Woda ma kluczowe znaczenie dla rozwoju gospodarczego. Wchodzi w interakcje z sektorem rolnym, produkcyjnym i energetycznym, co prowadzi do generowania znacznych ilości ścieków zawierających zróżnicowane zanieczyszczenia.
Rośnie zużycie wody w różnych branżach
Pobór wody przez rolnictwo, przemysł i gospodarstwo domowe wzrasta (0,67 biliona m3/rok w latach XX wieku do 3,79 biliona m3/rok w 2000 r.) i szacuje się, że wzrośnie jeszcze o 55% do 2050 r.1.
W Polsce w 2020 r. zużycie wody wynosiło 8 367 hm3, co stanowiło 95% wartości zużycia zanotowanego w roku ubiegłym. Największy udział (71%) w zużyciu wody na potrzeby gospodarki narodowej i ludności miał przemysł (5 929 hm3). Jedynie 6% zużycia wody na cele produkcyjne przypadało na wodę krążącą w obiegu zamkniętym.
Zgodnie z modelem obiegu zamkniętego woda raz użyta nie jest odprowadzana do odbiornika, lecz zawracana do punktu bezpośredniego podawania wody do obiegu, celem ponownego jej wykorzystania2.
Według Komisji Europejskiej (KE) „w gospodarce o obiegu zamkniętym wartość produktów i materiałów jest utrzymywana tak długo, jak to możliwe. Odpady i zużycie zasobów są zminimalizowane, a gdy produkt osiąga koniec swojego życia, jest ponownie używany do tworzenia dalszej wartości”3. Może to przynieść duże korzyści gospodarcze, przyczyniając się do rozwoju innowacji, wzrostu i tworzenia nowych miejsc pracy4, a także zwiększenia konkurencyjności, chroniąc przedsiębiorstwa przed niedoborem zasobów i niestabilnością cen, dając nowe możliwości biznesowe, wydajniejsze sposoby produkcji i konsumpcji.
Rolnictwo w gospodarce obiegu zamkniętego
Kluczowym interesariuszem w gospodarowaniu wodą w obiegu zamkniętym jest rolnictwo, które odpowiada aż za 70% światowego zużycia wody5.
W tradycyjnym modelu rolnictwa zasady GOZ, tj. zamykanie obiegów i recykling, a także wykorzystanie kapitału przyrodniczego było i jest nadal widoczne. Obszar rolnictwa najsilniej jest związany z obszarem przetwórstwa żywności. Zamknięty obieg od lat wykorzystuje się przykładowo w rolnictwie ekologicznym. W obszarze tym obowiązuje zasada ograniczania stosowania środków zewnętrznych, ewentualnie ograniczanie ich do środków pochodzących z produkcji ekologicznej, substancji naturalnych lub substancji będących ich pochodnymi bądź wolno rozpuszczalnych nawozów mineralnych. Zamknięcie obiegu substancji odżywczych w rolnictwie pozwoliłoby, aby składniki: azot, fosfor i potas wracały do gleby pod postacią kompostu, skutecznie przechwytując węgiel i poprawiając odporność upraw oraz zdolność gleby do zatrzymywania wody6.
Oczyszczone ścieki w gospodarce obiegu zamkniętego
W modelu GOZ oczyszczone ścieki wykorzystuje się do celów nawadniania, które mają najwyższy wskaźnik (52%) wśród innych alternatyw ponownego wykorzystania na świecie (np. przemysłowe, zasilanie wód gruntowych, turystyka). Szczególnie w regionach, w których dostęp do wody jest utrudniony, preferowane jest ponowne wykorzystanie oczyszczonych ścieków, co jest bardziej opłacalne niż inne alternatywy. Przykładowo w Europie północnej 51% odzyskanej wody jest wykorzystywane do zastosowań środowiskowych, np. tworzenie terenów podmokłych7. W Europie południowej jest ona wykorzystywana głównie (44%) do nawadniania. Pionierami w wykorzystaniu odzyskanej wody w rolnictwie są Hiszpania, Włochy, Cypr i Grecja8. W Izraelu wskaźnik odzysku ścieków domowych wynosi 85%, a większość z nich jest wykorzystywana w rolnictwie. Ponadto 54% odzyskiwanej wody w Izraelu jest uzdatniane do najlepszej jakości wymaganej do nawadniania9.
Odzysk wody ze ścieków staje się powszechną działalnością, zwłaszcza w krajach, w których występuje lub spodziewany jest kryzys wodny. Jednak szerokie zastosowanie odzyskanej wody m.in. w rolnictwie jest ograniczone przez bariery techniczne, ekonomiczne, prawne i społeczne.
Stosowane technologie uzdatniania wody
Stosowane technologie uzdatniania wody do nawadniania to m.in. filtracja membranowa, zaawansowane procesy utleniania i adsorpcja. Pierwsza z nich ma niewielkie rozmiary i wysoką wydajność obróbki. Wadą procesów membranowych są także wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne10. Z kolei zaawansowane procesy utleniania charakteryzuje wysokie zapotrzebowanie na energię. Natomiast przy adsorpcji nie wszystkie adsorbenty podlegają regeneracji.
Pomimo dowodów na skuteczne oczyszczanie ścieków, nadal istnieją braki w wiedzy technicznej, umiejętnościach i szkoleniach w zakresie przejścia z istniejących oczyszczalni ścieków do zakładów odzysku wody.
Aby promować gospodarkę wodną o obiegu zamkniętym, wykorzystanie odzyskanej wody musi być opłacalne ekonomicznie. Trudno to jednak osiągnąć za pomocą naturalnego mechanizmu rynkowego bez wsparcia finansowego rządu oraz właściwych regulacji prawych.
Brak regulacji prawnych w gospodarce obiegu zamkniętego
Brak regulacji prawnych wynikający z rozdrobnienia przepisów na różnych poziomach administracyjnych np. Ministerstwo Klimatu i Środowiska, Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi) utrudnia ponowne wykorzystanie wody. Brakuje wspólnych przepisów dotyczących ponownego wykorzystania wody w rolnictwie, co sprawia, że potencjalnie zainteresowani unikają inwestowania w takie projekty. Problematyczne jest także ustalenie właściwych standardów jakości odzyskanej wody w sposób, który nie ogranicza możliwości ponownego jej wykorzystania. Rygorystyczne normy jakości odzyskanej wody utrudniają szersze stosowanie praktyk ponownego jej wykorzystania.
Jedną z najważniejszych zmian w prawodawstwie w zakresie ponownego wykorzystania wody na poziomie Unii Europejskiej (UE) jest rozporządzenie 2020/741, które dotyczy minimalnych wymagań jakości odzyskanej wody. Dodatkowo wskazuje ono na konieczność rozpowszechniania praktyk związanych z ponownym wykorzystaniem wody.
Ścieki w gospodarce obiegu zamkniętego – dobra praktyka
Taką dobrą praktyką jest zintegrowany proces demonstracyjny, zastosowany na pełną skalę w rzeźni „Matadero del Sur” w hiszpańskim mieście Salteras. W procesie tym substancje odżywcze odzyskane ze ścieków są przekształcane w produkty o wartości dodanej dla przemysłu agrochemicznego, a w konsekwencji dla sektora rolniczego. Podstawą do dalszego wytwarzania produktów agronomicznych są trzy surowce: koncentrat azotanów i fosforanów, hydrolizowany osad i biomasa alg.
Dodatkowymi efektami inwestycji są:
- zmniejszenie negatywnego wpływu zrzutu ścieków na środowisko poprzez osiągnięcie współczynników odzysku składników odżywczych na poziomie 90-95% dla azotu i fosforu oraz zmniejszenie ilości ścieków odprowadzanych do środowiska o 90%. Co więcej, oczyszczona woda pozyskiwana na miejscu jest dalej wykorzystywana w rzeźni, zmniejszając w ten sposób koszty operacyjne;
- Redukcja ilości odpadów kierowanych na składowiska o 80%. Po usunięciu pierwiastków organicznych ze ścieków z rzeźni, pozostała frakcja nieorganiczna (mniej niż 20% ścieków) jest jedyną pozostałością wywożoną na składowisko;
- Samowystarczalność energetyczna rzeźni – wzbogacanie i waloryzacja biogazu pozwolą na osiągnięcie wskaźników samowystarczalności i oszczędności energii elektrycznej do 25%, a w konsekwencji zmniejszenie emisji CO2 i gazów cieplarnianych.
Inny dobry przykład
Innym przykładem jest zautomatyzowana biologiczne oczyszczalnia ścieków w fabryce Balticovo na Łotwie (producent jaj i produktów jajecznych). W zaprojektowanej technologii oczyszczone ścieki z produkcji i przetwarzania jaj i produktów jajecznych trafiają do „natury” czystsze niż woda w jeziorach i rzekach.
Pozytywnie można również ocenić wysoką efektywność energetyczną oczyszczalni. Osad ściekowy i odchody kurze trafiają do biogazowni „Egg Energy”, w której wytwarzana jest energia elektryczna.
Dla dodatkowego bezpieczeństwa na wylocie zainstalowano urządzenie do mikrofiltracji, które jest jedynym tego typu urządzeniem na Łotwie. Zapobiega ono przedostawaniu się nawet najdrobniejszych cząstek stałych do środowiska. Osad odseparowany od wody po oczyszczeniu jest kierowany do biogazowni, a piasek trafia do podmiotu zarządzającego odpadami11.
Dzięki biologicznemu systemowi oczyszczania ścieków fabryka zmniejszyła stężenie zanieczyszczeń w ściekach do wartości progowych podanych poniżej:
| Parametr | Limit | Dopływ | Odciek |
| TSS [mg/l] | 35 | 689 | 35 |
| BZT5 | 25 | 1557 | 25 |
| ChZT | 125 | 3113 | 125 |
| TP | 1 | 25 | 1 |
| TN | 15 | 879 | 15 |
Nowatorskie rozwiązania w zakresie ponownego wykorzystania wody z oczyszczonych ścieków znacząco przyczyniają się do osiągnięcia globalnej neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla.
Źródła:
- Environmental outlook to 2050: The consequences of Inaction. OECD and the PBL Netherlands Environmental Assessment Agency, 2012.
- GUS.
- Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów Zamknięcie obiegu – plan działania UE dotyczący gospodarki o obiegu zamkniętym, COM(2015) 614 final.
- J. Kirchherra, L. Piscicellia, R. Boura, E. Kostense-Smitb, J. Mullerb, A. Huibrechtse-Truijensb, M. Hekkert, Barriers to the Circular Economy: Evidence From the European Union (EU), Ecological Economics Volume 150, August 2018, Pages 264-272.
- Summary Progress Update 2021 – SDG 6 – Water and sanitation for all. Version: July 2021. Geneva, Switzerland.
- R. Koneczna i inni, Wsparcie regionalne w zakresie realizacji GOZ w województwie wielkopolskim, Wielkopolskie Regionalne Obserwatorium Terytorialne, Poznań 2021.
- Sato, T., Qadir, M., Yamamoto, S., Endo, T., Zahoor, A., 2013. Global, regional, and country level need for data on wastewater generation, treatment, and use. Agric. Water Manag 130.
- Voulvoulis, N., 2018. Water reuse from a circular economy perspective and potential risks from an unregulated approach. Curr. Opin. Environ. Sci. Health 2.
- Avgar, I., 2018. Israeli water sector – key issues table of contents. Knesset Res. Inf. Center 42.
- Yang, J., Monnot, M., Ercolei, L., Moulin, P., 2020. Membrane-based processes used in municipal wastewater treatment for water reuse: State-of-the-art and performance analysis. Membranes 10 (6).
- Best practices descriptor: Circular economy in the water and sewage sector. Joint MonGOS Project Report, 2021.
Artykuł promocyjny
