Oczyszczanie ścieków i zmniejszenie emisji – konieczne zielone rozwiązania

Jak w ciągu 40 lat zaoszczędzić ponad 15,6 mld dol. i uniknąć prawie 30 mln ton emisji dwutlenku węgla? Wdrożyć kolejne oparte na przyrodzie zielone rozwiązania w oczyszczaniu ścieków.

Kilka słów na temat ścieków

Według badań naukowców z Uniwersytetu Stanowego Kolorado, USA, ograniczenie rozbudowy dużych obiektów komunalnych na rzecz rozwoju terenów podmokłych i zalesiania może nie tylko przyczynić się do poprawy jakości środowiska wodnego, ale również realnie zmniejszyć emisje dwutlenku węgla i przynieść oszczędności finansowe. Raport opiera się na danych zebranych w ponad 22 tys. obiektów i bada związek między podstawowymi wskaźnikami oczyszczania ścieków, emisjami oraz kosztami wdrożenia i utrzymania rozwiązań.

W przyszłości wymagania odnośnie do jakości oczyszczanych ścieków nadal będą rosnąć, dodatkowo niezbędne jest ograniczanie emisji z obiektów. Rocznie na świecie powstaje około 380 mld m³ ścieków i oczekuje się, że ich globalna produkcja, w stosunku do obecnego poziomu, wzrośnie o 24 proc. do 2030 oraz o 51 proc. do 2050 r.

Ścieki są piątym co do wielkości źródłem antropogenicznych emisji metanu (ponad 19 proc.), pochodzących przede wszystkim z nieszczelności instalacji i komór fermentacji beztlenowej oraz szóstym podtlenku azotu (około 13 proc.), który generowany jest w ponad 90 proc. w komorach biologicznych. Dodatkowo emisje dwutlenku węgla w obiektach wynikają przede wszystkim ze zużycia energii na napowietrzanie komór biologicznych (około 60-70 proc. zapotrzebowania całego obiektu), jeśli ta pochodzi z paliw kopalnych.

Wyzwania, którym sprostać muszą oczyszczalnie ścieków

Tradycyjnie oczyszczalnie mają za zadanie usuwać związki azotu i fosforu, jednak w ostatnich dekadach znacząco wzrosła nasza świadomość odnośnie do liczebności i różnorodności związków chemicznych, które trafiają do ścieków. Stanowią one znaczące wyzwanie dla procesów biologicznego oczyszczania. Trwałe substancje organiczne, mikro- i nanoplastiki oraz antybiotykooporność to aktualnie główne problemy jakości środowiska wodnego.

Aby sprostać nowym wyzwaniom, niezbędne jest wdrożenie bardziej zaawansowanych technologicznie rozwiązań. Mogą one jednak zwiększać zużycie energii, a przez to generować dodatkowe emisje. Ponadto zmiana klimatu może znacząco obniżać skuteczność oczyszczania oraz zwiększać emisje z procesów biologicznych. Zmagamy się również z dużą ilością tzw. niepunktowych źródeł emisji zanieczyszczeń, przede wszystkim z rolnictwa, którego negatywne oddziaływanie na zasoby wodne jest potęgowane przez zmianę klimatu.

Obecnie w Europie jedynie 38 proc. wód powierzchniowych uważa się za posiadające dobry stan chemiczny. Europejska Agencja Środowiska alarmuje, że w ponad 20 proc. wszystkich monitorowanych wód powierzchniowych wykryto co najmniej jeden pestycyd w stężeniach budzących obawy.

Zielone rozwiązania w USA

W USA można aktualnie uniknąć dalszych kosztownych modernizacji oczyszczalni ścieków dzięki programowi, który przewiduje inwestycje w zieloną infrastrukturę (Water Quality Trading – WQT), obejmujące m.in. rekultywację terenów nadbrzeżnych, równin zalewowych i terenów podmokłych. Program umożliwia handel jakością wody i przeniesienie wymagań ze źródła punktowego na przywracanie i utrzymywanie ekosystemów słodkowodnych. Jedną z barier we wdrażaniu takich rozwiązań jest brak możliwości bezpośredniego monitorowania skuteczności działania zielonej infrastruktury w zakresie jakości wody. Dodatkowo zielona infrastruktura, aby była skuteczna, musi znajdować się w lokalizacjach, które wymagają naprawy lub ochrony i są w niedużej odległości od obiektu generującego zanieczyszczenie.

W najnowszej publikacji w Communications Earth & Environment naukowcy opublikowali wyliczenia, które potwierdzają, że przy wykorzystaniu zielonej infrastruktury w USA można zwiększyć usuwanie azotu od 31,7 do 36,8 proc. (tj. dla 36,8 proc. – blisko 404 tys. ton azotu na rok) i od 20,8 do 21,1 proc. (tj. 52,5 tys. ton fosforu na rok). Szacuje się, że rocznie technologie konwencjonalnego oczyszczania ścieków emitowałyby od 11,9 do 29,8 MtCO₂e (megaton ekwiwalentu dwutlenku węgla), podczas gdy zielone technologie od 3,8 do 4,2 MtCO₂e. Niższe są również koszty wdrażania rozwiązań opartych na naturze, które badacze prognozują na 13,6 mld dol. rocznie, podczas gdy dla konwencjonalnych oczyszczalni było to 28,5 mld.

Perspektywa amerykańskich rozwiązań w Europie

Główną przeszkodą w poprawie tych wskaźników jest ograniczona liczba lokalizacji, w których można stosować zieloną infrastrukturę. Nie wszędzie tego typu technologie będą też generowały niższe koszty. Dla 222 analizowanych zbiorników wodnych tylko lub aż 70 proc. zielonych rozwiązań generowało niższe koszty, jeśli chodzi o emisje. Choć rozwiązaniami opartymi na przyrodzie można usunąć mniej niż 40 proc. azotu i 25 proc. fosforu produkowanych ze ściekami w USA, to te dane są obiecujące i możemy je wykorzystać jako argument za inicjowaniem tego typu rozwiązań w Europie.

Obok usuwania zanieczyszczeń, niższych kosztów i emisji bardzo ważnym aspektem jest tworzenie miejsc pracy, które nie wymagają specjalistycznej wiedzy z zakresu innowacji środowiskowych. Rośnie udział społeczności znajdujących się w niekorzystnej sytuacji ze względu na kryzys wodny i klimatyczny. Analizy pokazują, że na każdy milion inwestycji w zieloną infrastrukturę powstaje 20 nowych miejsc pracy, ale inwestycje w zalesianie czy odtwarzanie mokradeł zwiększa też zyski w lokalnej działalności gospodarczej od 1,7 do 2,6 raza. Również wdrożenie systemu rekompensat finansowych dla rolników (ponad połowa całkowitych kosztów zielonej infrastruktury), którzy są właścicielami gruntów przeznaczonych pod rozwiązania oparte na przyrodzie, nie niweluje korzyści, jakie ze sobą niosą.

Informacje te są szczególnie ważne w kontekście dyskusji nad postanowieniami Europejskiego Zielonego Ładu (ang. European Green Deal) oraz wdrożeniem uzupełniającego go rozporządzenia w sprawie odbudowy zasobów przyrodniczych (ang. Nature Restoration Law). Niskoemisyjnym oczyszczalniom ścieków ze zwiększonym odzyskiem surowców przewidzianym ramach postulatów Zielonego Ładu musi towarzyszyć zwiększenie udziału gruntów wyłączonych z intensywnej eksploatacji rolniczej oraz wdrożenie rozwiązań opartych na przyrodzie (np. sztucznych mokradeł) w pasie buforowym oczyszczalni ścieków.

dr inż. Edyta Łaskawiec – technolożka wody i ścieków, naukowczyni w zabrzańskim Instytucie Technologii Paliw i Energii, popularyzatorka nauki, autorka profilu edukacyjnego na platformie Instagram: wastewater_based.doctor.