W ostatnich latach, szczególnie w Europie Zachodniej (w Niemczech, Austrii oraz Szwajcarii) i krajach skandynawskich (w Szwecji i Norwegii), można zaobserwować coraz większe zainteresowanie sanitacją ekologiczną (ang. ecological sanitation).

Zrównoważoną sanitację można zdefiniować jako sanitację, która chroni i promuje zdrowie ludzkie, nie przyczyniając się do degradacji środowiska, jest technicznie dopasowana oraz ekonomicznie akceptowalna. Istnieje wiele różnych wariantów technicznych zrównoważonej sanitacji, a wybór odpowiedniego rozwiązania zależy od warunków lokalnych. Aby zaprezentować różnorodność metod, w niniejszym artykule przedstawiono przykłady sanitacji. Zaprezentowano więc rozwiązania techniczne, poczynając od tych podstawowych, aż po zaawansowane technologie. W części I przedstawiono sposoby odprowadzania i zagospodarowania ścieków szarych, zgodnie z panującymi zasadami sanitacji ekologicznej.

W XXI w. zrównoważona sanitacja stanowi konsekwencję globalnych zobowiązań, wyrażonych w 2002 r. podczas Światowego Szczytu Zrównoważonego Rozwoju w Johannesburgu, gdzie sanitację włączono do Milenijnych Celów Rozwoju1. Pierwszym krokiem na drodze do osiągnięcia wodnych i sanitacyjnych założeń było opracowanie do 2005 r. krajowych planów zintegrowanego gospodarowania zasobami wodnymi (ang. Integrated Water Resource Management ? IWRM) i planów efektywnego wykorzystania wód1.

Ekologiczna sanitacja polega na zapewnieniu dobrych warunków higienicznych przez usuwanie odpadów bytowych oraz ich recykling. Takie efekty można uzyskać, wykorzystując nowoczesne technologie i dokonując inwestycji pozwalających na odzysk substancji odżywczych w łatwy i niedrogi sposób.

Systemy sanitacji obejmują gospodarowanie ściekami szarymi (zużytą wodą podczas kąpieli, zmywania itp.), uryną i fekaliami. Frakcje te różnią się od siebie zarówno pod względem zawartości zanieczyszczeń, jak i wyprodukowanych objętości. Do sposobów zagospodarowania ścieków bytowych, zgodnie z ideą ekologicznej sanitacji, należy zaliczyć wspólne oczyszczanie ścieków bytowych w naturalnym systemie oczyszczającym (np. w oczyszczalniach hydrofitowych, stawach oczyszczających z roślinnością wodolubną). W tym rozwiązaniu naturalne warunki oczyszczania z uprawą roślin na złożu i w stawie oraz zagospodarowanie przyrodnicze osadu pozwalają na znaczny odzysk substancji biogennych i ponowne ich wprowadzenie do obiegu przyrodniczego (rys. 1).

Kolejnym z rozwiązań jest rozdzielczy system wewnętrznej instalacji sanitarnej, dzielony odpowiednio na ścieki czarne i szare. Odpływ zużytej wody z umywalki, pralki, zlewu i wanny (ścieki szare) może być skierowany na złoże roślinne w celu podczyszczenia. Ścieki oczyszczone po złożu mogą zostać powtórnie wykorzystane, np. do podlewania ogrodu. Odpływ z toalet (ścieki czarne) kierowany jest do zbiornika i magazynowany przez 12 miesięcy. Zapewnia to rozkład zawartej w ściekach substancji organicznej i jej dezynfekcję (rys. 2).

Do sposobów zagospodarowania ścieków bytowych zgodnie z ideą ekologicznej sanitacji, należy też rozdzielczy system wewnętrznej instalacji sanitarnej odpowiednio na ścieki czarne z szarymi oraz na ścieki żółte. Ścieki szare razem z fekaliami trafiają do osadnika gnilnego i dalej na złoże roślinne lub do drenażu rozsączającego. Mocz spłukiwany jest oddzielnie niewielką ilością wody, odprowadzany osobną instalacją do zbiornika i przetrzymywany w nim ok. pół roku w celu redukcji patogenów, a następnie może być wykorzystany jako nawóz (rys. 3).

Ostatnia z metod zagospodarowania ścieków bytowych to rozdzielczy system instalacji wewnętrznej z rozdziałem na odpływ ścieków szarych, ścieków czarnych i ścieków żółtych. W tym rozwiązaniu dodatkowo oczyszczone ścieki szare mogą być powtórnie kierowane do obiegu i wykorzystywane w gospodarstwie (np. do spłukiwania toalet). Fekalia gromadzone są w osobnym zbiorniku magazynującym. Mocz trafia do osobnego zbiornika, w którym w warunkach beztlenowych jest magazynowany przez pół roku. Po tym czasie można go bezpiecznie użyć do nawożenia2. Jako nawóz wykorzystywany rolniczo jest bezpieczny pod względem sanitarnym (rys. 4).

Recykling ścieków szarych 

Człowiek w ciągu roku produkuje ok. 25 000 dm3/M?rok ścieków szarych, co stanowi aż ok. 97% całej objętości ścieków bytowych. Ścieki szare charakteryzują się wysoką zawartością substancji organicznej, natomiast wykazują małą zawartość związków biogennych w porównaniu do fekaliów. Takie ścieki zawierają w głównej mierze mydliny i środki chemiczne stosowane podczas mycia naczyń i prania. W tabeli 1 podano charakterystyczne wartości stężeń zanieczyszczeń w ściekach szarych.

Tab. 1. Charakterystyka ścieków szarych (www.haustechnikdialog.de)3

Parametr

Zakres

[mg/dm3]

Wartość średnia [mg/dm3]

BZT5

250-550

280

ChZT

400-700

450

Zawiesina ogólna

30-70

50

P

3-8

6

N

10-17

15 

Z charakterystyki ścieków szarych wynika, że jako ścieki surowe nie są uciążliwe i groźne dla człowieka lub środowiska naturalnego, zatem wcześniej poddane oczyszczaniu z zawiesiny, substancji organicznej i związków fosforu mogą zostać powtórnie wykorzystane.

Właściwe zagospodarowanie i oczyszczanie ścieków szarych niesie za sobą wiele korzyści. Jedną z nich jest np. powtórny obieg wody w instalacji sanitarnej w celu zmniejszenia jej dobowego zużycia. Analizując zużycie wody w gospodarstwie domowym można brać pod uwagę zróżnicowanie jakościowe zapotrzebowania, które wykazuje, że jedynie 10-15% potrzeb wymaga zużycia wody odpowiadającej wymaganiom wody pitnej (I klasa). Dla ok. 30-35% poboru element jakości jest czynnikiem drugorzędnym (jakość wody ?kąpieliskowej? ? II klasa), natomiast szacuje się, że aż 50-60% potrzeb może być zaspokajanych przez wodę ?przemysłową? ? III klasa. A zatem aż 85% zapotrzebowania można pokryć przy wykorzystaniu wody o niższej klasie ? II i III4, dlatego powtórne stosowanie oczyszczonych ścieków szarych w gospodarstwie domowym wydaje się opłacalne pod względem ekonomicznym.

W polskich przepisach zamieszczono regulacje dotyczące jedynie rozdzielenia instalacji kanalizacyjnej na dwie oddzielne instalacje (osobno dla ścieków szarych i dla fekaliów), natomiast nie sprecyzowano zapisów odnośnie wymogów jakościowych i bakteriologicznych wtórnie wykorzystywanych ścieków. Przyjmuje się, iż wtórnie wprowadzone do obiegu oczyszczone ścieki szare muszą spełnić wymagania higieniczne Dyrektywy 2006/7/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 lutego 2006 r. dotyczącej zarządzania jakością wód kąpieliskowych i uchylającą dyrektywę 76/160/EWG. Bardziej sprecyzowane i dokładne zalecenia jakościowe oraz bakteriologiczne dotyczące jakości oczyszczonych ścieków szarych można znaleźć w serii norm brytyjskich BS8525-1:2010 (ang. Greywater system)5. Normy te regulują również zasady projektowania i montażu instalacji oraz jej monitoringu, eksploatacji, a także oznakowania instalacji w zależności od końcowego przeznaczenia oczyszczonej wody niepitnej5. W tabeli 2 podano zalecane wartości stężeń zanieczyszczeń fizyczno-chemicznych i mikrobiologicznych dla oczyszczonych ścieków szarych w przypadku ich ponownego wykorzystania.

Tab. 2. Zalecane maksymalne wartości stężeń zanieczyszczeń w oczyszczonych ściekach szarych wykorzystywanych powtórnie w gospodarstwie domowym (wg Lipskiej, 2013)5

Parametr

Jednostka

Zastosowanie

spłukiwanie

toalet

podlewanie

ogrodu

pralki

automatyczne

Escherichia coli

Ilość w 100 ml

250,0

0

Enterococci jelitowe

100,0

0

Mętność

–

< 10,0

n/a

< 10

pH

–

5,0-9,5

 

 

Chlor

mg/dm3

< 2,0

< 0,5

< 2

Brom

mg/dm3

< 5,0

 0,0

< 5

Zawiesina ogólna

mg/dm3

wolna od pływających zanieczyszczeń

Barwa

–

wizualnie czysta, bez nadmiernego zabarwienia

Projekt systemu recyklingu ścieków szarych opiera się na dwóch ważnych parametrach: ilości ścieków szarych, jaką można pozyskać z budynku, oraz na dokładnym sprecyzowaniu formy wykorzystania oczyszczonych ścieków szarych i ich jakości pod względem fizyczno-chemicznym oraz bakteriologicznym. Wśród metod projektowych wyróżnia się dwa modele obliczeniowe: projektowanie uproszczone ? ścieki szare używane do spłukiwania toalet w pojedynczych lokalach mieszkaniowych oraz projektowanie szczegółowe ? ścieki szare mają być wykorzystywane do spłukiwania toalet, prania, mycia samochodu oraz utrzymania terenów zieleni.

Zgodnie z zapisami normy BSI8525, pierwsza metoda zakłada, że stałe dzienne zapotrzebowanie na wodę do spłukiwania ustępów wynosi 25 l/osobę i 15 l/osobę do prania, a stałe dzienne zasilanie wodą szarą z łazienek to 50 l/osobę. Metoda szczegółowa jest znacznie bardziej dokładna. Również uwzględnia liczbę mieszkańców, natomiast poszerzono ją o dane odnośnie pozyskiwania ścieków szarych i wiele innych współczynników, np. użytkowanie natrysku czy korzystanie z umywalki.

Systemy recyklingu szarej wody można podzielić na wewnętrzny i zewnętrzny. Ten pierwszy jest stosowany zarówno w domkach jednorodzinnych, jak i w mieszkaniach. Polega na zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań, takich jak zintegrowanie zbiornika miski ustępowej z umywalką lub pralką automatyczną (fot. 1-5). Możliwe jest też zastosowanie specjalnych zbiorników instalowanych w szafkach podumywalkowych, w których woda szara jest wstępnie oczyszczana i filtrowana, po czym automatycznie odprowadzana do spłuczki miski ustępowej.         

Systemy zewnętrzne są bardziej rozbudowane i stosuje się je raczej w domkach jednorodzinnych lub budynkach użyteczności publicznej. Rozwiązania te łączą wykorzystanie wody szarej i tej z opadów. Wymagają wewnętrznych instalacji z rozdziałem ścieków i dodatkowych zbiorników, dlatego są bardziej kosztowne (rys. 5). Ale zastosowanie takiego systemu przynosi więcej korzyści, wodę można wykorzystywać zarówno do użytku domowego, jak i do zmywania tarasów, podjazdów, mycia pojazdów oraz podlewania ogrodów. Ostatecznie oczyszczone ścieki można rozsączyć w celu nawodnienia i użyźnienia gruntu. W tym systemie ścieki szare są poddawane filtracji i oczyszczaniu biologicznemu, by można je było powtórnie wykorzystać w obiegu wody niepitnej w budynku.

Naturalne metody oczyszczania ścieków szarych

Powstające w gospodarstwie domowym ścieki szare mogą zostać oczyszczone w naturalnych systemach oczyszczających (np. w oczyszczalniach hydrofitowych, stawach hydrobotanicznych), a także odprowadzone do gruntu przy pomocy drenażu rozsączającego lub studni chłonnej.

Najprostszym i ekonomicznie najtańszym sposobem zagospodarowania ścieków jest drenaż rozsączający, szczególnie dla gospodarstwa domowego, które dysponuje niewielkim obszarem pod inwestycję. W tym rozwiązaniu ścieki odpływające z budynku najpierw kierowane są na prefiltr bądź do osadnika gnilnego, a następnie na drenaż rozsączający, ułożony pod powierzchnią gruntu. Warunek zastosowania drenażu stanowią grunty przepuszczalne, a odległość zwierciadła wód gruntowych od drenów wynosić powinna nie mniej niż 1,5 m. W związku z tym, iż nie ma norm dotyczących warunków budowy drenażu rozsączającego dla ścieków szarych, przyjmuje się zatem takie same jak dla przydomowej oczyszczalni ścieków, tj. odległości od studni, drzew, budynku itp. (rys. 6).

Kolejnym sposobem zagospodarowania i oczyszczania ścieków szarych są oczyszczalnie hydrofitowe z podpowierzchniowym pionowym (typu VF-CW, rys. 1) lub podpowierzchniowym poziomym przepływem ścieków (typu HF-CW, rys. 7). Zgodnie z niemieckimi wytycznymi ATV 252, jednostkowa powierzchnia złoża, które oczyszczać będzie ścieki szare, powinna wynosić od 1,5 do 3 m2 na mieszkańca. W obu rozwiązaniach złoże stanowi szczelny basen, wypełniony materiałem filtracyjnym i zasiedlony roślinnością wodolubną. Złoża różnią się między sobą sposobem i kierunkiem przepływu ścieków. Do złoża typu VF-CW (ang. Vertical Flow Constructed Wetland) ścieki doprowadzone są pulsacyjnie przy pomocy pompy i rozprowadzone rurami drenarskimi, ułożonymi na powierzchni złoża. Podczas gdy w złożu typu HF-CW (ang. Horizontal Flow Constructed Wetland) ścieki transportowane są w sposób ciągły (zastosowanie rury perforowanej przy wlocie na złoże), o tyle w tym przypadku przepływ następuje grawitacyjnie w kierunku drugiego z jego boków.

Oczyszczone ścieki szare na złożu hydrofitowym mogą zostać wykorzystane do podlewania ogródka lub można je skierować do wód powierzchniowych, np. oczka wodnego. Oczyszczone ścieki szare odpowiadają jakości wody kąpieliskowej, a zatem mogą zostać wykorzystane również ponownie do spłukiwania toalet9.

Na podstawie badań przeprowadzonych przez Nolde?a10 wykazano, że ścieki na odpływie z oczyszczalni hydrofitowej charakteryzowały się niskim stężeniem azotu ogólnego ? 0,3 mg/dm3, azotu amonowego ? 0,4 mg/dm3 i azotu azotanowego (V) ? 0,4 mg/dm3. Ponadto przeprowadzone przez autora badania dowiodły, że ścieki szare dopływające do oczyszczalni hydrofitowej w Lambertsmuehle (Niemcy) charakteryzowały się wysokim stężeniem substancji organicznej. Średnie wartości stężeń ChZT i BZT5 w dwuletnim okresie pomiarowym wynosiły odpowiednio: 372,6 mg/dm3 i 126,4 mg/dm3, a wartość pH zmieniała się w zakresie od 7,1 do 7,7. Natomiast na odpływie stężenie substancji organicznej w ściekach było bardzo niskie i średnia wartość wynosiła odpowiednio: 43,6 mg/dm3 dla ChZT i 6,3 mg/dm3 dla BZT5. Otterpohl11 przeprowadził analizę pomiarów w Niemczech w mieście Lubeka w dzielnicy Flintenbreite, gdzie ścieki szare oczyszczano na złożach hydrofitowych typu VF-CW. Z badań wynika, że ścieki na odpływie charakteryzowały się niskim stężeniem azotu ogólnego ? 0,3 mg/dm3, azotu amonowego ? 0,4 mg/dm3 i azotanów (V) ? 0,4 mg/dm3. Firma OtterWasser (Niemcy) w 2009 r. zaprojektowała system z toaletą próżniową oraz hydrofitową oczyszczalnię ścieków do oczyszczania ścieków szarych, pochodzących z domu bliźniaczego w mieście Lubeck w Niemczech. Na podstawie badań przeprowadzonych przez firmę stwierdzono, że ścieki szare na dopływie charakteryzowały się następującymi wartościami: ChZT = 502 mg/dm3, BZT5 = 194 mg/dm3, Nog = 12 mg/dm3, Pog = 8 mg/dm3. Natomiast wartości stężeń w ściekach oczyszczonych wynosiły: ChZT = 59 mg/dm3, BZT5 = 14 mg/dm3, Nog = 2,7 mg/dm3 i Pog = 5,7 mg/dm3.

 Ponadto oczyszczone ścieki szare wprowadzane do gruntu mogą przyczynić się do poprawy naturalnego cyklu hydrologicznego poprzez zasilenie wód gruntowych. Takie rozwiązanie jest szczególnie korzystne na terenach suchych, gdzie oczyszczone wody szare uzupełniają zasoby wód podziemnych. Kolejną korzyścią jest szybszy wzrost roślin, które zużywają substancje odżywcze zawarte w resztkach pożywienia znajdujących się w ściekach szarych (odpływ z kuchni) oraz w innych występujących w nich składnikach (detergenty z pralek zmiękczają wodę).

Racjonalne podejście do gospodarowania ściekami skłania do traktowania ich jako źródła substancji nawozowych (biogennych), a nie wyłącznie jako uciążliwego problemu. Dodatkowo bardzo ważne jest oszczędzanie wody, która staje się coraz droższym medium. Dlatego też w celu poprawy jakości życia w połączeniu z ochroną środowiska proponowane są nowe rozwiązania, promujące separację ścieków i recykling ścieków szarych. Niniejszy artykuł może służyć rozpowszechnieniu wśród projektantów, instalatorów i inwestorów informacji o alternatywnych sposobach zagospodarowania ścieków bytowych.

dr inż. Agnieszka Tuszyńska, Dorota Woch, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska

Źródła

  1. Bodik O., Ridderstolpe P.: Zrównoważona sanitacja w Europie Środkowej i Wschodniej – wychodząc naprzeciw potrzebom małych i średnich osiedli ludzkich. Global Water Partnership and Eastern Europe. 2007.
  2. Tuszyńska A., Paszkiewicz P.: Koncepcja instalacji sanitarnej z toaletą separującą. ?Wodociągi-Kanalizacja? 11/2013.
  3. www.haustechnikdialog.de.
  4. Mrozowski B., Suligowski Z., Tuszyńska A.: DUBBLETTEN. Monografia. Wydawnictwo WMZDZ. Olsztyn 2007.
  5. Lipska M.: Wykorzystanie wody niepitnej w budynku jako alternatywne źródło wody pitnej. ?Technologia Wody? 1/2013.
  6. www.mowimyjak.pl.
  7. www.ekosc.pl.
  8. www.pomcert.pl.
  9. Maurer M., Pronk W., Larsen T.A.: Treatment processes for source separated urine. ?Water Research? 40/2006.
  10. Nolde E.: Betriebswassernutzung im Haushalt durch Aufbereitung von Grauwasser. ?Wasserwirtschaft Wassertechnik? 1/1995.
  11. Otterpohl R.: Perspektiven für die dezentrale Abwasserreinigung: Das Abwasserfreie Haus und dezentrale Abwasseranlagen in der Innenstadt? ?Wasser&Boden? 4/2002.