Autoři
František Kulhavý, Jan Šálek
Úvod
Vlivem nastávajících klimatických změn budou nároky na dostupnost závlahové vody v kritických obdobích stále vzrůstat, současně s tím bude růst spotřeba vody v komunální a průmyslové oblasti. V reakci na probíhající a očekávané změny klimatu se celosvětově doporučuje zavádět vhodná adaptační opatření, mimo jiné vytvářet strategie pro zajištění alternativních vodních zdrojů. Jednou z možností, jak tuto problematiku řešit, je rozšířit využití vhodných odpadních vod z obcí, rekreačních zařízení, potravinářského průmyslu a zemědělské živočišné oblasti včetně možností recyklace části stále rostoucích objemů odpadních vod z čistíren (ČOV) k závlaze zemědělských a lesních pozemků [1 až 27]. Tyto závlahy představují progresivní prvek ve vodním hospodářství krajiny, neboť současně řeší problematiku využití vodní i hnojivé hodnoty a tzv. „zneškodnění“ některých čištěných odpadních vod, močůvky a kejdy k vyrovnání deficitu půdní vláhy a zvýšení úrodnosti dodávkou živin (převážně organického původu) rostlinám, tak zároveň snižují náklady na výstavbu a provoz čistírenských staveb. Historicky se tyto závlahy uplatnily již začátkem 19. století ve formě závlah odpadními vodami Berlína, Lipska, Wroclavi, Moskvy aj., kejdových farem (sewage farms) v Německu, Švýcarsku a v Anglii, v širším měřítku pak začátkem 20. století např. Braunschweig. V roce 1918 byly v Kalifornii vydány první směrnice pro využívání čištěných recyklovaných odpadních vod pro závlahy v zemědělství a v roce 1973 byly podobné směrnice vydány Světovou zdravotní organizací [2, 7, 8]. Podle vyjádření Evropské komise je v současné době v Evropě produkováno 40 000 mil. m3 odpadních vod, přičemž výhledově je uvažováno jejich využívání v roce 2025 v rozsahu asi 6 000 mil. m3, tj. 15 %. Celosvětově v současné době nejvíce znovu využívá odpadní vody po čištění Izrael 90 % (z toho k závlahám 70 %), Španělsko 17 %, Austrálie 10 %. V uplynulých 60 letech byl v ČR realizován ve spolupráci vodohospodářů, chemiků, hygieniků, biologů a zahraničních specialistů z Německa, Polska a Ruska rozsáhlý výzkum využití čištěných komunálních, vybraných průmyslových odpadních vod k závlaze a zemědělských odpadních vod k hnojivým závlahám s jednoznačně příznivými výsledky, publikovanými ve 180 pracích [viz 11 až 19]
Příznivé krajinné aspekty závlah odpadními vodami
V období intenzifikace nároků na množství jakostně kvalitní vody v komunální oblasti a průmyslu je využívání čištěných komunálních a průmyslových vod a vhodných odpadních vod potravinářského průmyslu včetně vhodně upravených zemědělských odpadních vod, močůvky a kejdy k závlaze významným přínosem.
U závlah odpadními vodami se na zvýšení výnosů zemědělských plodin a rychle rostoucích dřevin výrazně podílí její vodní a hnojivá hodnota (viz tab. 1).
Tab. 1. Obsah rostlinných živin v odpadních vodách (podle různých autorů)
Při této závlaze dochází k vysokému stupni využívání dusíku a fosforu, tj. nutrientů potřebných při tvorbě rostlinné biomasy, a významně se tím snižuje nebezpečí eutrofizace recipientů.
Obsah organických látek v odpadních vodách má velmi příznivý vliv na zvyšování obsahu humusu v zavlažovaných půdách a tím i na zvyšování jejich úrodnosti.Při závlaze odpadními vodami dochází v půdním prostředí k vysokému stupni odstranění bakteriálního znečištění odpadních vod. Čistící proces v půdě je ovlivněn následujícími činiteli: složením předčištěných, resp. čištěných odpadních vod, půdním druhem, strukturou a texturou půdy, fyzikálními, chemickými a biologickými vlastnostmi (biologické oživení) zavlažovaných půd, sorpční kapacitou půd, výškou biologicky aktivního půdního profilu, způsobem hospodaření na půdách, druhem vegetace a hydraulickými, zejména infiltračními vlastnostmi půd (viz tab. 2).
Tab. 2. Čistící účinek půdy při filtraci mechanicky a mechanicko-biologicky čištěných komunálních (městských) odpadních vod (odpadní voda ČOV Modřice). Šálek a Malý, 1980 | Poznámka: x) – nebylo sledováno
Pro spolehlivé, bezpečné a ekonomické využití závlah odpadními vodami je žádoucí dosáhnout maximálního počtu následujících hledisek:
• optimalizovat technologii sběru závlahového média s cílem udržení jeho hnojivé hodnoty,• optimalizovat procesy úpravy nebo čištění odpadních vod (primární a sekundární čistící procesy, dezinfekce, další terciární chemicko-fyzikální procesy, membránové technologie a další procesy),
• minimalizovat vzdálenost mezi producentem závlahového média a těžištěm zájmového území pro aplikaci závlah odpadními vodami,
• maximalizovat celistvost území (tj. minimalizovat plochy, které nelze zavlažovat, např. úžlabiny, blízkost zastavěné části obce, hustá cestní síť atd.), uvažovat s cca 20% rezervní plochou (pro nepříznivé povětrnostní podmínky, pro zvýšení produkce, pro řešení poruchy rozvodu média atd.) a vyloučit ze zájmového území mrazové kotliny, zájmové území volit ve směru převládajícího větru za sídlišti a obcemi,
• maximalizovat zastoupení pícnin v osevním postupu, nebo trvalých travních porostů v zájmovém území,
• akumulační nádrže závlahového média situovat buď v areálu producenta, nebo v těžišti zájmové plochy, vždy v předepsaných vzdálenostech od sídliště nebo frekventovaných komunikací, ideálně uprostřed zeleně (lesní komplexy, ochranné lesní pásy atd.),
• vhodné vybavení závlahovým detailem a mechanizačními prostředky, umožňujícími operativně řešit provoz stavby i sklizeň, dopravu úrody a její vhodné uskladnění, ošetření travních porostů, optimální přípravu půdy na další období atd.,
• dobrá spolupráce managementu provozovatele závlah a managementu zemědělského podniku, včetně zajištění kvalifikovaných techniků, schopných operativně odstranit poruchy na stavbě.
Před návrhem technické koncepce stavby závlah odpadními vodami je nutno provést podrobný rozbor:
• stanovištních podmínek producenta závlahového média, množství a kvality produkovaného média v průběhu celého roku, možnosti změnou technologie uvnitř podniku zlepšit kvalitu média (např. recyklací vody, eliminací balastních vod atd.), možnosti akumulovat závlahové médium uvnitř podniku nebo v centru spotřeby,
• stanovištních podmínek zájmové plochy hnojivé závlahy včetně rozboru živinných poměrů v půdě (index půdních živin), rozboru plánované organizace zemědělsko-výrobních a krajinných poměrů a vyhodnocení optimálního melioračního řešení,
• zjištění všech druhů ochranných pásem a případných dalších omezení, vyplývajících z plánovaného provozu závlahy odpadními vodami,
• průzkum plánovaných fyto- a zoocenologických, zemědělsko-výrobních a hospodářských poměrů v zájmovém území.
Limitující podmínky využití odpadních vod k závlaze
K hlavním limitujícím činitelům patří:
Nedostatek pozemků vhodných pro závlahu odpadními vodami, nedostatečné, případně nevhodné zastoupení plodin použitelných pro závlahu odpadními vodami.
Nevhodné složení odpadních vod, případně nedostatečně upravené odpadní vody, zejména z hlediska obsahu toxických látek, překračujících hranici toxicity, vysoké bakteriální znečištění, případně překračující limity obsahu farmak.
Ze závlahy postřikem jsou vyloučené plochy s plodinami konzumovanými v syrovém stavu (zelenina a ovoce).
Závlaha nehygienizovanými odpadními vodami postřikem při rychlostech větru nad 1,5 m/s.
Závěry
Celosvětově jsou závlahy vyčištěnými komunálními odpadními vodami i vhodně ošetřenými odpadními vodami potravinového průmyslu a zemědělství progresivně realizovány a mají dlouholetou historii, čemuž odpovídá i skutečnost existujících ISO podkladů [3, 4, 5, 6], mezinárodních [1, 9] a národních směrnic [10], řešících celou základní problematiku přípravy, projektování, realizace i provozu těchto staveb. Také výzkum vlivu závlah odpadními vodami na půdu, ovzduší, rostliny a zdravé životní prostředí je silně rozvinut [2, 7, 8, 11 až 24].
V současné době se u nás hodně diskutuje o možnosti kontaminace půdy při závlahách odpadní vodou farmaky. Nutno objektivně tento problém řešit nikoliv tím, že nebudeme tyto závlahy realizovat, ale stanovením technologických a provozních podmínek při důsledném monitoringu jakosti závlahové vody. Výzkum [25, 26] prokazuje, že k vyřešení problému odstranění úniků léčiv do životního prostředí lze dosáhnout v zásadě třemi vzájemně spolupracujícími koncepcemi: optimalizací stávajících technologií ČOV, vylepšením čištění na ČOV přidáním dalšího čistícího stupně a důslednou kontrolou a separací zdrojů znečištění.Standardní čistírenské procesy (aktivace, MBR, zkrápěné filtry, kořenové čistírny) dosahují při optimalizaci procesu účinnosti eliminace sledovaných farmak až 90%. V roce 2008 byl realizován projekt KNAPPE (Knowledge and Need Assessment on Pharmaceutical Products in Enviromental Waters) [27], který zmapoval výskyt léčiv ve vodním prostředí. Sledováno bylo 181 látek ve 24 zemích světa. Ze všech údajů, obsažených v databázi KNAPPE, se farmaka v drtivé většině vyskytují v povrchových vodách (poznámka: obvyklý zdroj závlahové vody). Pouhých 11 % výskytu se týká podzemních vod a 2,2% samotné pitné vody.
Závěrem lze konstatovat, že v souladu s dodržením platných mezinárodních předpisů a našich norem (ISO, standardy atd.) lze závlahou odpadními vodami dosáhnout optimalizace vodního hospodářství krajiny i efektivního zemědělského a lesního hospodářství.
Literatura
[1] FAO Regional Office for the Near Est (2003): Users Manual For Irrigation with Treated Wastewater.
[2] Guy J. Levy, Pinchas Fine and Asher Bar-Tal (2011): Treated Wastewater in Agriculture.
[3] ISO 16075-1 : 2015 Guidelines for treated waste water use for irrigation projects – Part 1: The basis of a reuse project for irrigation
[4] ISO 16075-2: 2015 Guidelines for treated waste water use for irrigation projects – Part 2: Development of the project
[5] ISO 16075-3: 2015 Guidelines for treated waste water use for irrigation projects – Part 3: Components of a reuse project for irrigation.
[6] ISO 16075-4: 2016 Guidelines for treated waste water use for irrigation projects
[7] World health organization (1989): Guidelines for the Use of Wastewater
[8] World health organization (2006): Guidelines for the Safe Used of Wastewater,
[9] FAO: Waste water treatment and use in agriculture – FAO irrigation and drainage paper
[10] Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung,
[11] Kulhavý, F. (1987): Úprava kejdy prasat a skotu termofilní aerobní stabilizací z hlediska závlahového využití. Agroprojekt Praha, 136 s.
[14] Stehlík, K. (1979): Technické a agronomické zásady závlah odpadními vodami. I . díl. Závlahové využití odpadních vod. Ministerstvo zemědělství ČR.
[15] Stehlík, K. (1980): Závlahy městskými odpadními vodami. II. díl. Závlahové využití odpadních vod. Ministerstvo zemědělství ČR. Praha, 88 s.
[16] Stehlík, K. (1982): Závlahy průmyslovými odpadními vodami. III. díl. Závlahové využití odpadních vod.
[17] Stehlík, K. (1988): Tekutá statková hnojiva a zemědělské odpadní vody. IV. díl. Závlahové využití odpadních vod.
[18] Šálek, J. (1974): Hydromeliorační způsoby využití odpadních vod a kal., Brno: FAST VUT, 258 s . ¨
[22] Anonymous (2006): National Wastewater Effluent Irrigation Survey 2003–2005. Ministry of Agriculture and Rural Development. State Israel,
[23] Asano, T., Burton, F. L., Leverenz, H.L., Tsuchihashi, R. and Tchobanoglous, G. (2007): Water Reuse:
[25] Možnosti odstraňování vybraných specifických polutantů v ČOV. www.vtei.cz/
Ing. František Kulhavý, CSc.
frkulhavy()gmail.com
prof. Ing. Jan Šálek, CSc.
salek.j()centrum.cz
