניתן לראות שהכפלת קצב זרימת המים במערכת מקטינה את הירידה בריכוז הניטרט.

.3 ףרג-טרטינל המודב ,טירטינה זוכירב הדיריה תא הניטקמ תכרעמב

םימה תמירז בצק תלפכהש תוארל ןתינ .4 ףרג

כדי לתת לנתוני התוצאות ביטוי שימושי חשבנו לפי תוצאות הירידה בריכוז החנקות גרפים 3 ו-4, את צריכת החנקות: הניטרט והניטריט, ביחידת זמן, לניטרט גרף 5 ולניטריט גרף 6.

גרף 5. לפי הגרף ניתן לראות שהכפלת קצב הזרימה אינה משנה את צריכת הניטרט KTבמערכת הביופילטר המלאה ומרכיביה.

גרף 6. לפי הגרף ניתן לראות שהכפלת קצב הזרימה אינה משנה את צריכת הניטריט במערכת הביופילטר המלאה ובמרכיביה, כמו במקרה של הניטרט (גרף 7).

בכדי להראות את השפעת כל אחד ממרכיבי הביופילטר (צמח, עציץ, מרזב) חישבנו לפי נתוני התוצאות
את חלקו היחסי של כל אחד משלושת הטיפולים ((M, MP, MPS. ניתן לראות את אחוזי ההשפעה של כל גורם בגרף 7 (ניטרט) ובגרף 8(ניטריט).

גרף 7. חלקם היחסי של מרכיבי מערכת הביופילטר בצריכת הניטרט.

בגרף זה אנו רואים באופן מובהק שצריכת הניטרט הגדולה ביותר מתבצעת על ידי המרכיב הצמחי-50% , כשאחריו המרכיב של העציץ-36% ולבסוף המרזב 14%.

גרף 8. חלקם היחסי של מרכיבי מערכת הביופילטר בצריכת הניטריט.
בגרף זה אנו רואים באופן מובהק שצריכת הניטריט הגדולה ביותר מתבצעת על ידי המרכיב הצמחי (%35), כשאחריו ניצב המרכיב של העציץ(%04) ולבסוף המרזב (%7) - תמונה מקבילה לצריכת הניטרט (גרף 7).
במשךכל מהלך הניסוי חישבנו גם את הרחקת החנקן הצרוף הכולל ( בניטרט ובניטריט) ע"י המערכת ביחידת זמן (שעה)
וניתן לראות את התוצאות בגרף 9.



גרף 9. סילוק החנקן הצרוף במהלך הניסוי.
בגרף זה אנו רואים שהיחסים בין כמויות החנקן המורחקות על ידי כל אחד ממרכיבי המערכת למעשה אינם משתניםגם כאשר יש שינויים ברמת תרכבות החנקן במאגר הדגים (חיצים- 92 נובמבר, 5 דצמבר, 61 דצמבר, 12 דצמבר, 5 ינואר).

לאחר שמצאנו את מספר המ"ג חנקן שניצרך ע"י כל טיפול חישבנו גם את מידת סילוקהחנקן הממוצעת לשעה ליחידת אורך של המרזב.זוהי יחידת החישוב המעשית לצרכי עבודה או מחקר .(גרף 01)
אנו נותנים בכך למגדל-הדגיםנתון שיאפשר לו לדעת כמה מטר רץ צמחים הוא צריך לגדל בשביל לסלק תרכבות חנקן בהתאם להזנת הדגים בתנאי המאגר שברשותו. ( אורך מרזבים\מ"ג חנקן שמוכנס למערכת(ק"ג מזון)).



גרף 10. סילוק תרכובות החנקן על ידי כל אחד מהמרכיבים של מערכת הביופילטר הצמחי.

מלבד ההבדל בצריכת החנקן הצרוף בין שלושת הטיפוליםניתן לראות שבחישוב ליחידת זמן אין הבדל בצריכה בין שתי מהירויות הזרימה. במשך כל זמן הניסוי נלקחו דגימות מים למעבדה הראשית בפקולטה לחקלאות ברחובות לבדיקת רמתה B.O.D (צריכת החמצן הביולוגית) במים. התוצאות הראו ירידהשל כ- %06 תמונה מתאימה לתמונה של סילוק תרכובות החנקן שבגרף 01.

עציצים ללא צמחים על מרזב הניסוי תמונה מס5 '.	מרזב ריק ללא עציצים וללא צמחים< תמונה מס4 '

דיון

צריכת המים היא אחת הבעיות הגדולות בתחום גידול דגי המאכל במאגרים סגורים. דרך לפתרון בעיה זו היא מחזור ושימוש חוזר במי הגידול. תרכובות החנקן מהוות חלק גדול מהחומרים שיש להרחיקם בתהליך המחזור ואחת השיטות לעשות זאת היא העברת המים דרך מתקן ביופילטר (מתקן המכיל מערכת עם אורגניזמים חיים המרחיקים מינרלים וחנקות ממי גידול הדגים ומאפשרים והחזרתם למאגר הגידול (ארביב ר').
בעבודות קודמות(9,01) נמצא שניתן להשתמש בצמחים למחזור מים.
מטרת עבודה זו הייתה לברר את יעילותו של מתקן ביופילטר צמחי בתהליך המחזור של מי מאגר-גידול-דגים. המחקר נעשה בחממה הלימודית של מוסד "מבואות-עירון" בקיבוץ עין שמר, במתקן שכלל מאגר גידול דגים, מערכת גידול צמחים במרזבים על מצע מנותק ומערכת של הובלת מים במעגל סגור מהמאגר למרזבים ובחזרה למאגר (ציור מערכת הניסוי). המרכיב הצמחי במערכת הביופילטר היה צמח הסינגוניום (צילום העציץ במרזב) והגורם שנמדד היה סילוק תרכובות החנקן .
במחקר זה קבלתי תשובות על מספר שאלות עקרוניות הקשורות לבעיית המחזור והשימוש החוזר במים:
מתקן הביופילטר - הצמחי מאפשר את מחזור המים על ידי הורדת ריכוז תרכובות החנקן.
ניתן במערכות סגורות על ידי שימוש בביופילטר צמחי להגיע לחיסכון במים לעומת מערכות פתוחות.
נוכל לקבל גידול חקלאי - מסחרי נוסף במערכת ממחזרת סגורה.

קבלתי גם תשובה על שאלות נוספות הקשורות בפעולת המערכת:

חסכון במים:
תוצאות הניסוי הראו שמתקן הביופילטר הצמחי תרם למחזור המים וניתן היה לעשות בהם שימוש חוזר במאגר הדגים ולאפשר בכך חיסכון של %49 במים לעומת מערכות פתוחות (ראה מבוא 4.1).
טהור המים:
הביופילטר הצמחי הצליח להרחיק כ-%05 מתרכובות החנקן ממי מאגר הדגים שעברו דרכו (גרפים 1 ו 2)
גידול חקלאי נוסף:
צמחי הסינגוניום שגידלנו במערכת התפתחו בצורה תקינה והיו לצמחי נוי בריאים ויפים (צלום 1) שנמכרו בסוף.
הראינו שמהירות הזרימה משפיעה על הורדת ריכוז תרכובות החנקן (גרפים 3-4) אך אין לה השפעה על סך הכל של סילוק תרכובות החנקן ביחידת זמן (גרפים ,11 ,5-6), אם כי בקצב זרימה גבוהה הושקעה יותר אנרגיה.

על סמך הנתונים שהתקבלו (גרפים 5-6) נראה שניתן להרחיק 011 מ"ג חנקן צרוף בשעה ע"י מטר-רץ של ביופילטר צמחי בצפיפות של 5 צמחים למטר (ניתן להרחיק מעל 02 מ"ג חנקן צרוף בשעה ע"י כל צמח בצפיפות של 5 צמחים למטר) (גרף 01), בלי קשר למהירות הזרימה של המים.

כאשר בדקנו את השפעתם היחסית של שלושת מרכיבי המערכת - המרזב, העציץ והצמח- נוכחנו לדעת שכמחצית הפעולה של סילוק תרכובות החנקן נעשתה על ידי הצמח והשאר סולק על ידי שני המרכיבים האחרים (גרפים 7, 8).

לפי דעתי תוצאות אילו נבעו מהצורך של הצמחים בתרכובות החנקן בכדי לבנות את עצמם ומכך ששורשי הצמחים עצרו כמות גדולה של חומר "צמוד מרזב" שבתוכו היו חיידקים שגם הם צרכו את החנקן בכדי לבנות את עצמם. את סילוק החנקן על ידי המרזב ועל ידי העציץ שהכיל מצע-גידול ניתן ליחס כנראה בעיקר לאוכלוסיות "צמודי המרזב" - אוכלוסיות החיידקים והאצות שהתפתחו בחלקים אלה.

מבדיקות ה-BOD שנעשו במהלך הניסוי למדנו שמערכת הביופילטר הצמחי מסייעת גם להורדת העומס הביולוגי בבריכת הגידול (גרף 11)

מסקנות:

1.נראה שיש אפשרות לפתח מערכת ביופילטר המבוססת על צמחי הסינגוניום כאמצעי להרחקת החנקות ממי מאגר הדגים במסגרת הפעולות הננקטות לשם מחזור מים אלה. פתוח מתקן כזה יאפשר למחזר את מי מאגר גידול הדגים ולהביא בכך לחסכון של %08 אחוזים בצריכת המים.

2.במקביל ניתן לגדל באותה מערכת תוך שימוש באותם מים גידול חקלאי נוסף (סינגוניום או צמח אחר) וכך לקבל תוספת כלכלית ללא חריגה ממכסת המים המוקצבת וללא תוספת דישון.

להמשך העבודה אני ממליץ לבדוק את הנקודות הבאות:

1.לנסות את המערכת בטיפול בשפכים עירוניים ותעשייתיים.

2.לנסות את המערכת בקצבי זרימה קיצוניים.

3.לנסות את המערכת על צמחים שונים וסוגי מצעים שונים.

4.לבדוק את פעילות המערכת בשעות שונות של היממה כדי ללמוד על הקשר בין צריכת החנקן, הפוטוסינתזה והנשימה של הצמח.

5.לבדוק את השפעת מבנה המרזב ו"ריפודו" על פעילות "צמודי המרזב" (להסביר: שכבה ביולוגית מצטברת במהלך הפעילות) בסילוק תרכובות החנקן מהמים.

ביבליוגרפיה