Je recyklování vyčištěných splaškových vod v závlahách potřebné a žádoucí?

V dnešní době se hodně řeší otázka recyklace odpadních vod. Jde o to zamezit poškozování vodních ekosystémů a zatěžování životního prostředí nežádoucími cizorodými látkami označovanými jako „prioritní polutanty“. Článek přináší přehled současného stavu, různých opatření, stav situace ve světě a vize do budoucna.

Obr. 2: Typický pohled na krajinu v Izraeli, i v poušti lze díky závlahám vidět prosperující zemědělská pole

Disponibilní vodní zdroje České republiky patří k nejnižším v zemích Evropské unie, jak potvrzuje obrázek s údaji FAO (obr. 1), což českou veřejnost velmi překvapuje. Příčinou je skutečnost, že veškerá voda z našeho území odtéká do okolních států, neboť poloha i kopcovitý povrch České republiky tvoří pomyslnou „střechu Evropy”. Z těchto důvodů vodní zdroje ČR závisejí výhradně na atmosférických srážkách. Výkyvy ročních úhrnů srážek běžně kolísají v rozmezí cca 30 %, jak lze ukázat na porovnání údajů z posledních let (tabulka 1).

Obr. 1: Celkové obnovitelné zdroje vody v Evropě(Zdroj: FAO – Aquastat)

Tab. 1: Ukázka meziročního kolísání úhrnů srážek v České republice

Změny klimatu

S ohledem na tuto situaci je třeba velmi vážně vnímat scénáře změny klimatu, které pro území ČR svědčí o zvýšení výskytu suchých období, s očekávanými nepříznivými dopady zemědělského i hydrologického sucha na zemědělskou produkci a na vodní zdroje. Jak vyplývá ze zpráv našich výzkumných institucí, suchá období jsou obvykle provázená zvýšenými teplotami vzduchu, které výrazně zvětšují rozsah výparu, který se již při nárůstu průměrné roční teploty vzduchu o 1–1,5 °C zvýší až o 30 %. Tato situace nastala na jižní Moravě již v r. 2015. Uvedený vzrůst průměrné roční teploty vzduchu byl původně očekáván až v r. 2040–2050, ale jak se ukázalo, došlo k tomu již v těchto posledních letech. Pokud tedy změna klimatu bude probíhat i nadále stejnou rychlostí, můžeme se dočkat po roce 2050 nárůstů teplot až o 3–4 °C se všemi nepříznivými důsledky suchých období s vysokou evapotranspirací vegetace, což dále prohloubí nedostatek zejména půdní vláhy.

Z těchto důvodu je bezpochyby třeba zvýšit odolnost našeho území vůči následkům sucha a nedostatku vodních zdrojů. Proto byla zpracována „Koncepce ochrany před následky sucha pro území České republiky”, kterou schválila vláda v červenci loňského roku a její text je dostupný na internetových stránkách Ministerstva zemědělství i Ministerstva životního prostředí. Opatření, která jsou v této Koncepci obsažena, zahrnují široké spektrum aktivit, které realizací přispějí ke zmírnění dopadů zemědělského sucha (zadržení vody v půdě a v krajině) a rovněž k nezbytnému zajištění dostatečných vodních zdrojů pro hospodářské využívání, jak pro výrobu pitné vody, energetiku (chlazení elektráren), průmysl, tak samozřejmě i pro zemědělství, neboť bude narůstat poptávka pro využití na závlahy.

Opatření

V tomto ohledu je třeba jasně odlišovat efektivitu a orientaci navrhovaných opatření. Pro ochranu před suchem zemědělským to znamená posílení organického podílu v půdě pro zvýšení objemu půdní vody, obnovu a výstavbu rybníků, tůní, zpomalení rychlosti odvádění drenážních vod, zachování i podpora mokřadů, což vše přispěje ke zpomalení rychlosti nástupu sucha a zmírnění jeho důsledků jak pro zemědělství, tak pro vegetaci v krajině. Nicméně pro zajištění vodních zdrojů a omezení hydrologického sucha je třeba velmi pečlivě bilancovat, zda bude dostatečná stávající akumulace v přehradních nádržích, realizovaných v minulosti, a pokud ne, je třeba v dostatečném předstihu rozhodnout o výstavbě dalších vodních nádrží.

Samozřejmě je velmi žádoucí zachycení a využívání srážkových vod odtékajících ze zpevněných povrchů, jejichž rozsah se v posledních několika desetiletích významně zvýšil jak výstavbou skladovacích a průmyslových komplexů, tak plochou dálnic a silnic. Také snaha o úspory ve spotřebě vody jsou důležitým opatřením, i když v tomto ohledu již příliš velké rezervy nelze očekávat, neboť za posledních 20 let poklesla jak celková spotřeba vody, tak i spotřeba v domácnostech o více než polovinu (tabulka 2).

Tab. 2: Vývoj spotřeby vody v České republice

Kapková závlaha

V posledních několika letech se stále častěji objevuje orientace na recyklaci již jednou využitých vod odebraných z vodních zdrojů a téma se stává součástí tzv. oběhové (cirkulární) ekonomiky jako způsobu k posílení udržitelnosti hospodářské úrovně a přírodních zdrojů. Především se očekává a doporučuje využití vyčištěných odpadních vod z měst a obcí („splaškových vod”), vypouštěných z čistíren odpadních vod, pro zemědělské závlahy. Dlouhodobou inspirací tohoto přístupu se stal především Stát Izrael, kde je 70 % vyčištěných splaškových vod využito pro kapkovou závlahu. Čeští vodohospodáři se přesvědčili při opakovaných návštěvách Izraele o tom, jak lze v podmínkách extrémního nedostatku vody udržet prosperující zemědělskou produkci i ve velmi suché (pouštní) krajině právě díky využívání vyčištěné odpadní vody pro kapkové závlahy (obr. 2).

Prioritní polutanty

Tento směr recyklace vyčištěných odpadních vod však v posledních 5–10 letech dostává vážnou trhlinu. Díky rozvoji vybavení laboratoří a novým metodickým postupům se totiž prokazuje, že do životního prostředí proniká stále více cizorodých látek, označovaných jako „prioritní polutanty”, jejichž výskyt, stabilita a účinky na živé organismy jsou zatím nedostatečné známé. Rovněž chybějí informace o tom, zda dochází k akumulaci těchto cizorodých látek v půdě následkem jejich průběžného přísunu při závlahách. Jedná se o velmi nízké koncentrace zbytků léčiv (zejména hormonálních, antikoncepčních přípravků, antibiotik, léků na snížení krevního tlaku, k léčení cukrovky atd.) a rovněž kosmetických přípravků (osobní hygieny), čisticích prostředků, a dokonce také zakázaných drog (např. pervitin, heroin, extáze apod.). Koncentrace těchto látek jsou vesměs velmi nízké, odkud pochází jejich označení „mikropolutanty”. Tyto látky a jejich částečně rozložené či změněné zbytky (označované jako „metabolity”) byly v minulosti prakticky nestanovitelné v důsledku nedostatečných laboratorních metod. Teprve v posledních letech se rozvíjí jejich monitorování v životním prostředí, neboť jejich využívání ve společnosti vzrůstá následkem zvýšené péče o zdraví, jsou vyvíjeny nové farmaceutické preparáty běžně používané obyvatelstvem v domácnostech, jejich spotřeba roste a jejich zbytky s metabolity se dostávají do splaškových odpadních vod (tabulka 3).

Tab. 3: Koncentrace několika léků na přítoku do čistíren odpadních vod ve Slovenské republice

Účinky těchto látek se již začaly negativně projevovat na oživení vod (neplodnost ryb, obojživelníků). Přesné účinky na lidské zdraví zatím nejsou dostatečně a uspokojivě určeny, ale ohrožování lidského zdraví je nepochybné. S ohledem na rostoucí poznání, zjišťovanou zátěž vodních zdrojů a nutnost předběžné opatrnosti dochází k tlaku na zkvalitnění technologií čištění odpadních vod tak, aby vypouštěná vyčištěná odpadní voda tyto látky neobsahovala, anebo v mnohem nižších, stopových koncentracích než dosud.

Běžně využívané technologie v čistírnách odpadních vod tyto prioritní polutanty nezachytí kompletně a tak jsou v různých koncentracích obsaženy ve vypouštěné vyčištěné vodě. Jejich následný výskyt v recipientech vypouštěných odpadních vod závisí na efektivitě procesu v čistírně a samozřejmě jejich koncentraci ovlivňuje ředící poměr, závislý na průtocích vodního toku, kam vypouštěné vody vtékají.

Jen pro ilustraci jsou na obr. 3 uvedeny příklady, jaké koncentrace mikropolutantů se běžně vyskytují ve vodních tocích. Údaje z různých zemí svědčí o tom, že jde o problém všech evropských států, a proto je nutné se řešením zabývat i s ohledem na přeshraniční vodní toky. Principy zachycení a odstranění těchto látek jsou známé, primárně jde o zachycení na aktivním uhlí, následně se doplňují také další kroky k rozložení případných zbytků (ozonizace, UV záření apod.). Je tedy třeba rozšířit technologické linky, což samozřejmě vyžaduje nejenom investici, ale následně i nárůst provozních nákladů.

Obr. 3: Koncentrace diclofenaku (lék k utišení bolesti) ve 3 německých řekách v letech 2007–2011

K rozšíření technologií čistíren odpadních vod přistupuje v posledních letech řada evropských států, zejména v Německu, Švýcarsku (tam byl dokonce přijat plán na rozšíření technologie ve 100 čistírnách odpadních vod ze 700 existujících čistíren). Ukázku toho, jak jsou různé druhy mikropolutantů zachyceny v čistírně odpadních vod se standardním a rozšířeným technologickým procesem přináší obr. 4.

Obr. 4: Efektivita zadržení různých druhů mikropolutantů (v %) v čistírně odpadních vod se standardní technologií (červeně) a s technologií rozšířenou o i ltraci přes aktivní uhlí (modře)

Zachycování a akumulace mikropulatnů

Specifickým problémem je zachycování a akumulace mikropolutantů v kalech z čistíren odpadních vod, což vede k nutnosti změnit způsob nakládání se stabilizovanými kaly a zastavit jejich využívání v zemědělství aplikací na zemědělskou půdu. Zabrání se tím nejenom kontaminaci půdy, ale zejména přestupu těchto nežádoucích prioritních cizorodých látek do rostlinných tkání a plodů. Z těchto důvodů roste potřeba regulovat používání stabilizovaných kalů z čistíren odpadních vod na zemědělských pozemcích, což nyní naše legislativa již omezuje určením jejich kvality (v částce 178/2016 Sbírky zákonů jsou obsaženy úpravy a změny několika předchozích vyhlášek o podmínkách využití kalů na zemědělské půdě), avšak limity pro diskutované mikropolutanty zatím nejsou obsaženy. V současné politice EU se rovněž považuje využívání kalů pro rekultivace a pro vylepšení kvality zemědělské půdy za neudržitelné s ohledem na zátěž životního prostředí nežádoucími látkami, včetně mikropolutantů. V některých členských státech se již začíná se preferovat jejich energetické využívání a zákaz aplikace na zemědělskou půdu. Novým cílem je rovněž zaměření na těžbu některých látek (zejména fosforu) z kalů. Kromě toho v posledních 3–5 letech nabývají na významu také informace o vysokých koncentracích mikroplastů v kalech, které by při aplikaci na zemědělskou půdu dále znehodnotily její kvalitu, jak vyplývá ze současných studií v Německu.

Tab. 4: Účinnost snížení koncentrací (rozmezí %) několika nelegálních drog v šesti čistírnách odpadních vod v České republice

Recyklace ve světě

Ve světovém měřítku je bezpochyby světovou „jedničkou” recyklace Stát Izrael, ve většině evropských zemí však závlaha vyčištěnou odpadní vodou není legislativně zakotvena. Nicméně země Středomoří, vystavované dlouhodobě suchu a nedostatku vody, vyčištěné odpadní vody pro závlahy v omezeném množství používají (v Itálii regionálně – spíše experimentálně, ve Španělsku oficiálně – ovšem zatím v objemu cca 1,5 % z celkového objemu závlahových vod).

O to důležitější a významnější je skutečnost, že v posledních 3 letech zjistili v Izraeli, že trvalé použití odpadních vod vyčištěných standardními technologiemi vede po několika letech k problémům výnosu plodin a střídání recyklované závlahové vody a vody z přírodních zdrojů bude zjevně nezbytné.

O rostoucí nutnosti zabývat se problémem mikropolutantů svědčí „Memorandum týkající se ochrany evropských řek a vodních toků”. Cílem je zabezpečit přípravu kvalitní pitné vody s využitím především standardních jednoduchých („přírodních”) technologií založených na filtraci, resp. břehové infiltraci. Uvedené memorandum obsahuje zásady pro dosažení cílových limitů koncentrací různých znečišťujících látek (a mikrobů) v povrchových vodách používaných pro přípravu vody pitné. Pro koncentraci mikropolutantů je požadován pro zdroje surové vody limit shodný s limity pro jakost pitné vody – tedy 0,1 ug/l (viz tabulka 5). Memorandum podpořilo 170 vodárenských společností z 10 evropských zemí (včetně ČR), takže představuje jasné strategické vykročení k eliminaci mikropolutantů v čistírnách odpadních vod.

Tab. 5: Návrh limitních koncentrací pro mikropolutanty v tekoucích vodách

Vypouštění odpadních vod

Vypouštění vody z čistíren odpadních vod zpět do vodních toků („recipientů”) je na celém světě v podstatě běžná „recyklace”, kterou tak málokdo vnímá a např. řeka Temže ve Velké Británii se tímto způsobem „recykluje” podél svého toku 5–7 ×. Nevracení vyčištěných odpadních vod do recipientů proto, že budou využity v zemědělských závlahách, má následkem toho rovněž aspekt kvantitativní. Při recyklování vody v povodí bez navracení do vodního toku, z něhož byla odebrána (tedy pro závlahy) by tyto objemy chyběly, což dále ochudí průtoky, především za sucha. K tomu ostatně v zemích s vysokým podílem recyklování dochází. Příkladem může být stav řeky Jordán v Izraeli, jehož průtok byl prakticky vyčerpán, takže bylo třeba hledat další zdroj vody – v tomto případě to je odsolování mořské vody (nyní v Izraeli pochází cca 50 % vodních zdrojů z desalinačních stanic).

Z uvedených důvodů je zřejmé, že využívání vypouštěných odpadních vod pro závlahy má značná omezení. Teprve až po zavedení nových, rozšířených technologií v ČOV by bylo možné uvažovat o aplikaci vyčištěných odpadních vod na zemědělské závlahy – i když ochuzení recipientů za sucha řešení nedostatku vody nepomůže, překlene sice lokálně na obdělávané půdě důsledky zemědělského sucha, avšak zhorší situaci hydrologického sucha.

Co se týká aplikace tzv. „šedých” vod na zálivku zahrad, parků, golfových terénů, je využívaná v řadě zemí, nicméně i zde se jedná o ztrátu vody z odběrových lokalit, což může průtoky ve vodních tocích za sucha značně ovlivnit.

Vhodné je bezpochyby využití srážkových vod zachycených ze střech a zpevněných ploch na závlahy a jako vodu k provoznímu využití (mytí vozidel, postřiky ochranných látek apod.). To představuje určitě nejjednodušší posílení vodních zdrojů – i když úvahy o zavedení do obytných domů ke splachování WC by přinesly výraznou investiční zátěž, komplikace s cenou stočného a zejména nutný velmi přísný dohled na bezpečnost oddělení rozvodu těchto vod od sítě veřejného vodovodu.

Vliv na lidské zdraví

Recyklování vod již jednou použitých vod po odebrání z vodních zdrojů lze tedy doporučit snad výjimečně v případech, kdy by nedošlo zátěži životního prostředí znečišťujícími látkami, zejména kontaminaci prioritními škodlivinami – mikropolutanty. S ohledem na rostoucí výskyt léčiv, kosmetických přípravků, halucinogenních látek (a metabolitů všech těchto nežádoucích alochtonních látek) ve výtocích čistíren městských odpadních vod, neboť většina současně využívaných technologií je úplně neodstraní, nelze doporučit nebo dokonce schválit jejich využití pro závlahy v zemědělství. Poznatky o vlivu těchto prioritních látek na lidské zdraví jsou stále nedostatečné. Pokud by využívání vypouštěných odpadních vod bylo skutečně nezbytné, musí být zajištěno rozšíření technologií čištění odpadních vod tak, aby nevedly k zátěži půdy mikropolutanty a následně i plodin, což již bylo prokázáno (kontaminovány rostliny i plody rajčat pěstovaných na substrátu stabilizovaných kalů z čistírny odpadních vod). Posílení odolnosti ČR vůči následkům sucha a nedostatku vody je primárně třeba zvýšit zadržením vody v krajině a zejména vytvořením nových vodních zdrojů akumulací v nádržích v době, kdy je vody ve vodních tocích dostatek. Podle existujících scénářů klimatické změny se totiž průměrné roční úhrny srážek nezmění, změní se jejich časové rozložení a regionální distribuce, a proto je důležité část těchto vod zachytit, neboť jinak odtékají mimo naše území.

Řešení v budoucnu

Přes uvedené skutečnosti určitá orientace na recyklaci vyčištěných odpadních vod zůstává a v r. 2015 byla zahájena ve Společném výzkumném ústavu Evropské komise v Ispře příprava tzv. „minimálních požadavků na kvalitu recyklované vody pro zemědělství a pro posílení infiltrace do zvodní”. Nicméně ve vztahu k „modernímu typu kontaminace vod mikropolutanty” jsou doporučení formulována velmi obecně s odkazem na důležitost zajištění vhodné kvality použitých závlahových vod, bez uvedení konkrétních látek a jejich limitních koncentrací. Není ovšem pochyb o tom, že rozšíření technologií čistíren odpadních vod k omezení zátěže recipientů vypouštěnými vodami bude nutné zavést i bez úvah o recyklování v závlahách prostě proto, aby bylo zamezeno poškozování vodních ekosystémů a zatěžování životního prostředí nežádoucími cizorodými látkami označovanými jako „prioritní polutanty”.

Je třeba poznamenat, že obdobná vize a strategie platí také pro rozšíření úpraven na přípravu vody pitné, kde je nutné zachytit i další podstatný nežádoucí typ mikropolutantů – pesticidů a jejich metabolitů, které jsou výsledkem používání ochranných prostředků na zemědělské plodiny. Spektrum jejich druhů a rozsah aplikace by se měly zejména výrazně snížit a kontrolovat, aby jak zátěž zemědělských plodin, tak kontaminace vodních zdrojů byla na minimální úrovni. To je ovšem téma na jiný článek.

Závěr

Ze všech uvedených skutečností vyplývá, že efektivnější a hlavně bezpečnější pro omezení následků sucha a nedostatku vody na našem území je orientace na posílení vodních zdrojů v nových akumulacích, včetně využívání srážkových vod. Z uvedených důvodů byl založen na Ministerstvu zemědělství program „Podpora konkurenceschopnosti agropotravinářského komplexu – závlahy – II. etapa” (obsah a pravidla dostupné na www.eagri.cz), kterým jsou dotovány investice do závlahových zařízení, včetně výstavby jednoúčelových nádrží pro akumulaci vod na závlahy. Pokud se podaří zajistit dostatečné vodní zdroje zadržením vody na našem území, není žádoucí ani potřebná orientace na recyklaci vyčištěných odpadních vod zejména pro zemědělské závlahy, zvláště za situace, kdy technologie čištění dostatečně neodstraňují mikropolutanty. Rovněž je třeba počítat s postupným omezováním použití stabilizovaných kalů z čistíren odpadních vod na zemědělských pozemcích, což v několika zemích EU již vedlo k úplnému zákazu z důvodů předběžné opatrnosti před následky zatížení životního prostředí cizorodými látkami, mikropolutanty.