Notekūdeņi nav problēma. Tas ir ļoti vērtīgs ūdens, barības vielu un enerģijas avots. Taču vairāk nekā 80% visu notekūdeņu nonāk atkritumos. Jāmaina veids, kā tos apstrādājam, par prioritāti jānosaka notekūdeņu resursu reģenerācija.
2,3 miljardi cilvēku dzīvo valstīs, kurās ir ūdens trūkums, kas nozīmē, ka ūdens pieejamība ir mazāka par 1700 m3 vienam cilvēkam gadā. Ik gadu pasaulē tiek saražoti 380 miljardi m3 komunālo notekūdeņu. Paredzams, ka līdz 2030. gadam notekūdeņu daudzums palielināsies par 24% un līdz 2050. gadam – par 51%. Notekūdeņi nav problēma, bet iespēja.
Notekūdeņi ir vērtīgs un ilgtspējīgs ūdens, enerģijas un barības vielu avots. Dažas valstis to jau secinājušas. Pēdējos gados attīstīto valstu notekūdeņu nozare ir atteikusies no idejas notekūdeņus vienkārši attīrīt kā piesārņotājus, tā vietā sākot saskatīt notekūdeņu attīrīšanas iekārtu potenciālu, lai tās kļūtu par ūdens resursu reģenerācijas iekārtām. Šīs iekārtas var ražot tīru ūdeni, atgūt barības vielas un samazināt oglekļa dioksīda emisijas, ražojot un izmantojot atjaunojamo enerģiju.
Tas liecina par būtiskām pārmaiņām salīdzinājumā ar pašreizējo situāciju. Pašlaik vairāk nekā 80% pasaulē saražoto notekūdeņu tiek novadīti vidē bez atbilstošas attīrīšanas. Saskaņā ar ANO ūdens resursu datiem valstīs ar augstu ienākumu līmeni vidēji tiek attīrīti aptuveni 70% notekūdeņu. Valstīs ar vidēji augstiem ienākumiem šis rādītājs samazinās līdz 38%, valstīs ar vidēji zemiem ienākumiem – līdz 28%. Valstīs ar zemiem ienākumiem attīra tikai 8% radīto notekūdeņu. Mēs nevaram atļauties izšķērdēt notekūdeņos esošos resursus. Lūk, kā mainīt šo situāciju!
Ūdens atkārtota izmantošana
Pirmais un acīmredzamākais resurss, ko varam iegūt, attīrot notekūdeņus, protams, ir ūdens. Lai gan ūdens klāj 70% Zemes, mazāk nekā 3% planētas ūdens resursu ir saldūdens, no kuriem tikai 1% ir viegli pieejams. Neskatoties uz to, ka saldūdens nav daudz, tikai 3% no tā izmanto dzeršanai. Pārējais ūdens, galvenokārt, tiek izmantots lauksaimniecībā, kas veido gandrīz 2/3 saldūdens patēriņa.
Ja saldūdens resursi ir ierobežoti, reģenerētais ūdens var būt ilgtspējīgs un efektīvs risinājums. Rekultivēts ūdens ir notekūdeņi, kas ir attīrīti, lai atbilstu konkrētiem ūdens kvalitātes standartiem atbilstoši tā paredzētajam lietojumam. Šo ūdeni var atkārtoti izmantot dažādiem mērķiem, mēs izšķiram divus galvenos ūdens atkārtotas izmantošanas veidus – atkārtotu izmantošanu, kas nav paredzēta dzeršanai, un atkārtotu lietošanu dzeršanai.
Atkārtota izmantošana
Ūdens otrreizēja izmantošana ir atbilde ūdens trūkumam un ekstrēmu klimata parādību, piemēram, ilgstoša sausuma, ietekmei. Nedzeramā ūdens atkārtota izmantošana attiecas uz reģenerētā ūdens izmantošanu mērķiem, kas nav saistīti ar ūdens lietošanu uzturā, visbiežāk lauksaimniecības mērķiem. Reģenerēto ūdeni izmanto arī rūpnieciskajās nozarēs un pilsētu zaļo zonu apūdeņošanai, arī ielu tīrīšanai.
Karstā laikā un sausuma periodos reģenerēto ūdeni izmanto, lai atjaunotu vai uzturētu upju plūsmu, paaugstinātu ezeru līmeni vai atjaunotu mitrājus, saglabājot bioloģisko daudzveidību. Īpašs reģenerētā ūdens ieguvums ir fakts, ka tas ir uzticams ūdens piegādes avots, kas nav atkarīgs no sezonāliem sausuma periodiem un laika apstākļu svārstībām.
Vides uzlabošanas veids, kas kļūst arvien populārāks, ir pārvaldīta ūdens nesējslāņa papildināšana. Tā ietver mērķtiecīgu attīrītu notekūdeņu ievadīšanu gruntsūdeņu slāņos, lai pēc tam tos izmantotu.
Jauns ūdens
Ir divi dzeramā ūdens atkārtotas izmantošanas veidi. Netieša dzeramā ūdens atkārtota izmantošana ir dabisko dzeramā ūdens resursu papildināšana ar pārstrādātu ūdeni. Tā var būt gan plānota, gan neplānota. Plānota atkārtota izmantošana kļūst arvien izplatītāka Austrālijā un ASV, savukārt Eiropas Savienībā ir tikai viena pilna laika dzeramā ūdens atkārtotas izmantošanas sistēma, proti, Torrēles iekārtā Rietumflandrijā, Beļģijas ziemeļos, kur reģenerēto ūdeni izmanto, lai mākslīgi papildinātu tuvējo St-André kāpu ūdens horizontu, kas savukārt apgādā ar ūdeni 60 000 vietējās kopienas iedzīvotāju.
Faktiski liela daļa attīrīto un neattīrīto notekūdeņu visā pasaulē nonāk ūdens apgādes sistēmās kā neplānota netieša dzeramā ūdens izmantošana. No otras puses, tieša dzeramā ūdens atkārtota izmantošana ir reģenerētā ūdens ievadīšana tieši ūdensapgādes sadales sistēmā. Tomēr reģenerētā ūdens izmantošana dzeršanai nav izplatīta.
Namībijā Vindhukas pilsēta to dara jau 50 gadus. Pašlaik reģenerētais ūdens veido aptuveni 30% no pilsētas pašreizējās dzeramā ūdens piegādes, kas nodrošina 400 000 iedzīvotāju. Singapūrā reģenerētais ūdens sedz 40% no tās ūdens vajadzībām. Valsts NEWater procesā attīrītu ūdeni pārstrādā īpaši tīrā, augstas kvalitātes reģenerētā ūdenī. Paredzams, ka līdz 2060. gadam NEWater apmierinās līdz pat 55% no Singapūras ūdens pieprasījuma.
Neraugoties uz pieaugošo vajadzību, reģenerētā ūdens izmantošana joprojām ir pretrunīgi vērtējama. Instinktīvo nepatiku, kas saistīta ar ideju par notekūdeņu pārstrādi, un bailes, ka reģenerētais ūdens ir nedrošs, dēvē par “riebuma faktoru”. Šis uzskats, lai gan ne vienmēr balstīts reālā riskā, kas saistīts ar pārstrādātu ūdeni, var radīt patiesas problēmas ūdens atkārtotas izmantošanas integrēšanai ūdens apgādē.
Izraēla: No ūdens trūkuma līdz tā pietiekamībai
Izraēla cīnās ar ūdens trūkumu. Tās atjaunojamais ūdens apjoms gadā uz vienu iedzīvotāju (86 m3) ir daudz mazāks par 500 m3 robežu, kas definē absolūtu ūdens trūkumu* (Ja ūdens krājumi gadā ir mazāki par 1000 m3 uz vienu cilvēku, iedzīvotāji saskaras ar ūdens trūkumu, bet, ja tie ir mazāki par 500 m3, – ar “absolūtu trūkumu”. (UNWater))
Tomēr valstij ir izdevies ne tikai nodrošināt iedzīvotāju apgādi ar dzeramo ūdeni, bet panākt ūdens pārpalikumu, ko tā eksportē uz kaimiņvalstīm, piemēram, Jordāniju. Izraēla ir izmantojusi netradicionālus ūdens resursus, reģenerētu ūdeni un ūdens atsāļošanu, kas papildina dabiskos ūdens avotus. Gandrīz 90% valsts notekūdeņu pašlaik tiek attīrīti atkārtotai izmantošanai lauksaimniecībā, kas veido aptuveni pusi no kopējā ūdens daudzuma, ko izmanto lauksaimnieki visā valstī. Rekultivētā ūdens atkārtota izmantošana lauksaimniecībā nozīmē, ka trūcīgie saldūdens resursi galvenokārt tiek izmantoti dzeršanai un sadzīves vajadzībām.
Turklāt pārvaldīta ūdens horizontu papildināšana ar attīrītiem notekūdeņiem zema ūdens pieprasījuma mēnešos nozīmē, ka ūdens slāņi tiek izmantoti kā rezervuāri, lai uzkrātu ūdeni liela pieprasījuma un/vai sausuma periodiem.
Izraēlā plaša mēroga jūras ūdens un iesāļa ūdens atsāļošana nodrošina 85% no visa dzeramā ūdens. Eiropas Investīciju bankas finansētā Sorek II atsāļošanas iekārta būs sestā atsāļošanas iekārta valstī un viena no lielākajām pasaulē, kurā tiks izmantota reversā osmoze.
Hamburga: iekārtu modernizācijas panākumi
2020. gadā Eiropas Investīciju banka finansēja Hamburgas notekūdeņu attīrīšanas iekārtu modernizāciju, palielinot to enerģijas reģenerācijas jaudu. Lai gan attīrīšanas iekārta jau šobrīd saražo 107% no tai nepieciešamās elektroenerģijas un 113% no tai nepieciešamās siltumenerģijas, šie rādītāji vēl vairāk uzlabosies, padarot iekārtu ne tikai enerģētiski pašpietiekamu, bet arī spējot nodrošināt elektroenerģiju aptuveni 5 700 mājsaimniecībām.
Barības vielu atgūšana
Notekūdeņu dūņas ir notekūdeņu attīrīšanas blakusprodukts. Šīs nogulsnes satur metālus un mikroplastmasu, kā arī patogēnus organismus, piemēram, vīrusus un baktērijas. Tomēr dūņas ir bagātas ar barības vielām, piemēram, slāpekli un fosforu, kas rodas no cilvēka radītiem atkritumiem, pārtikas un dažām ziepēm un mazgāšanas līdzekļiem. Šīs barības vielas ir lauksaimniecībā vērtīgas mēslošanas līdzekļu sastāvdaļas.
Pilsētu teritorijās, kur nav modernu notekūdeņu attīrīšanas pakalpojumu, šo barības vielu augstā koncentrācija rada piesārņojumu. Pārmērīgs slāpekļa un fosfora daudzums joprojām ir galvenais ūdens kvalitātes pasliktināšanās cēlonis Eiropā. Tas vēl vairāk pamato nepieciešamību atgūt barības vielas no notekūdeņiem.
Fosfora krīze
Par to nav daudz dzirdēts, bet fosfors ir būtisks elements dzīvības uzturēšanai uz planētas. Kāpēc? Tas ir nepieciešams pārtikas ražošanai. Fosfors fosfātu formā ir nepieciešams augsnes mēslošanai. Mums tā trūkst. Tiek prognozēts, ka tuvāko 50-100 gadu laikā fosfora minerālresursi kļūs nepietiekami vai pat izsīks. Tajā pašā laikā mēs izšķērdējam daudz fosfora un tas piesārņo mūsu ūdeņus. Tāpēc fosfora reģenerācija ir tik svarīga. Tikai pārstrādājot pasaules sadzīves notekūdeņus, mēs varētu apmierināt 22% globālā fosfora pieprasījuma. Sakarā ar paredzamo fosfora trūkumu nākotnē interese par fosfora reģenerāciju no notekūdeņiem ir veicinājusi plašus pētījumus šajā jomā. Šīs tehnoloģijas jau tiek izmantotas vairākās vietās. Pasaulē lielākā barības vielu reģenerācijas iekārta darbojas netālu no Čikāgas, ASV. Tās fosfora reģenerācijas sistēma spēj atgūt vairāk nekā 85% fosfora un līdz 15% slāpekļa no notekūdeņiem.
Slāpekļa cikls
Atšķirībā no fosfora, kas ir ierobežots un neatjaunojams resurss, slāpekļa atmosfērā ir daudz. Kopš Hābera-Boša procesa izgudrošanas 1909. gadā, kad atmosfēras slāpekli izdevās pārvērst amonjakā, slāpekļa mēslošanas līdzekļi ir veicinājuši vēsturiski lielāko pārtikas ražošanas jaudas pieaugumu.
Pārtikas ražošanas apjoma pieaugums, kas panākts, izmantojot šos mēslošanas līdzekļus, ir izraisījis to, ka slāpeklis rekordlielos daudzumos nonāk mūsu notekūdeņos. Tāpēc notekūdeņu attīrīšanas iekārtās slāpekļa aizvākšanai jāizmanto energoietilpīgas metodes.
Metodes, ko izmanto slāpekļa atdalīšanai no notekūdeņiem, rada arī slāpekļa oksīdu, kas ir siltumnīcefekta gāze. Tomēr slāpekļa pilnīga reģenerācija, nevis tikai tā atdalīšana, atrisina šo problēmu, ne tikai veicinot aprites ekonomiku, bet arī samazinot siltumnīcefekta gāzu emisijas. Diemžēl pašreizējās tehnoloģijas ļauj atgūt tikai 5-15% slāpekļa. Tas, ka slāpekļa atmosfērā ir daudz, ir arī komerciāls izaicinājums.
Padarīt reģenerāciju rentablu
Tehnoloģijas attīstās, bet ne pietiekami, lai tās būtu rentablas, un uzņēmējdarbības iespējas joprojām ir ierobežotas. Mazais barības vielu saturs bioloģiskajos atkritumos, jo īpaši slāpekļa, neļauj tos pārdot tirgū ar peļņu. Atgūt var tikai 5-15% no notekūdeņos esošā slāpekļa, bet ir iespējams iegūt 45-90% fosfora.
Zinātnieki un inženieri apsver arī virkni citu notekūdeņos esošo resursu, kas netiek pietiekami izmantoti, tostarp bioplastmasas, fermentus, metālus un minerālvielas, taču ir nepieciešams papildu darbs, lai to reģenerācija būtu ekonomiski izdevīga.
Enerģijas atgūšana
Notekūdeņu attīrīšanas nozarē tiek patērēts liels enerģijas daudzums – aptuveni 0,8% no visas Eiropas Savienībā saražotās elektroenerģijas. Taču pētījumi liecina, ka notekūdeņos ir gandrīz piecas reizes vairāk enerģijas, nekā nepieciešams notekūdeņu attīrīšanas procesā. Tas nozīmē, ka notekūdeņu attīrīšanas iekārtas var ne tikai ražot nepieciešamo enerģiju, bet arī palīdzēt sildīt un apgādāt ar elektroenerģiju pilsētas, kurās rodas notekūdeņi, tādējādi dekarbonizējot ekonomiku.
Uzlabotas iekārtas parasti reģenerē tikai ķīmisko enerģiju biogāzes veidā, kas rodas notekūdeņu dūņu anaerobās fermentācijas procesā. Biogāze ir viens no svarīgākajiem atjaunojamās enerģijas avotiem. Tā nav atkarīga no kritiskām izejvielām un netraucē dabai. Turklāt, to var uzglabāt un izplatīt, izmantojot esošo gāzes infrastruktūras tīklu.
Tomēr pētījumi par sadzīves notekūdeņos esošo reģenerējamo enerģiju liecina, ka siltumenerģijas potenciāls (80% no reģenerējamās enerģijas) ir daudz lielāks nekā ķīmiskās enerģijas potenciāls (20%). Tikai ļoti neliela daļa (<1%) no iestrādātās enerģijas ir hidrauliskā enerģija. Tas norāda, ka ievērojama daļa enerģijas, ko varētu reģenerēt no notekūdeņiem, pašlaik vēl nav izmantota.
Karstais un aukstais
Notekūdeņu siltumenerģiju, ko atgūst, izmantojot tādas tehnoloģijas kā siltumsūkņi, var izmantot centralizētai siltumapgādei/dzesēšanai, , lauksaimniecības siltumnīcās un pat dūņu žāvēšanai. Tas ir tāpēc, ka notekūdeņiem ir salīdzinoši augsta temperatūra, jo tie rodas no siltiem avotiem, piemēram, dušām, trauku mazgājamām mašīnām un veļasmašīnām.
Notekūdeņu siltumenerģijas reģenerācijai un izmantošanai nav tehnoloģisku ierobežojumu. Grūtības to atgūt ir saistītas ar piegādes attālumu no notekūdeņu attīrīšanas iekārtām. Lai pilnībā izmantotu šo siltumenerģiju, iestādēm tā jāiekļauj pašvaldību plānošanā.
Notekūdeņi un klimats
Ja vēlamies sasniegt ANO ilgtspējīgas attīstības mērķus, mums ir jāmaina notekūdeņu attīrīšanas veids. Notekūdeņu apsaimniekošanai būs izšķiroša nozīme ne tikai tīra ūdens nodrošināšanā ikvienam, bada un nabadzības izskaušanā, bet arī emisiju samazināšanā.
Ūdens un notekūdeņu komunālie uzņēmumi rada no 3% līdz 7% siltumnīcefekta gāzu emisiju. Nevajadzētu atstāt novārtā tā potenciālo ieguldījumu klimata pārmaiņu mazināšanā. Notekūdeņu attīrīšanas iekārtas patērē 0,8% no visas Eiropas Savienībā patērētās enerģijas. Enerģijas reģenerācijas sistēmas varētu padarīt visas šīs iekārtas pašpietiekamas. Ūdens atkārtota izmantošana arī varētu samazināt ar ieguvi saistīto enerģijas daudzumu. Jaunais Eiropas Savienības lauksaimniecības regulējums, kas stāsies spēkā 2023. gadā, varētu palielināt ūdens atkārtotu izmantošanu sešas reizes – no 1,7 miljardiem m³ līdz 6,6 miljardiem m3 gadā – un samazināt ūdens trūkumu par 5%.
Notekūdeņu risinājumi
Lai veicinātu ūdens atkārtotu izmantošanu, neapdraudot sabiedrības veselību, ir jānosaka ūdens kvalitātes standarti, kas ir piemēroti konkrētam mērķim. Sabiedrības veselības aizsardzībai jābūt jebkuras atkārtotas izmantošanas sistēmas neatņemamam balstam.
Mums ir vajadzīgas jaunas un labākas tehnoloģijas, kas ļaus ekonomiski izdevīgāk atgūt barības vielas lielākā daudzumā. Mums jāņem vērā arī citi notekūdeņos esošie resursi, kas vēl nav izmantoti.
Lai to panāktu, ir nepieciešami ieguldījumi ūdenssaimniecības nozares infrastruktūrā. Lai sasniegtu 2030. gadam izvirzīto klimata un enerģētikas mērķi, Eiropas Savienībai ir nepieciešami papildu ieguldījumi 90 miljardu eiro apmērā tikai ūdens un atkritumu nozarē. Bet notekūdeņu resursi var palīdzēt. Tiek lēsts, ka 60-70% no notekūdeņu potenciālās vērtības visā Eiropas Savienībā joprojām netiek izmantoti (tas ir, siltums, enerģija, barības vielas, minerāli, metāli, ķīmiskās vielas u. c.).
Lai panāktu pāreju no piesārņojuma samazināšanas uz resursu reģenerāciju, šī koncepcija, ja iespējams, jānosaka par mērķi jau agrīnajos jaunu ieguldījumu plānošanas posmos. Nav laika (un arī notekūdeņu), ko tērēt.
Kas ir “mērķim piemērots” jeb “lietderīgs” ūdens?
Lietderīgs ūdens ir atkārtoti izmantots ūdens, kas ir īpaši pielāgots, lai atbilstu paredzētā galīgā patēriņa prasībām. Ūdens kvalitāte ir atkarīga no tā, kā tas tiks atkārtoti izmantots. Piemēram, lauksaimniecībā izmantotā reģenerētā ūdens kvalitātei jābūt pietiekami augstai, lai saglabātu augsnes veselību un pārtikas nekaitīgumu. Ūdens, ko reģenerē lietošanai pārtikā, būs jāattīra vēl vairāk.