Sucho a vliv čistíren odpadních vod na řeky

Na souboru dat z 975 ČOV s počtem nad 1000 připojených obyvatel je předveden poměr vypouštění odpadních vod a reálného průtoku v profilech vypouštění. Základem je údaj o počtu připojených obyvatel, nezatížený úrovní analýz a bilancování produkce odpadních vod. Stálé vypouštění vyčištěných odpadních vod činí v mnoha případech významný podíl průtoku v toku a v podmínkách dlouhodobého sucha (25 % průměrného průtoku) se běžně dostává nad 25 % průtoku v recipientu, jehož ekosystém je již významně ovlivněn primárními účinky sucha. Za dlouhodobého sucha je ohrožení recipientů významné, i když budou ČOV plnit současné legislativní limity. Případné využití odpadních vod pro závlahy apod. by tuto situaci ještě zhoršovalo.
Jsou doporučena opatření pro recyklaci a zdržení produkované odpadní vody před vypouštěním a klasifikace významnosti ČOV z pohledu zatížení recipientů. Na prioritních lokalitách je pak rozumné prověřit stav ČOV a kanalizací a uvažovat o havarijních systémech nakládání s odpadními vodami za sucha, např. v rámci náhrad za škody způsobené suchem.

Úvod

Vodní toky jsou osou naší krajiny, kterou fakticky vytvořily vytrvalou prací, poháněnou přeměňováním potenciální energie srážek na kinetickou. A krajinu tvoří dodnes, i když se jim v tom snažíme bránit. Končí v nich (a odteče měrnými profily) postupně cca 30 % srážek spadlých na naše území, zbytek naměřených srážek „zmizí“ odparem, evapotranspirací apod. a posune se s atmosférickým prouděním někam dále. Toto platí pro roční bilance, realita se samozřejmě mění během roku, každý den a noc. Názor na to, „k čemu řeky vlastně jsou“, lze mít různý, liší se i mezi tzv. vodohospodáři (a příjemně se vyvíjí i v naší legislativě navázané na evropskou), ale rozhodně dnes už řeky nejsou jediným možným velkým zdrojem energie, jakým byly do poloviny 19. století, ani už nejsou jedinou, ani hlavní historickou osou migrace a dopravy. Za pohanských časů byly řeky součástí božstev a jejich zásadní kulturní význam přežil i křesťanskou reformu, z historického hlediska vlastně docela krátkou, jen něco přes tisíc let (pražské biskupství bylo založeno roku 973).

Z našeho profesionálního pohledu je zásadní to, že řeky odjakživa odvádějí vše, co se k nim a do nich dostane, čili jsou také základní recipient všech odpadních vod. Od zavedení kanalizace, která svádí splašky k řece koncentrovaně, je tu problém znečišťování toků bodovými zdroji. Kanalizace významně zlepšila hygienickou situaci ve městech, ale vznikly tím „bodové zdroje“ a v 19. století dosáhlo znečišťování některých toků katastrofické úrovně a nastal čas je zmapovat a regulovat. Prvním jasným a moderním zákonem byl britský „River Pollution Prevention Act“ z roku 1876 [1]. Oddíl 3 začíná větou (volně přeloženo): „Každá osoba, která způsobí vypuštění (fall or flow) nebo vědomě dovolí vypuštění nebo vnesení pevných nebo tekutých splašků do jakéhokoliv toku, bude uvažována, jako by spáchala trestný čin proti tomuto zákonu.“ Postupně byly zavedeny a stále vylepšovány čistírny odpadních vod, které sice nutně a stále zaostávají za „rozvojem znečišťování“ a vývojem požadavků na jakost vody v řece, ale jakost vody v tocích se obecně výrazně zlepšila. Poslední velké zlepšení jakosti řek v ČR pamatujeme v období kolem roku 1990 [2].

Z bodových zdrojů přitéká do řeky voda obohacená o „znečištění“, včetně termálního. U průmyslových zdrojů je znečištění proměnlivé podle momentálního provozu, ale předvídatelné a kontrolovatelné, a likvidace znečištění je obecně vymahatelná s tím, že náklady se jasně projeví v ceně výrobků. U komunálních zdrojů je to zdánlivě jednodušší: Produkce odpadních vod odpovídá zhruba spotřebě pitné vody a produkce jednotlivých domácností připojených na kanalizaci je celkem uniformní a odpovídá spotřebě potravin, léků, pracích a kosmetických přípravků atd. Na konci kanalizace je dnes ČOV, která je faktickým znečišťovatelem toku, jakkoliv se na něm podílí každý připojený občan (k roku 2018 85,5 % občanstva, z toho ovšem cca 3 % jsou připojena jen na kanalizaci bez ČOV). Na rozdíl od starých časů jsou dnes ve vyčištěných komunálních odpadních vodách vedle dusíku a fosforu (i když je jejich snížení v ČOV významné, problém eutrofizace trvá a podílí se na něm významně i nebodové zdroje) narůstajícím problémem specifické organické polutanty, zejména ze skupiny PPCP (Pharmaceuticals and Personal Care Products), tj. kosmetika, zázračné úklidové prostředky, doplňky stravy a zejména farmaka. Spektrum farmak nacházené v našich řekách se významně mění ze dvou nezávislých důvodů – stále se zavádějí do používání nové látky a stále se zlepšují analytické metody a rozsah sledování. Pokud byly před deseti lety vedle „obávaných“ hormonů nejfrekventovanější ibuprofen a diklofenak [3], dnes jsou to vedle metforminu (moderní antidiabetikum) např. antidepresiva a syntetické opiáty, stálicí je např. rezistentní antiepileptikum karbamazepin [4]. Povětšině jsou to látky lidstvu obecně prospěšné, které nelze zakázat ani významně omezit. Pokud si dáme denní dávku léku 1 gram a v našem zdroji vody by byla jeho koncentrace 1 mg/l, odpovídá to vypití aspoň kubíku vody, spíš ale můžeme připsat ještě nějaké nuly, takže aspoň tisíce kubíků. To vypadá absurdně, ale na rozdíl od léčby tuhle dávku (na úrovni mikrogramů na litr a níže) dostávají/dostáváme s vodou všichni a pořád, včetně chrostíků a ryb v řece – to je problém stanovení škodlivých dávek a koncentrací. Nápravu všichni hledáme až v superdokonalé ČOV, i když bychom měli/mohli začít již u sebe, nebo ještě dále proti proudu: u výroby, prodeje a distribuce. Znečišťovatelé jsme ale „my“, skrze „naši ČOV“.

Pro standardní ČOV skutečně můžeme roční produkci podělit 365 dny a počítat s tím, že ČOV vypouštějí poměrně stabilní denní kvantum standardně vyčištěné odpadní vody po celý rok. To ovšem přitéká do významně proměnlivých toků/recipientů, s aktuální teplotou vody odpovídající sezonnímu cyklu (0,2–22 °C) a s průtokem odpovídajícím navíc srážkovým situacím. Primárně se tedy mění dva faktory, které zná každý technolog: ředění odpadních vod a rozdíly v podmínkách pro biodegradační procesy („samočištění“) v řece. To je standard daný naší klimatickou situací na 50. rovnoběžce. Za dlouhodobého nadsezonního sucha se ale podíl odpadní vody v celkovém průtoku zvyšuje významněji a mění se charakter vodního toku. Vedle tradičního faktoru znečištění přistupuje další faktor, pozitivní a zatím opomíjený: pitná voda je do obce přivedena „odjinud“, takže vypouštění z ČOV reálně obohacuje recipient o vodu. Na zásobování pitnou vodou vodovody jsme závislí a zásobování bude pokračovat i za sucha, protože zdroje mají rezervy a je nutno zabránit riziku hygienického kolapsu, i když budeme doma vodou šetřit. V dalším zkusíme problém „vypouštění za sucha“ probrat z těchto dvou hledisek na souboru základních dat z českých ČOV. Použitá data jsou pracovní a celá problematika by měla být podrobně zpracována.

Dopady hydrologického sucha na vodní toky

Dlouhodobé („nadsezonní“) hydrologické sucho znamená snížení průtoků, obecně pod meze Q_355d , resp. do oblasti pod cca 25 % průměrného průtoku, s postupným poklesem přísunu podzemních vod z nivy. To znamená pokles hladiny v korytě a odpovídající snížení termální stability toku, vedoucí k významnému dennímu kolísání teploty vody, koncentrace kyslíku apod. Tok bude mít tendenci tvořit oddělené tůně propojené nestabilnímu spojkami, pokud není inženýrsky upraven tak, že obecně poteče tenká vrstva vody po celém dně lichoběžníkového profilu. Teplota vody v toku v takové situaci vůbec nemusí odpovídat jen měřenému dennímu průběhu teploty vzduchu, ale může ji zvyšovat i přímé sluneční záření do koryta [5]. Vodní organizmy tím přijdou o primární životní podmínky, o biotopy a úkryty atd., což už samo může vést k jejich likvidaci predátory, včetně opeřených a dvounohých. Pokud je tok přeměněn na soustavu jezových zdrží, stanou se z nich relativně uzavřené celky, rovněž s významným denním cyklem teplot atd. Všeobecně stoupne ve změněných biotopech primární produkce – fytoplanktonu v tůních a zdržích a makrovegetace v obnažených proudivých úsecích, v noci logicky provázená spotřebováním kyslíku. Stálý přísun standardně čištěných odpadních vod v této situaci jednoznačně zvýší koncentraci fosforu, a tím dále podpoří primární produkci a také ovlivní koncentrace a zatím nepříliš prozkoumané účinky specifických polutantů – farmak, endokrinních disruptorů apod. – na vodní ekosystém i na další užívání vody v úsecích po proudu [6]. Obecně tedy stálé vypouštění do sníženého průtoku ovlivňuje ekosystém, který je již jako takový zatížen vlivem sucha vysoce významně. Teoreticky by sucho mělo být spojeno s omezením vlivu nebodových zdrojů, tj. se snížením eroze, přísunu pesticidů s podzemními vodami apod., to je ale jen spekulace, kterou výsledky z terénu zatím (!) nepotvrzují. Rozhodně však je nutno očekávat zvýšenou erozi a přísun z nebodových zdrojů se srážkami na konci suchých období.

Hodnocení vlivu ČOV na recipienty v profilech vypouštění

V ČR bylo v roce 2016 94,7% obyvatel napojeno na veřejné vodovody a 85,5 % napojeno na veřejnou kanalizaci, resp. 82,2 % na kanalizaci s mechanicko-biologickou čistírnou odpadních vod, kterých je evidováno 2597 [7]. Naše metodika hodnocení vychází z aktualizované studie [6], založené na propočtu průměrných průtoků v místech vypouštění (HEIS VÚV) a z dostupných údajů o ČOV. Z databází českých čistíren odpadních vod jsme převzali především počet připojených obyvatel. Tento údaj není ovlivněn úrovní vzorkování a vykazování vypouštěného množství a kvality odpadních vod, přísunem z průmyslu, ani stavem kanalizace. Vyšli jsme z úvahy, že průměrný „připojený občan“ spotřebuje denně 120 litrů pitné vody. Úvaha odpovídá přepočteným údajům o spotřebě fakturované pitné vody [7]. Spotřeba domácností (průměr pro ČR) je dnes sice na úrovni spolehlivě pod 90 l/osoba/den, musíme ale předpokládat, že podstatná část obyvatelstva část vody spotřebuje také „mimo domácnost“ – v práci, ve škole, v hospodě atd. Tato spotřeba (i s příslušnou produkcí odpadních vod) se navíc posunuje do větších sídel, pro úvahu na této úrovni však není tato nejistota zásadní. Je-li celková spotřeba fakturované pitné vody podle [7] 131,2 l/osoba/den, můžeme náš odhad sumární spotřeby na 120 l/osoba/den považovat ještě spíše za podhodnocený. Pro ČOV, udávající v roce 2016 nad 1 000 připojených obyvatel, jsme tak z databází získali 975 údajů, odpovídajících 7 770 452 obyvatel ČR, tj. cca 89 % obyvatel připojených na kanalizaci s ČOV (cca 75 % obyvatelstva ČR). Zbývajících 11 % připojených obyvatel připadá na cca 2 000 menších a malých ČOV, u kterých předpokládáme obecně vyšší nejistoty v reportovaných údajích a také v kontinuitě vypouštění.

Základní výsledky jsou patrné z obrázku 1, kde jsou počty obyvatel připojených na ČOV vyneseny proti průměrnému průtoku v profilu vypouštění (počet obyvatel je vynesen v logaritmickém měřítku). Na ose Y dominuje Praha, pak Brno, pak Ostrava (vypouští do Černé Strouhy, až ta ústí do Odry), hodnota 150 m³/s na ose X odpovídá obcím na Labi a Vltavě nad soutokem. Z grafu vyplývá, že mezi velikostí toku/recipientu a velikostí příslušné aglomerace (v oblasti 1 000–200 000 obyvatel připojených na ČOV) není zásadní souvislost, a že tedy řada toků dostává i za „normální“ situace významný podíl vyčištěných odpadních vod. 

Obr. 1. Vztah počtu obyvatel připojených na ČOV (s > 1000 připojených obyvatel) a průměrného průtoku v profilech vypouštění (osa x)

Hranice hydrologického sucha zatím nejsou jasně definovány, ani obecně, ani pro jednotlivá povodí, ale všechny výpočty a úvahy se pohybují kolem hodnoty Q_355d, resp. 25–30 % průměrného průtoku [8]. Po transponování průměrných průtoků z měrných profilů do profilů vypouštění odpadních vod je situace při 25 % průměrného průtoku (v roce 2018 zcela běžná) zpracována v grafu na obr. 2. Na ose X je logaritmicky vynesen průměrný průtok v profilu vypouštění a na ose Y procento přítoku z ČOV při 25 % průměrného průtoku v recipientu. Pro 33 ČOV vychází podíl vypouštění vyšší než 80 %. Je mezi nimi také 6 ČOV (aglomerací) udávajících přes 10 000 připojených obyvatel (vč. alternativ pro Ostravu a Pardubice a jejich striktně vzaté vypouštění do toků Černá Strouha a Velká Strouha, místo jejich brzkého zaústění do Odry, resp. Labe). 

Obr. 2. Procento přítoku z ČOV do recipientu při 25 % průměrného průtoku (pravý graf je detail pro obor do 200 % přítoku)

Pozitivní vliv – nadlepšení průtoku: Základem komunálních odpadních vod je pitná voda, přiváděná do vodovodů z relativně vzdálených zdrojů (povrchové i podzemní vody), která se pod vypouštěním stane součástí toku, v podstatě je to tedy převod relativně významných objemů vody do toku.

Negativní vliv – významné zvýšení znečištění recipientu: Relativně stálý odtok z komunálních ČOV je jednak ředěn podstatně nižším množstvím původní vody v toku a jednak je vypouštěn do hydromorfologicky změněného koryta/ekosystému, zatíženého sníženou termální stabilitou atd., jak je popsáno výše. Působení jednotlivých polutantů, resp. jejich směsi na ekosystém je tedy významnější a také obecné podmínky pro degradaci zbytkového znečištění v korytě (mýtické „samočištění“) se významně liší od projektových podmínek i od podmínek, pro které jsou/byly dosud běžně stanovovány limity nařízení vlády, vyhlášek, povolení apod. Obecně může dojít i k dlouhodobému poškození říčních ekosystémů, spojenému s obtížemi při stanovení ekologického stavu vodních útvarů pro účely Rámcové směrnice pro vodní politiku ES [9]. Vedle významných projevů eutrofizace, problémů s kyslíkovým a teplotním režimem a ztráty biotopů vodních organizmů může být významné kumulativní působení specifických polutantů typu farmak, endokrinních disruptorů, kosmetických, dezinfekčních a úklidových prostředků apod., které současné ČOV zatím spolehlivě neodstraňují.

Z obecného hlediska je voda po vyčištění v ČOV před vypuštěním do řeky ve správě příslušného subjektu, který za její vypouštění do recipientu platí. Existuje tedy možnost využít tuto vodu jinak, např. k závlahám atd. Tím by se ovšem v „rizikových“ tocích dále snížil průtok, takže pokud je chceme zachovat jako vodní toky, a ne dočasně suchá/polosuchá koryta, měla by tato možnost být za sucha striktně zakázána. Je samozřejmé, že potřeba závlah je maximální právě v době vrcholu vegetační sezony, většinou totožné se suchými periodami. Evropská komise v současnosti vede ve schvalovacím řízení dokument povolující použití vyčištěných odpadních vod pro závlahy [10], požadavky na jakost takové vody ovšem zahrnují filtraci a dezinfekci, čili v dohledné době asi nepůjde o zásadní změnu v bilanci vypouštění odpadních vod. Pokud vyčištěnou odpadní vodu použijeme jako závlahu, její podstatná část (>60 %) se nevrátí do toku, ale evapotranspirací do atmosféry. Z  pohledu „chraňme řeky“ je perspektivně rozumnější recyklovat odpadní vodu v systémech, kde se po zdržení vrací do toku (recyklace šedých vod, oddělený sběr a využití srážkových vod apod.).

Závěry a doporučení

Vypouštění čištěných odpadních vod do toků za dlouhodobého sucha lze interpretovat, jednak jako vážné zatížení jakosti vody a obecně říčního ekosystému v korytě již obecně postiženém suchem, jednak jako posílení průtoku přísunem ze vzdálených zdrojů pitné vody. Zpracovali jsme pracovní přehled zatížení profilů vypouštění podle průměrných průtoků a podle výkonu jednotlivých ČOV a modelovali ovlivnění toků při 25 % průměrného průtoku.

Z výsledků vyplývá, že lze celkem snadno zjistit relativní vliv jednotlivých ČOV na toky, do kterých vypouštějí za různých průtokových situací. Bezproblémová data počtu připojených obyvatel, použitá v této studii, lze pro standardně zjišťované ukazatele provozu ČOV doplnit dalšími údaji o reálném vypouštění atd. a stanovit reálná rizika (případně bonusy) pro jednotlivé úseky toků. V případech negativních vlivů lze snadno stanovit priority a provést revizi stavu příslušných ČOV a kanalizací a – to již v rámci snižování důsledků sucha – zrevidovat existující technologie, zavést nové, zavést rozšířený monitoring atd.

Za dlouhodobého hydrologického sucha mohou vypouštěné čištěné odpadní vody významně negativně ovlivnit jakost vody a stav ekosystémů v úsecích pod vypouštěním, a to i v případech, kdy jsou plněny všechny současné platné limity. Pracovní data ukazují minimálně 60 ČOV nad 1 000 připojených obyvatel, které při 25 % průměrného průtoku vypouštějí přes 50 % aktuálního průtoku v řece/recipientu.

Pro kritické úseky toků lze zkoumat možnosti „havarijního“ intenzivního čištění apod. Pro ČOV na exponovaných úsecích toků pak lze v rámci ochrany před důsledky sucha zavést přechodné intenzivní technologie, financované mimo standardní poplatky uživatelů obcí, tedy např. v rámci náhrad za škody způsobené suchem.

Řeky jsou základní součástí krajiny a i za sucha je nutno nechat je téci, a ne je spotřebovat. I vodu z ČOV je tedy nutno ze sucha vracet do toků, ne ji nevratně využívat pro další účely. Současná legislativa zatím s dlouhodobým nadsezonním suchem a jeho vlivem na řeky jako ekosystémy nebo zdroje vody explicitně příliš nepočítá, ale pokud se vrátíme k Rámcové směrnici [9] a její implementaci, tak to tam již v podstatě najdeme.

Poděkování: Autor děkuje kolegům Ing. P. Vyskočovi a Ing. Janě Čejkové za pomoc se zpracováním dat.

Literatura/References

RNDr. Josef K. Fuksa, CSc.
Oddělení vodárenství a čištění odpadních vod
Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v.v.i.
Podbabská 2582/30
160 00 Praha 6
josef.fuksa()vuv.cz