1. Stan gospodarki wodno-ściekowej w Polsce
W Polsce stan gospodarki wodno-ściekowej daleki jest od zadawalającego, wiele starań i działań musi być podjętych w celu osiągnięcia zrównoważonej gospodarki wodnej w naszym kraju. Najważniejsze problemy w tej dziedzinie to:
W Polsce mamy stosunkowo mało zasobów wodnych (jedne z najniższych w Europie, porównywalne do zasobów Egiptu), dodatkowo złą sytuację pogarsza ich bardzo zły stan. Ponad 95% rzek ma klasę czystości III lub gorszą, w przypadku większości z nich czynnikiem degradującym są wskaźniki bakteriologiczne. Spowodowane to jest dostawaniem się do środowiska olbrzymiej ilości ścieków komunalnych nieoczyszczonych lub oczyszczonych w stopniu niedostatecznym.
Problem oczyszczania ścieków jest szczególnie trudny do rozwiązania na terenach wiejskich o rozproszonej zabudowie. Budowa kanalizacji jest w takim przypadku bardzo kosztowna, niejednokrotnie trudna do technicznej realizacji. Poza tym eksploatacja tradycyjnych oczyszczalni ścieków również rodzi wiele problemów, przede wszystkim ze względu na duże wahania ilości i składu ścieków oraz konieczność specjalistycznego nadzoru przy eksploatacji urządzeń.
Niska jakość i ilość wody powoduje dla lokalnych wiejskich społeczności wiele praktycznych problemów i wymiernych strat, przede wszystkim:
Niezbędne jest poszukiwanie nowych rozwiązań, które z jednej strony zapewnią odpowiednią efektywność oczyszczania ścieków, a z drugiej dostosowane będą do możliwości ekonomicznych lokalnych społeczności oraz do specyfiki warunków (zabudowy, terenu, charakterystyki ścieków).
2. Oczyszczalnie ogrodowe Oczyszczalnie ogrodowe są technologią posiadająca szereg cech, które decydują, że są one optymalnym rozwiązaniem problemów ścieków komunalnych z obszarów o rozproszonej zabudowie, szczególnie na terenach o charakterze górskim i podgórskim. Budowa i zasada działania
Oczyszczalnie ogrodowe to rodzaj oczyszczalni hydrobotanicznych, których zasada działania opiera się na wykorzystaniu naturalnych procesów oczyszczania wody zachodzących w systemach mokradłowych. Oczyszczalnie ogrodowe konstruowane są w formie złoża żwirowego o podpowierzchniowym przepływie poziomym, które jest obsadzone wielogatunkową plantacją roślinną złożoną z gatunków mokradłowych charakterystycznych dla danego obszaru (rys. 1).
prezentacja ppt
Rys. 1 Schemat budowy oczyszczalni ogrodowej
Ścieki przepływając przez złoże żwirowe i strefę korzeniową roślin ulegają oczyszczeniu. Pomimo tego, że oczyszczalnia taka ma stosunkowo prostą budowę, oczyszczanie następuje na drodze skomplikowanego współdziałania procesów mechanicznych, biologicznych i chemicznych. W oczyszczalni ogrodowej zachodzą więc wszystkie te procesu, które wykorzystywane są w konwencjonalnej oczyszczalni.
Złoże żwirowe wraz z wytworzoną na jego ziarnach błoną biologiczną oraz z korzeniami i obumarłymi częściami roślin tworzą swego rodzaju filtr, który posiada dużą zdolność do wyłapywania i zatrzymywania zanieczyszczeń.
W zależności od właściwości i stanu skupienia zanieczyszczeń zatrzymywane są one w różny sposób. Części zawieszone ulegają mechanicznemu osadzania lub filtrowaniu. Zanieczyszczenia w formie płynnej są adsorbowane na ziarnach wypełnienia lub też ulegają biosorbcji na błonie biologicznej i korzeniach roślin. Część zanieczyszczeń jest wreszcie strącana.
Zanieczyszczenia, które uległy zatrzymaniu są następnie rozkładane. Za te procesy odpowiedzialne są głównie mikroorganizmy. Rośliny mokradłowe posiadają unikatową zdolność do transportowania tlenu do części korzeniowej. Generalnie w złożu, przez które przepływają ścieki, panują warunki beztelnowe. Jednak w wyniku transportu tlenu, wokół korzeni powstają mikrostrefy tlenowe, które sąsiadują bezpośrednio ze strefą beztlenową. Tworzy się w ten sposób, charakterystyczny dla systemów mokradłowych, efekt rezosferyczny, polegający na powstaniu skomplikowanej mozaiki stref tlenowych i beztlenowych. Stwarza to warunki dla bytowania olbrzymiej różnorodności drobnoustrojów. Poza tym system korzeniowy roślin wyższych tworzy dużą powierzchnię, na której mikroorganizmy mają dogodne warunki do rozwoju. Szacuje się, że w złożu oczyszczalni hydrobotanicznej występuje około 100 razy więcej mikroorganizmów niż w osadzie czynnym stosowanym w tradycyjnych oczyszczalniach. Specyficzne warunki powodują, że procesy rozkładu zachodzą na drodze tlenowej i beztlenowej równolegle. Na skutek różnorakich powiązanych procesów biochemicznych substancje obecne w ściekach zostają rozłożone na związki łatwe do przyswojenia przez drobnoustroje i rośliny wyższe. Znaczną część składników uzyskanych w ten sposób wykorzystują same drobnoustroje w procesach życiowych, a tylko niewielka, pozostała ilość (około 10%) wykorzystywana jest przez rośliny zielone.
Produkty metabolizmu bakterii i przemian chemicznych opuszczają złoże w formie gazowej (głównie CO2 z rozkładu materii organicznej i N2 z przemian związków azotu). Część zanieczyszczeń zostaje unieruchomiona w złożu; czy to w formie osadu czy to zaadsorbowana na ziarnach złoża. Pozostała część opuszcza złoże z wypływającymi ściekami.
Cechy oczyszczalni
Oczyszczalnia ogrodowa będąca układem bardzo zbliżonym do naturalnego ma szereg bardzo cennych i unikalnych cech, najważniejsze z nich to:
duża odporność na zmienne warunki, szczególnie na znaczne wahania ilości dopływających ścieków lub nawet okresowy ich brak,
zdolność przystosowania się mikroorganizmów występujących w złożu do obecności nowych zanieczyszczeń jak również do ich rozkładania,
odporność na obecność związków toksycznych,
istotne zmniejszenie ilości oczyszczanego medium na drodze parowania,
niższe koszty budowy oczyszczalni w porównaniu do tradycyjnych technologii i zdecydowanie tańsza eksploatacja,
zadawalająca efektywność oczyszczania ścieków,
możliwość zmiany rozmiarów oczyszczalni w stosunkowo prosty sposób.
Niektóre z wymienionych cech mają pierwszorzędna znaczenie dla gospodarki ściekowej i powodują, że technologia ta doskonale nadaje się do zastosowania w warunkach rozproszonej zabudowy, w obszarach wiejskich, jak również wszędzie tam gdzie mamy do czynienia z dużą zmiennością produkcji ścieków (hotele, pensjonaty, budynki użytkowane sezonowo, itp.).
Przede wszystkim dzięki dużym zdolnościom adaptacji się systemu do zmieniających się warunków oczyszczalnie te są praktycznie nieczułe na, nawet stosunkowo duże, wahania ilości i składu ścieków. Brak urządzeń mechanicznych oraz brak konieczności dodawania środków chemicznych sprawiają, że eksploatacja tego typu systemów jest tania i stosunkowo prosta. Poza tym nieskomplikowana konstrukcja sprawia, że wiele prac może być wykonana z wykorzystaniem lokalnych zasobów, w tym również siły roboczej. Na tym nie kończą się korzyści wynikające ze stosowania oczyszczalni ogrodowych; zyskujemy również lokalną atrakcję turystyczną, miejsce ciekawe przyrodniczo, estetyczne, o dużej bioróżnorodności, poprawiające lokalną retencję wody.
3. Aspekty prawne budowy i eksploatacji oczyszczalni ogrodowych
Polskie prawo zostało już dostosowane do przepisów obowiązujących w Unii Europejskiej. Podstawowym aktem prawnym UE dotyczącym oczyszczania ścieków komunalnych jest Dyrektywa 91/271/EWG. Wymagania zawarte w tym akcie prawnym dotyczą m.in. obowiązku budowy do 31 grudnia 2005 roku systemów kanalizacyjnych we wszystkich aglomeracjach o liczbie mieszkańców równoważnych (RLM*) większej niż 2000 osób (mówi o tym również art. 43 ustawy Prawo Wodne). Ścieki odprowadzane z tych aglomeracji będą musiały być od dnia 1 stycznia 2006 roku poddawane oczyszczaniu biologicznemu (lub innemu o równoważnej skuteczności). Kraje członkowskie UE zobowiązane są również do identyfikacji tzw. odbiorników wrażliwych na eutrofizację (art. 47. ustawy Prawo Wodne). Ścieki komunalne odprowadzane do nich będą musiały być poddawane oczyszczaniu trzeciego stopnia w celu usunięcia substancji biogennych. Wypełnienie zobowiązań wynikających z dyrektywy związane będzie z inwestycjami w budowę, rozbudowę i modernizację oczyszczalni ścieków komunalnych i systemów kanalizacji zbiorczej. Realizacja tych przedsięwzięć będzie najbardziej kosztownym spośród wszystkich zadań wynikających z przepisów ochrony środowiska Unii Europejskiej. Do 2015 r. samorządy lokalne i przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne będą musiały wydać na ten cel około 28,5 miliarda złotych.
Artykuł 3.1 Dyrektywy 91/271/EWG oraz artykuł 42 pkt 4 Prawa Wodnego mówią o tym, że w miejscach, gdzie budowa systemu kanalizacji zbiorczej ścieków nie przyniosłaby korzyści dla środowiska lub powodowała nadmierne koszty, należy zastosować systemy indywidualne lub inne odpowiednie rozwiązania zapewniające ten sam poziom ochrony środowiska.
Jakich pozwoleń wymaga budowa oczyszczalni ogrodowej?
Z punktu widzenia formalnego, budowa przydomowej oczyszczalni ogrodowej powinna spełniać wymagania przepisów prawa budowlanego oraz przepisów ochrony środowiska.
Zgodnie z art. 29 ust. 1 pkt. 1d Prawa Budowlanego (Dz.U. 1994 Nr 89 poz. 414) oczyszczalnia o przepustowości do 5 m3 ścieków na dobę nie wymaga pozwolenia na budowę lecz jedynie zgłoszenia właściwemu organowi (art. 30 ust. 1 pkt 1). W zgłoszeniu należy określić rodzaj, zakres i sposób wykonywania robót oraz termin ich rozpoczęcia. Do zgłoszenia należy dołączyć dowód stwierdzający prawo do dysponowania nieruchomością oraz odpowiedni szkic lub rysunek przedstawiający usytuowanie i budowę oczyszczalni. Właściwy organ może na drodze postanowienia zobowiązać zgłaszającego do uzupełnienia dokumentów złożonych wraz ze zgłoszeniem. Do wykonania robót budowlanych można przystąpić, jeżeli w terminie 30 dni od dnia doręczenia zgłoszenia właściwy organ nie wniesie sprzeciwu. Organem właściwym pierwszej instancji jest starosta. (art. 82 ust. 2). Najczęściej jednak organem właściwym do zgłaszania jest wójt, burmistrz lub prezydent miasta, gdyż zgodnie z art. 82a starosta może powierzyć gminom, w drodze porozumienia, prowadzenie spraw z zakresu swojej właściwości jako organu administracji architektoniczno-budowlanej, w tym wydawanie w jego imieniu decyzji administracyjnych, z wyjątkiem spraw, w których inwestorem jest gmina, komunalna osoba prawna lub inna komunalna jednostka organizacyjna.
Przepisy ochrony środowiska dotyczące oczyszczalni ogrodowych wynikają z ustaw: Prawo ochrony środowiska (Dz.U. z 2001 r. Nr 62, poz. 627) oraz Prawo wodne (Dz. U. z 2001 r. Nr 115 poz. 1229). Zgodnie z zapisami Prawa Wodnego, wprowadzanie do wód lub do ziemi oczyszczonych ścieków, jeżeli ich ilość jest mniejsza niż 5 m3 na dobę kwalifikuje się do tzw. zwykłego korzystania z wód (art. 36 ust. 3 pkt 4). W związku z tym budowa oczyszczalni ogrodowej nie wymaga pozwolenia wodnoprawnego. Na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 listopada 2001 r. w sprawie rodzajów instalacji, których eksploatacja wymaga zgłoszenia (Dz.U. z 2001 r. Nr 140 poz. 1585) oczyszczalnie ścieków o przepustowości do 5 m3 na dobę, wykorzystywane na potrzeby gospodarstw domowych lub rolnych w ramach zwykłego korzystania z wód nie wymagają pozwolenia wodnoprawnego na wprowadzanie ścieków do wód lub do ziemi lecz jedynie zgłoszenia odpowiedniemu organowi ochrony środowiska, którym jest wójt, burmistrz lub prezydent miasta (art. 378 ust. 3 pkt 3 Prawa ochrony środowiska). Zgłoszenie wynikające z przepisów Prawa ochrony środowiska powinno zawierać (art. 152 ust. 2 Prawa ochrony środowiska):
Do rozpoczęcia eksploatacji oczyszczalni można przystąpić, jeżeli organ właściwy do przyjęcia zgłoszenia w terminie 30 dni od dnia jego doręczenia nie wniesie sprzeciwu w drodze decyzji (art. 152 ust. 4 Prawa ochrony środowiska).
4. Inne zastosowania ekotechnologii
Technologia oczyszczalnie ogrodowe może być z powodzeniem stosowana do oczyszczania ścieków komunalnych, lecz na tym nie kończą się jej zastosowania, opierając się na działaniu systemów mokradłowych można również projektować i budować systemy, które znajdą zastosowanie do rozwiązywania całej gamy problemów, jak na przykład:
Oczyszczanie wód deszczowych
Poletka zbudowane na podobnej zasadzie doskonale nadają się do zatrzymywania i oczyszczania wód opadowych. Na rys. 2 przedstawiono park wodny w Enköping w Szwecji, którego zadaniem jest oczyszczanie wód opadowych z całego miasta. Z jednej strony jest to doskonałe rozwiązanie problemu ścieków, z drugiej powstał bardzo atrakcyjny obiekt, który stanowi lokalną atrakcję, park, miejsce spacerów i rekreacji mieszkańców. Analogiczne oczyszczalnie można budować dla wód opadowych zbieranych z parkingów i dróg.
Oczyszczanie odcieków ze składowisk odpadów
Odcieki wysypiskowe powstają na składowiskach odpadów na skutek kontaktu wód deszczowych z odpadami. Odcieki charakteryzują się bardzo wysokimi stężeniami zanieczyszczeń, szeroką gamą związków toksycznych, olbrzymią zmiennością. Wszystkie te cechy powodują szereg kłopotów w oczyszczaniu tych ścieków, czego dowodem jest fakt, że zarówno w Polsce jak i na świecie nie znaleziono jeszcze racjonalnego rozwiązania tego problemu. Oczyszczalnie hydrobotaniczne mogą być z powodzeniem stosowane do oczyszczania lub podczyszczania odcieków. Badania naukowe oraz instalacje pilotażowe potwierdzają wysoką użyteczność tej technologii ekologicznej w tym zakresie.
Rysunek 3 Eksperymentalna oczyszczalnia odcieków wysypiskowych na składowisku odpadów komunalnych w Skawinie
Doczyszczanie ścieków z konwencjonalnych oczyszczalni ścieków
Innym zastosowaniem oczyszczalni hydrobotanicznych, szeroko rozpowszechnionym zwłaszcza w Skandynawii, jest doczyszczanie ścieków oczyszczonych w konwencjonalnej oczyszczalni ścieków. W takim przypadku oczyszczalnię roślinną buduje się jako ostatni, końcowy etap oczyszczania i kieruje się na nią ścieki oczyszczone technologią konwencjonalną. Dzięki temu można poprawić ich jakość, szczególnie usunąć związki biogenne, poza tym poprawić lokalną retencję wody, przez jej dłuższe zatrzymanie. Obowiązujące obecnie w Polsce Prawo wodne, nakłada na eksploatatorów oczyszczalni nowe zaostrzone wymagania dotyczące jakości ścieków zrzucanych do odbiornika i efektywności procesów oczyszczania. Może się okazać, że w przypadku wielu istniejących oczyszczalni o nie najnowszej technologii, zastosowanie dodatkowo sztucznego mokradła może być racjonalnym sposobem na wywiązanie się z obowiązków i dotrzymanie norm.
4. Projekt "Oczyszczalnie ogrodowe dla Karpat"
Od października 2001 r. Stowarzyszenie Dziedzictwo Karpat realizuje program, którego długofalowym celem jest poprawa jakości zasobów wodnych na terenie polskiej części Karpat dzięki budowie indywidualnych oczyszczalni ścieków oraz prowadzeniu akcji edukacyjnej w tym zakresie.
W ramach programu promowane są tzw. oczyszczalnie ogrodowe "Ogrody dla Czystej Wody®". Pierwsza w Polsce oczyszczalnia wg tej technologii zbudowana została w czerwcu 2002 r. miejscowości Krempna na terenie Magurskiego Parku Narodowego. Obsługuje stację badawczą Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krempnej, tzw. "Zielony Domek", gdzie jednorazowo może przebywać 20 osób. W sadzie przylegającym do stacji powstał piękny ogród kwiatowy o powierzchni 24 m2. Jednocześnie zniknął poważny i kosztowny problem okresowego wywożenia ścieków z szamba.
Stowarzyszenie Dziedzictwo Karpat planuje budowę kolejnych oczyszczalni ogrodowych, m.in. w Lutowiskach w otulinie Bieszczadzkiego Parku Narodowego, będącego częścią międzynarodowego Rezerwatu Biosfery.
Oba przedsięwzięcia dofinansowane zostały przez Międzynarodowy Fundusz na Rzecz Przyrody (WWF) oraz Fundację Sendzimira w ramach projektu "Oczyszczalnie ogrodowe dla Karpat".
Cechy szczególne technologii
Najważniejsze innowacje technologii oczyszczalnie ogrodowe w stosunku do tradycyjnych oczyszczalni hydrobotanicznych to:
W tradycyjnych oczyszczalniach roślinnych stosuje się przeważnie tylko jeden gatunek roślin - trzcinę pospolitą, pałkę szerokolistną, sitowie lub wierzbę. Oprócz wysokich walorów estetycznych zróżnicowana roślinność w oczyszczalni ogrodowej przynosi dodatkowe korzyści, takie jak: zwiększona skuteczność oczyszczania ścieków wynikająca z różnorodności systemów korzeniowych oraz większa odporność na czynniki zewnętrzne jak np. choroby, pasożyty, warunki klimatyczne, zróżnicowany skład oraz ilość ścieków.
Rysunki 8 Roślinność na oczyszczalni w Krempnej
W przypadku oczyszczalni w Krempnej część sadzonek roślin pochodziła z Ogrodu Botanicznego UJ w Krakowie, natomiast pozostałe pozyskane zostały na miejscu, z okolicznych łąk. Posadzonych zostało ok. 130 roślin.
Pierwszy etap oczyszczania ścieków odbywa się w standardowym osadniku gnilnym - szambie wyposażonym w filtr specjalnej konstrukcji. Następuje w nim osadzanie się większych cząstek stałych. Drugi, zasadniczy etap oczyszczania ścieków odbywa się w oczyszczalni ogrodowej, którą tworzy szczelne poletko wypełnione żwirem i obsadzone odpowiednio dobranymi roślinami.
Badania efektywności oczyszczania ścieków
Pomimo faktu, że projekt nie ma charakteru naukowego, prowadzone są badania efektywności pracy oczyszczalni ogrodowych. Polegają one na oznaczaniu wybranych wskaźników jakości wody w ściekach dopływających i wypływających z oczyszczalni w Krempnej. Badania są wykonywane z comiesięczną częstotliwością. Średnie z oznaczeń wykonanych dla ścieków oczyszczonych zostały zestawione w tabeli 1.
| Wskaźnik | Wartości dopuszczalne* | Wartości na wypływie |
| BZT5 | 40 mg/dm3 | 21,0 mg/dm3 |
| ChZT | 50 mg/dm3 | 32,0 mg/dm3 |
| Zawiesiny ogólne | 50 mg/dm3 | 13,5 mg/dm3 |
| Azot ogólny | 30 mg/dm3 | 26,5 mg/dm3 |
| Fosfor ogólny | 5 mg/dm3 | 2,2 mg/dm3 |
5. Projekt "Promocja oczyszczalni hydrobotanicznych"
Powszechna dotychczas centralizacja systemu gromadzenia i oczyszczania ścieków sprawiła, że rozwiązania indywidualne są z trudem akceptowane przez organy decyzyjne i społeczeństwo. Dlatego istotnym elementem realizacji programu promocji oczyszczalni ogrodowych jest budowanie zaufania do tego sposobu oczyszczania ścieków. Służyć ma temu projekt pt. "Promocja oczyszczalni hydrobotanicznych" prowadzony przez Stowarzyszenie Dziedzictwo Karpat we współpracy z Instytutem Nauk o Środowisku Uniwersytetu Jagiellońskiego uznanym pod koniec 2002 r. przez Komisję Europejską za Europejskie Centrum Doskonałości (projekt IBAES nr EVK2-CT-2002-80009). Projekt realizowany głównie przez Stowarzyszenie jest jednym z dziewięciu składających się na całość przedsięwzięcia o nazwie "Wdrożenie badań podstawowych i stosowanych w zakresie nauk o środowisku dla dobra społeczności lokalnych". Główne cele projektu to:
W ramach realizacji powyższych celów organizowane są szkolenia i prezentacje skierowane do pracowników administracji publicznej odpowiedzialnych za sprawy gospodarki wodno-ściekowej. W jesieni 2004 r. planowana jest międzynarodowa konferencja przeznaczona dla naukowców z krajów europejskich, której towarzyszyć będą praktyczne warsztaty oraz zwiedzanie oczyszczalni. Działaniom tym towarzyszy szeroka akcja edukacyjno-promocyjna polegająca m.in. na publikacji materiałów informacyjnych, prezentacji technologii na targach ochrony środowiska POLEKO w 2003 roku, stworzeniu kompleksowej strony internetowej, która służyć będzie jako platforma informacyjna i doradcza (na stronie www.carpathians.pl). Ponadto opracowany zostanie modelowy projekt oczyszczalni ogrodowej. Osoby zainteresowane programem promocji oczyszczalni ogrodowych Ogrody dla czystej wody® proszone są o kontakt ze Stowarzyszeniem Dziedzictwo Karpat, pod adresem Stowarzyszenie Dziedzictwo Karpat, ul. Czysta 17/4, 31-121 Kraków lub pocztą elektroniczną: office@carpathians.pl. Zakończenie
Szereg cech oczyszczalni ogrodowych sprawia, że technologia ta ma szansę stać się w Polsce alternatywą dla konwencjonalnych, dużych systemów, które niestety często zawodzą. Zdecentralizowane systemy oczyszczania ścieków, oparte na technologiach alternatywnych są coraz częściej i chętniej wykorzystywane w krajach Europy Zachodniej. Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że są to rozwiązanie optymalne z punktu widzenia ekologicznego i ekonomicznego, zwłaszcza na terenach o rozproszonej zabudowie. Co jest jednak najważniejsze, cieszą się zaufaniem ze strony decydentów i społeczeństwa. Zalety oczyszczalni ogrodowych sprawiają, że zostały one docenione na całym świecie i powinny być uznane jako tania, skuteczna, naturalna i przyjazna środowisku technologia również i w Polsce.