9 minute read
I Ponowne wykorzystanie ścieków komunalnych
PONOWNE WYKORZYSTANIE ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH
Izabela Kiełb-Sotkiewicz
Advertisement
podinspektor w Wydziale Gospodarki Komunalnej Urzędu Miasta Rzeszowa
Jak powszechnie wiadomo, zasoby wodne w Polsce są relatywnie niewielkie. Stąd coraz pilniejsza staje się potrzeba ponownego wykorzystania ścieków komunalnych.
Zgodnie z Raportem GUS-u „Polska na drodze zrównoważonego rozwoju”, nasz kraj plasuje się dopiero na 24. miejscu w Unii Europejskiej pod względem odnawialnych zasobów słodkiej wody, przypadającej na jednego mieszkańca [1].
Zasoby wodne Polski, poprzez ich nierównomierne rozmieszczenie na terenie kraju oraz brak powtarzalności w ujęciu czasowym, znajdują się pod coraz większą presją, co prowadzi do niedoboru wody, pogorszenia jej jakości, a tym samym do ograniczenia możliwości jej wykorzystania. Do zmniejszenia dostępności wody słodkiej przyczynia się przede wszystkim rozwój antropogeniczny: rozwój miast i intensyfikacja rolnictwa, a tym samym – będące ich konsekwencją – postępujące zmiany klimatu, nieprzewidywalne zjawiska pogodowe i susze. Wspomniane anomalia stanowią jedno z wyzwań, którego oddziaływanie charakteryzuje się znaczącym zasięgiem terytorialnym (do dziś wywarło wpływ na 11% ludności w Europie i 17% terytorium Unii Europejskiej), przez co zaczyna być w centrum zainteresowania unijnych władz [2].
Rolnictwo i przemysł – najwięksi poborcy wody słodkiej
Rolnictwo jest sektorem gospodarki, który (wraz z przemysłem) z jednej strony należy do największych poborców światowych zasobów słodkiej wody, mających bezpośredni wpływ zarówno na stan jakościowy, jak i ilościowy wód, z drugiej natomiast w ogromnym stopniu od tych zasobów zależnym. Wystąpienie suszy hydrologicznej powoduje m.in. straty w plonach, a niestety to zjawisko w ostatnich latach odnotowuje się coraz częściej.
Ponowne wykorzystanie ścieków oczyszczonych – recepta na pogłębiający się deficyt wodny
Ponowne wykorzystanie ścieków oczyszczonych może zwiększyć zdolność Unii Europejskiej do reagowania na coraz bardziej pogłębiający się deficyt wodny. Może również stać się podstawowym narzędziem zapewniającym bezpieczne i przewidywalne źródło wody, przy jednoczesnym zmniejszeniu presji na jednolite części wód i zwiększeniu zdolności UE do przystosowania się do zmian klimatu. Rozporządzenie w sprawie ponownego wykorzystania wody (Dz.U.UE.L.2020.177.32 z dnia 2020.06.05), obowiązujące od 26 czerwca 2023 r., określa minimalne wymagania dotyczące jakości wody, zarządzania ryzykiem i monitorowania w celu zapewnienia bezpiecznego ponownego wykorzystania wody [7]. Celem wskazanego rozporządzenia jest ułatwienie stosowania ponownego wykorzystania wody we wszystkich sytuacjach, w których jest to odpowiednie i korzystne pod względem kosztów, a tym samym stworzenie ram wspomagających dla tych państw członkowskich, które chcą lub muszą stosować ponowne wykorzystanie wody. Jak zauważa Parlament Europejski i Rada UE: ponowne wykorzystanie wody to obiecująca opcja dla wielu państw członkowskich, ale obecnie tylko mała ich liczba faktycznie ją stosuje i przyjęła krajowe ustawodawstwo lub normy w tym zakresie [8]. Rozporządzenie wprowadza wymogi dotyczące zasad ponownego wykorzystania wody w celu nawodnień w rolnictwie. Dotyczy ono wyłącznie wody odzyskanej ze ścieków komunalnych zebranych i oczyszczonych zgodnie z dyrektywą 91/271/EWG1 [9]. Ponowne wykorzystanie wody może ograniczyć pobór wody z wód powierzchniowych i podziemnych oraz promować bardziej efektywne zarządzanie zasobami wodnymi poprzez wielokrotne wykorzystanie wody w miejskim cyklu wodnym, zgodnie z celami UE w ramach Europejskiego Zielonego Ładu [7].
Jakość ścieków oczyszczonych
Zgodnie z obowiązującymi w Polsce przepisami, podstawowymi badanymi parametrami charakteryzującymi ścieki oczyszczone są: BZT5, ChZT, zawiesina ogólna, azot ogólny i fosfor ogólny (zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej z dnia 12 lipca 2019 r. w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego oraz warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu do wód lub do ziemi ścieków, a także przy odprowadzaniu wód opadowych lub roztopowych do wód lub do urządzeń wodnych). Na dziś w Polsce nie ma obowiązku monitoringu jakości ścieków oczyszczonych pod kątem mikrobiologicznym (z pewnymi wyjątkami, jak np. ścieki odprowadzane ze szpitali zakaźnych itp.). Należy jednak pamiętać, że ścieki mogą być zanieczyszczone mikroorganizmami, które występują naturalnie w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt. Są to przede wszystkim: Escherichia coli, Enterococcus faecalis czy Clostridium perfringens. W ściekach mogą być również obecne organizmy chorobotwórcze, w tym bakterie, takie jak np. Salmonella czy prątki gruźlicy [10]. Ponadto mogą to być również jaja pasożytów (m.in. nicienie jelitowe), pierwotniaki, wirusy i inne. W trakcie procesu oczyszczania ścieków duża część mikroorganizmów (wskaźnikowych oraz chorobotwórczych) jest eliminowana (ponad 99% redukcji mikroorganizmów [11]), jednak nie usuwana całkowicie – w dalszym ciągu stanowiąc realne zagrożenie epidemiologiczne: mogą wywoływać reakcje alergiczne, działać toksycznie na człowieka, zwierzęta lub środowisko [12]. Wysoka liczba mikroorganizmów w ściekach oczyszczonych trafiających do odbiorników (od 104 do 106/100 ml wskaźnikowych bakterii grupy coli) powoduje, że skuteczność stosowanych procesów nie jest wystarczająca. Poprzez brak danych dotyczących jakości mikrobiologicznej ścieków oczyszczonych niemal całkowicie pomijana jest ocena ich oddziaływania na jakość wód odbiorników [12, 13,14]. Na uwagę zasługuje również fakt, że oprócz zanieczyszczeń fizykochemicznych oraz wspomnianych już zagrożeń mikrobiologicznych, oczyszczone ścieki mogą być również zanieczyszczone substancjami toksycznymi i promieniotwórczymi. Ponadto mogą zawierać pozostałości leków czy niebezpieczne ksenoestrogeny, co nie zostało ujęte w parametrach kontrolnych unijnego rozporządzenia.
Metody dezynfekcji ścieków
Obecnie metody dezynfekcji ścieków są już stosunkowo szeroko poznane i można je podzielić na trzy podstawowe grupy. Pierwszą z nich stanowią procesy chemiczne, do których zaliczamy przede wszystkim chlorowanie, czyli właściwe dawkowanie związków utleniających z grupy chlorowców, m.in.: chloru, podchlorynu sodowego, wapna chlorowanego, podchlorynu wapniowego, dwutlenku chloru, wodorotlenku wapnia czy tlenku wapnia [13]. Dezynfekcja chlorem jest obecnie najczęściej stosowaną metodą wybieraną na oczyszczalniach ścieków. Należy jednak pamiętać, że ścieki bogate są w materię organiczną, która przyczynia się do powstawania ubocznych produktów dezynfekcji ścieków. Badania wykazały, że chlorowanie ścieków powodowało powstawanie wielu ubocznych produktów tego procesu, w tym m.in. trihalometanów (THM), kwasów halooctowych (HAA),
Polska jest jednym z krajów europejskich, gdzie wykorzystuje się najmniej wody w celach rolniczych
RAPORT NIK: PRZECIWDZIAŁANIE NIEDOBOROM WODY W ROLNICTWIE
Przeciętne zasoby wód w Polsce wynoszą około 60 mld m3 [4], a w porach suchych ten poziom obniża się do 40 mld m3 . W przeliczeniu na 1 mieszkańca daje to roczny zasób wód o wielkości 1,6 dam3, podczas gdy w większości krajów europejskich zasoby wód słodkich kształtują się na poziomie powyżej 5 dam3/ mieszkańca [5]. W ostatnich latach nasilił się problem niedoborów wody i związanych z nim zagrożeń, w tym m.in. zjawiskiem suszy rolniczej. Tylko w skali naszego kraju 37,8% obszarów rolnych i leśnych jest silnie zagrożonych jej wystąpieniem, przy czym w dorzeczu Odry obszary te stanowią aż 52% [3,6].
haloketonów (HK), halonitrometanów (HNM), haloacetonitrylów (HAN), nitrozoaminów (NA) itp. [15].
Ozonowanie
Kolejnym, chemicznym sposobem dezynfekcji ścieków jest ozonowanie. Ozon jest silnym utleniaczem o bardzo skutecznym działaniu bakteriobójczym, jednak jest on niestabilny i, w porównaniu z chlorowaniem, stosunkowo drogi. Analizując chemiczne sposoby dezynfekcji ścieków należy zwrócić uwagę m.in. na: dezynfekcję ścieków z wykorzystaniem kwasu nadoctowego czy nadmrówkowego, jak również na możliwość zastosowania alternatywnych metod dezynfekcji – np. metoda PEROXONE [13], środek dezynfekujący o nazwie CAC-717 (składający się z mezoskopowych kryształów wapnia wodoru węglanowego), czy wykorzystanie żelazianu (VI) (FeVIO42, Fe(VI)), będącego środkiem utleniająco-dezynfekującym, stosowanym do oczyszczania szerokiej gamy zanieczyszczeń w ściekach, w tym zanieczyszczeń mikrobiologicznych [16].
Procesy fizyczne – metody dezynfekcji ścieków
Drugą grupę metod, wykorzystywanych do dezynfekcji ścieków, stanowią procesy fizyczne, czyli np.: techniki membranowe, promieniowanie ultrafioletowe UV, procesy pasteryzacji czy termicznego suszenia, jak również promieniowanie jonizujące, czyli tzw. dezynfekcja radiacyjna oraz ultradźwięki. W porównaniu z chemicznymi technologiami dezynfekcji ścieków, podstawową zaletą procesów fizycznych jest brak dodatku różnego rodzaju chemikaliów przedostających się do środowiska oraz uniknięcie tworzenia ubocznych produktów dezynfekcji. Jednak procesy fizyczne mają swoje wady. Przykładowo, w dezynfekowaniu ścieków metodą promieniowania UV należy wskazać na możliwość reaktywacji oraz na fakt, że jej skuteczność jest w dużym stopniu uzależniona od wrażliwości organizmu na promieniowanie – największą wrażliwość wykazują wegetatywne komórki bakterii, najmniejszą wirusy czy bakterie przetrwalnikowe. W kontekście skuteczności działania fizyczno-chemicznych procesów dezynfekcji ścieków, słusznie zauważa Olańczuk Neyman i in. [17] twierdząc, że „inaktywacja mikroorganizmów zależy od: typu mikroorganizmu i jego oporności na środek chemiczny, charakterystyki fizykochemicznej środowiska oraz od typu dezynfektanta i sposobu jego działania. Skuteczność chemicznej dezynfekcji mogą obniżyć podwyższone stężenia różnorodnych fizycznych i chemicznych zanieczyszczeń ścieków, jak np. zawiesina, rozpuszczone substancje organiczne i jony nieorganiczne”.
„Zielona” dezynfekcja ścieków
Ostatnią grupę stanowi „zielona” dezynfekcja ścieków. Mowa tu przede wszystkim o zastosowaniu zielonej chemii i nanotechnologii, w tym m.in. o fotokatalitycznych właściwościach nano-TiO2 (używanego jako skuteczny środek dezynfekujący), jak również o syntezie nanocząstek srebra AgNPs z wykorzystaniem ekstraktu z Vitis labrusca, będącego w pełni naturalną bronią przeciwko bakteriom Gram-dodatnim i Gram-ujemnym. Jak wskazuje Raota i in. [18] metody te doprowadziły do zmniejszenia o 47% liczby bakterii Escherichia coli podczas dezynfekcji ścieków, co pozwala sugerować, że stanowić one mogą skuteczny środek pomocniczy w procesie „zielonej” dezynfekcji ścieków. Z kolei fotokataliza jest jedną z nowszych metod dezynfekcji, wykazującą dużą skuteczność w unieszkodliwianiu m.in. wirusów, grzybów, bakterii, a nawet komórek nowotworowych zawartych w ściekach. Fotokatalityczne właściwości nano-TiO2 wykorzystuje się również do neutralizowania niepożądanych zapachów. Jak zauważa Kosmala i in. [19] „tlenek tytanu (IV) może działać jako niezwykle skuteczny środek dezynfekujący”.
Ponowne wykorzystanie ścieków w praktyce
Jak już zostało zauważone, w skali świata rolnictwo odpowiada za największe zużycie wody, głównie na potrzeby nawodnień gruntów (niemal 40%). W Polsce największa ilość wody pobieranej wykorzystywana jest w przemyśle (70%), natomiast zużycie wody na cele rolnicze i leśne stanowi zaledwie 10% całkowitego poboru wód (80 – 90 hm3) [20]. Zawarte w ocenie projektu ww. unijnego rozporządzenia wykonanego dla GDOŚ [21] dane wykazały, że powierzchnia grun-
tów nawadnianych w Polsce to 69 143 ha, a to stanowi 0,24% w całości użytków rolnych i gruntów leśnych. Ilość pobieranej na ten cel wody wynosi 83,5 hm3 wody – to z kolei stanowi 0,82% z ogółu pobranej wody na cele gospodarki narodowej i ludności.
Zapotrzebowanie na wodę odzyskaną
Polska jest jednym z krajów europejskich, gdzie wykorzystuje się najmniej wody w celach rolniczych. W wyniku przeprowadzonych dla GDOŚ [21] analiz wytypowano 703 gminy zagrożone deficytem wodnym oraz 10 województw, w których stosuje się nawodnienia i na których potencjalnie istnieje zapotrzebowanie na odzyskaną wodę do nawodnień. Określono, że w przypadku zaistnienia okoliczności związanych z niedoborem wody jest potencjał wykorzystania do nawodnień wody odzyskanej ze ścieków, który prawdopodobnie będzie wzrastać w kolejnych latach z uwagi na zmieniający się klimat.
Aktualnie w Polsce zagospodarowywanie oczyszczonych ścieków nie jest powszechnie stosowane. Odzyskaną wodę częściowo wykorzystuje się jedynie w takich branżach, jak przemysł cukrowniczy, chemiczny, elektrociepłowniczy oraz w jednostkach wojskowych. Ponadto na uwagę zasługuje art. 84 ust. 2 ustawy z dnia 20 lipca 2017 r. prawo wodne (Dz.U.2021.2233 t.j.), zgodnie z którym przez rolnicze wykorzystanie ścieków rozumie się zastosowanie ścieków do: nawadniania użytków rolnych, nawożenia użytków rolnych (przez dodanie materiałów do gleby, rozprowadzenie na powierzchni, wstrzykiwanie do gruntu, umieszczenie pod powierzchnią gruntu lub mieszanie z warstwami powierzchniowymi gruntu), nawadniania oraz nawożenia stawów rybnych.
Woda odzyskana szczególnie ważna w suchych regionach
Ponowne wykorzystanie wody odzyskanej ze ścieków stanowi istotny punkt zainteresowania w tzw. suchych regionach, jak np. na Bliskim Wschodzie czy w Afryce Północnej. Jest natomiast zaporowo niskie w regionach o niskim współczynniku oczyszczania ścieków, takich jak Afryka Subsaharyjska, Ameryka Łacińska oraz Azja Wschodnia (np. Pakistan, Indie i Chiny) lub gdzie konwencjonalne źródła wody są obfite, jak w Skandynawii [22,23]. W pozostałych regionach świata ponowne wykorzystanie wody odzyskanej ze ścieków (w tym w rolnictwie) stosowane jest m.in. w Stanach Zjednoczonych, Japonii, Namibii, Izraelu, Francji, Belgii, Włoszech, Hiszpanii, Cyprze, Wielkiej Brytanii, Szwecji i Niemczech.
11% oczyszczalni może spełniać zakładane parametry
W ocenie projektu unijnego rozporządzenia stwierdzono, że dziś w Polsce wymagana jakość wody odzyskanej ze ścieków przy zastosowaniu istniejących rozwiązań byłaby możliwa do osiągnięcia jedynie w zakresie BZT5 oraz zawartości zawiesiny ogólnej określonych dla klas jakości B-D (czyli z wyłączeniem upraw okopowych spożywanych na surowo i roślin spożywczych, których część jadalna ma bezpośredni kontakt z odzyskaną wodą). Ustalono, że spośród 225 analizowanych oczyszczalni ścieków komunalnych niewielki odsetek (jedynie 11%) ma możliwość obecnie osiągnąć zakładane parametry – przy założeniu, że spełniają wymagane parametry dla co najmniej jednej klasy odzyskanej wody.
Jak dostarczać wodę do ostatecznego odbiorcy?
Najbliższe spełnienia wymaganych standardów dla odzyskanej wody mogą być oczyszczalnie dużych aglomeracji, tj. oczyszczalnie zlokalizowane poza obszarami użytkowanymi rolniczo. W związku z tym pojawiają się wątpliwości w kwestii dostarczenia tej wody do ostatecznego odbiorcy. Brak odpowiedniej infrastruktury spowodowałaby konieczność dowożenia wody za pomocą cystern, co z kolei wiązałoby się z dodatkowym nakładem finansowym oraz zwiększeniem emisji zanieczyszczeń. Oprócz względów celowościowych i finansowych, wśród zastrzeżeń dotyczących ponownego wykorzystania wody zwrócono również uwagę na zagrożenia dla zdrowia ludzi (mnogość zanieczyszczeń niepodlegających monitoringowi i kontroli, np. farmaceutyki i in. [24]) oraz dla hodowli roślin – wysokie stężenie azotu pochodzącego ze ścieków może doprowadzić do opóźnienia dojrzewania i niższe plony. Wiele roślin (m. in. jęczmień, pszenica, sałata, szpinak czy ziemniaki) jest czułych na występowanie niektórych pierwiastków (m.in. cynku), co objawia się obniżeniem plonów [25].
***
W ostatnich latach Komisja Europejska poparła szereg badań w celu oceny potencjału działań UE w obszarze ponownego wykorzystania wody ze ścieków komunalnych. Do 2025 roku zakładany jest wzrost z poziomu 1,1 mld m3 aż do osiągnięcia poziomu 6,6 mld m3 rocznie [26]. Zgodnie z prognozami, takie rozwiązania przełożą się bezpośrednio na oszczędzanie wody z naturalnych źródeł – pobór wody ze źródeł naturalnych do nawadniania, według założeń, ma się zmniejszyć o ponad 5% do 2025 roku [27].
Literatura dostępna w redakcji
