Opětovné použití odpadních vod je proces přeměny odpadních vod na vodu, kterou lze znovu použít pro jiné účely [1] . Ty mohou zahrnovat zavlažování sadů a zemědělské půdy nebo doplňování povrchových a podzemních vod . Recyklovanou vodu lze použít ke splnění specifických potřeb v domácnostech (jako jsou splachovací toalety), podnicích a průmyslu a lze ji dokonce upravit tak, aby dosáhla standardů pitné vody . Druhá možnost se v závislosti na použitém přístupu označuje buď jako „přímé opětovné použití pitné vody“ nebo „nepřímé opětovné použití pitné vody“ [2] .
Obnova vody pro opětovné použití slouží k úspoře peněz, protože v mnoha lokalitách a regionech je nedostatek sladké vody . Když je použitá voda nakonec uvolněna zpět do přírodních vodních zdrojů, může stále poskytovat výhody zvýšením průtoku řeky , vyživováním vegetace a doplňováním aquiferů prostřednictvím vodního cyklu [3] .
Opětovné použití odpadních vod je zavedenou praxí používanou pro zavlažování , zejména v suchých zemích. To snižuje nedostatek a snižuje tlak vyvíjený lidskou činností na přírodní vodní útvary [4] . Potenciálně pozitivním aspektem je v některých případech obsah živin v odpadní vodě, který může snížit potřebu dalších hnojiv.
Možným nebezpečím je přítomnost škodlivých složek v odpadních vodách, jako jsou bakterie, těžké kovy nebo organické znečišťující látky (včetně léčiv, produktů osobní péče a pesticidů). Zavlažování odpadní vodou může mít pozitivní i negativní vliv na půdu a rostliny v závislosti na složení odpadní vody a vlastnostech půdy nebo rostlin [5] .
Řízení sanitace odpadních vod vyžaduje pozornost, ale vyplatí se s pozitivy spojenými se snížením nákladů na likvidaci lidského odpadu. Pokroky v technologii čištění odpadních vod umožňují opětovné využití vody pro různé účely. Voda je upravována různě v závislosti na zdroji a použití vody a na způsobu jejího dodávání.
Veškerá voda na Zemi, která opakovaně cirkuluje planetární hydrosférou, je recyklovaná voda, ale termíny „recyklovaná voda“ nebo „rekultivovaná voda“ obvykle označují odpadní vodu odesílanou z domova nebo firmy kanalizačním systémem do čistírny odpadních vod , kde je ošetřeny na úroveň odpovídající jejich zamýšlenému účelu.
Světová zdravotnická organizace uznala následující hlavní hnací síly opětovného použití odpadních vod [6] [7] :
Opětovné využití vody nabývá na významu nejen v suchých oblastech, ale také ve městech a znečištěném prostředí [8] .
Již nyní jsou podzemní vodonosné vrstvy, které využívá více než polovina světové populace, ve stavu nadměrného využívání [9] . Opětovné použití bude nadále narůstat, protože světová populace se bude více urbanizovat a koncentrovat v blízkosti pobřeží, kde jsou místní zásoby sladké vody omezené nebo dostupné pouze za vysoké kapitálové náklady [10] [11] . Mnoho čerstvé vody lze ušetřit opětovným použitím a recyklací odpadních vod, čímž se sníží znečištění . Dokumenty OSN stanovily cíl „snížit podíl nečištěných odpadních vod na polovinu a výrazně zvýšit recyklaci a bezpečné opětovné použití po celém světě do roku 2030“ [12] .
Opětovné použití vody/odpadní vody jako alternativního zdroje vody může takovým programům poskytnout významné ekonomické, sociální a environmentální výhody. V zemědělství může zavlažování odpadní vodou zlepšit výnosy plodin, snížit ekologickou stopu a zvýšit socioekonomické výhody [13] . Mezi výhody patří [14] [11] :
Nepitná regenerovaná voda je často distribuována pomocí dvojité potrubní sítě, která zcela odděluje potrubí regenerované vody od potrubí pitné vody.
V mnoha městech, která využívají regenerovanou vodu, je nyní taková poptávka, že ji spotřebitelé mohou používat pouze ve stanovené dny. Některá města, která dříve nabízela neomezeně regenerovanou vodu za paušál, nyní začínají občanům účtovat množství, které spotřebovávají.
U mnoha typů opětovného použití musí odpadní voda projít řadou kroků v procesu čištění odpadních vod , než může být použita. Kroky mohou zahrnovat screening, primární usazování, biologické čištění, terciární čištění (např. reverzní osmóza) a dezinfekci. Z odpadních vod je možné získávat dusík a vyrábět dusičnan amonný [15] . To vytváří příjem a produkuje užitečná hnojiva pro zemědělce. K čištění odpadních vod pro opětovné použití se používá několik technologií. Kombinací těchto technologií lze splnit přísné standardy čištění a zajistit, že upravená voda je hygienicky nezávadná, tedy bez bakterií a virů. Následují některé z typických technologií: ozonizace , ultrafiltrace , aerobní úprava (membránový bioreaktor), přímá osmóza , reverzní osmóza , rozšířená oxidace [2] .
Odpadní voda se obecně čistí pouze na úrovni sekundárního čištění, když se používá k zavlažování. Kombinací těchto technologií lze splnit přísné standardy čištění a zajistit, že upravená voda je hygienicky nezávadná, tedy bez bakterií a virů. Následují některé z typických technologií: ozonizace, ultrafiltrace, aerobní úprava (membránový bioreaktor), přímá osmóza, reverzní osmóza, pokročilá oxidace.
Odpadní voda se obecně čistí pouze na úrovni sekundárního čištění, když se používá k zavlažování.
Čerpací stanice distribuuje regenerovanou vodu spotřebitelům po celém městě. To může zahrnovat golfová hřiště, zemědělské využití, chladicí věže nebo zasypávání půdy.
Namísto čištění odpadních vod pro opětovné použití mohou jiné možnosti dosáhnout podobného efektu úspory sladké vody:
Náklady na regenerovanou vodu převyšují náklady na pitnou vodu v mnoha oblastech světa, kde je sladká voda dostupná v hojnosti. Regenerovaná voda se však občanům obvykle prodává za nižší cenu, aby se podpořilo její používání. Vzhledem k tomu, že zásoby sladké vody budou omezené kvůli distribučním nákladům, zvýšené veřejné poptávce nebo omezeným zdrojům změny klimatu, změní se také poměr nákladů. Při hodnocení regenerované vody je třeba vzít v úvahu celý systém zásobování vodou, protože to může přinést důležitou hodnotu flexibility pro celý systém [16] .
Systémy regenerované vody obvykle vyžadují dvojitou potrubní síť, často s přídavnými zásobníky, což zvyšuje náklady na systém.
Regenerovaná voda je považována za bezpečnou, pokud se používá správně. Regenerovaná voda plánovaná pro použití při doplňování vodonosné vrstvy nebo doplňování povrchové vody je před smícháním s přírodní vodou adekvátně a spolehlivě ošetřena a prochází přirozenými regeneračními procesy. Část této vody se nakonec stane součástí dodávky pitné vody.
Studie kvality vody zveřejněná v roce 2009 porovnávala rozdíly v kvalitě mezi regenerovanou/regenerovanou vodou, povrchovou vodou a podzemní vodou [22] . Výsledky ukazují, že regenerovaná voda, povrchová voda a podzemní voda jsou z hlediska složek více podobné než odlišné. Vědci testovali 244 reprezentativních složek běžně se vyskytujících ve vodě. Když byly nalezeny, většina komponent byla v rozsahu dílů na miliardu a dílů na bilion. DIT (repelent proti hmyzu) a kofein byly nalezeny ve všech typech vod a téměř ve všech vzorcích. Triclosan (v antibakteriálním mýdle a zubní pastě) byl nalezen ve všech druzích vod, ale ve vyšších koncentracích (díly na bilion) se nachází v regenerované vodě než v povrchové nebo podzemní vodě. Ve vzorcích bylo nalezeno velmi málo hormonů/steroidů a když byly nalezeny, hladiny byly velmi nízké. Halogenoctové kyseliny (vedlejší produkt dezinfekce) byly nalezeny ve všech typech vzorků, dokonce i v podzemních vodách. Zdá se, že největší rozdíl mezi regenerovanou vodou a ostatními vodami je ten, že regenerovaná voda byla dekontaminována, a proto obsahuje vedlejší produkty dekontaminace (v důsledku použití chlóru).
Studie z roku 2005 s názvem „Zavlažování parků, hřišť a školních dvorů regenerovanou vodou“ zjistila, že se nevyskytly žádné případy onemocnění nebo onemocnění způsobené mikrobiálními patogeny nebo chemikáliemi a že rizika používání regenerované vody k zavlažování se příliš neliší od zavlažování pitnou vodou. [23 ] .
Studie Národní rady pro výzkum ve Spojených státech amerických z roku 2012 zjistila, že riziko vystavení určitým mikrobiálním a chemickým kontaminantům z regenerované pitné vody se nezdá být větší než riziko, kterému čelí alespoň některé stávající systémy úpravy pitné vody a může být řádově nižší [24] . Tato zpráva doporučuje úpravy federálního regulačního rámce, které by mohly zlepšit ochranu veřejného zdraví pro plánované i neplánované (nebo skutečné) opětovné použití vody a zvýšit důvěru veřejnosti v opětovné použití vody.
Mnoho lidí si s regenerovanou vodou spojuje pocity znechucení a 13 % dotázaných uvedlo, že by ji ani nepili [25] . Hlavním zdravotním rizikem pití regenerované vody je však možnost, že v této vodě zůstanou farmaceutické a jiné chemikálie pro domácnost nebo jejich deriváty (perzistentní farmaceutické látky znečišťující životní prostředí) [26] . To by byl menší problém, kdyby lidské výkaly nebyly zaváděny do odpadních vod přes suché záchody nebo systémy, které černou vodu upravují odděleně od šedé.
K řešení těchto problémů se zdrojovou vodou používají dodavatelé regenerované vody procesy úpravy s více bariérami a průběžné monitorování, aby zajistili, že regenerovaná voda je bezpečná a správně upravená pro zamýšlené konečné použití.
Diskutuje se o možných dopadech na zdraví a životní prostředí. Za účelem vyřešení těchto problémů provedla výzkumná nadace WateReuse Research Foundation Studii, která posoudila potenciální zdravotní rizika recyklované vody a porovnala ji s tradičními léčivy a produkty osobní péče. Pro každý ze čtyř scénářů, kdy lidé přicházejí do styku s recyklovanou vodou používanou k zavlažování – děti na hřišti, golfisté, krajináři a zemědělští pracovníci – výsledky studie naznačují, že to může trvat od několika let až po miliony let vystavení neudržitelné recyklované vodě, abychom dosáhli stejného dopadu, jaký získáme za jeden den v důsledku rutinních činností.
Využití regenerované vody pro užitkové účely šetří pitnou vodu, protože pro užitkové účely se bude používat méně pitné vody [27] .
Někdy obsahuje vyšší hladiny živin, jako je dusík , fosfor a kyslík , což může poněkud pomoci při hnojení zahradnických a zemědělských rostlin, když se používá k zavlažování.
Použití rekultivace vody snižuje znečištění směrované do citlivých prostředí. Může také zlepšit mokřady , což prospívá divoké zvěři v závislosti na daném ekosystému . Pomáhá také zastavit možnost sucha, protože recyklace vody snižuje spotřebu sladké vody z podzemních zdrojů. Například závod San Jose/Santa Clara Water Pollution Control Plant zavedl program recyklace vody na ochranu přírodních slaných bažin v oblasti San Francisco Bay Area .
Hlavní potenciální rizika spojená s opětovným použitím regenerované odpadní vody pro účely zavlažování, pokud čištění není adekvátní, jsou následující [28] [14] :
Zatímco v Austrálii v současné době neexistují žádná plnohodnotná schémata přímého opětovného využití pitné vody , australská antarktická divize zkoumá možnost instalace schématu opětovného využití pitné vody na své výzkumné základně Davis v Antarktidě . Pro zlepšení kvality mořských výpustí ze základny Davis byla vybrána řada různých osvědčených technologií, které se budou používat v budoucnu, jako je ozonizace, UV dezinfekce, čištění chlórem, stejně jako UV filtrace, filtrace aktivním uhlím a reverzní osmóza . [29] [20] .
Od roku 2010 Izrael vede svět, pokud jde o podíl vody, kterou recykluje [30] . Izrael čistí 80 % svých odpadních vod (400 miliard litrů ročně) a 100 % odpadních vod z metropolitní oblasti Tel Avivu je čištěno a znovu využíváno jako závlahová voda pro zemědělství a veřejné práce. K dnešnímu dni se veškerá regenerovaná odpadní voda v Izraeli používá pro zemědělské účely a účely rekultivace půdy.
Příkladem přímého opětovného použití pitné vody je případ Windhoek ( Namibie , New Gorangab Water Reclamation Plant (NGWRP)), kde se upravená odpadní voda mísí s pitnou vodou již více než 40 let. Je založen na konceptu více bariér čištění (tj. pre-ozonizace, zvýšená koagulace / flotace rozpuštěného vzduchu / rychlá písková filtrace a postozonizace, biologické aktivní uhlí / granulované aktivní uhlí, ultrafiltrace (UV), chlorace), aby se snížila související rizika a zlepšit kvalitu vody. Rekultivované odpadní vody v současnosti tvoří asi 14 % produkce pitné vody ve městě [31] .
V Singapuru se regenerovaná voda nazývá NEWater a je stáčena přímo z vylepšené úpravny vody pro vzdělávací a prázdninové účely. Zatímco většina znovu použité vody se v Singapuru používá pro high-tech průmysl, malé množství se vrací do nádrží na pitnou vodu.
Na konci roku 2002 program úspěšně nazvaný NEWater dosáhl přijetí 98 procent, přičemž 82 procent respondentů uvedlo, že by pilo recyklovanou vodu přímo a dalších 16 procent pouze smíchané s vodou z nádrže [32] . Výsledná nová voda po stabilizaci (přidání alkalických chemikálií) vyhovuje požadavkům WHO a může být použita v široké škále aplikací (např. opětovné použití v průmyslu, vypouštění do nádrže na pitnou vodu) [33] . V současné době NEWater představuje asi 30 % celkového využití Singapuru a do roku 2060 plánuje National Water Agency of Singapore ztrojnásobit současnou kapacitu NEWater, aby uspokojila 50 % budoucí singapurské poptávky po vodě [34] .
V Jižní Africe jsou hlavním faktorem opětovného použití odpadních vod suché podmínky [20] . Například v Beaufort West v Jižní Africe byl koncem roku 2010 postaven závod na přímou rekultivaci odpadních vod (WRP) na výrobu pitné vody v důsledku akutního nedostatku vody (produkce 2300 m 3 za den) [35] [36] . Konfigurace procesu je založena na multibariérovém konceptu a zahrnuje následující procesy úpravy: pískovou filtraci, UV, dvoustupňovou reverzní osmózu a dezinfekci permeátem ultrafialovým světlem (UV).
Město George se potýká s nedostatkem vody a rozhodlo se pro strategii IPR (2009/2010), kde se finální odpadní vody z jeho ČOV Outeniqua upravují na velmi vysokou kvalitu UV světlem a dezinfikují se, než se vrátí do hlavního skladu, Garden Route Přehrada, kde jsou kombinovány se současnými zásobami surové vody. Tato iniciativa zvyšuje stávající dodávky o 10 000 m 3 za den, což je asi třetina potřeby pitné vody. Technologická konfigurace zahrnuje následující procesy zpracování: bubnové síto, UV a chlórová dezinfekce. Bylo přijato opatření k přidání práškového aktivního uhlí (PAC) do George WTW, pokud je to požadováno jako další provozní bariéra.
Opětovné použití regenerované vody je stále běžnější reakcí na nedostatek vody v mnoha částech Spojených států. Regenerovaná voda se v USA používá přímo pro různé nepitné účely, včetně zavlažování městské krajiny pro parky, školní dvory, dálnice a golfová hřiště; požární ochrana; komerční využití, jako je mytí vozidel; průmyslové opětovné použití, jako je chladicí voda, kotelní voda a procesní voda; environmentální a rekreační využití, jako je vytváření nebo obnova mokřadů; stejně jako zemědělské závlahy [37] . V některých případech, jako je Irvine Ranch Water District v Orange County , se také používá ke splachování záchodů [38] .
Odhaduje se, že v roce 2002 bylo přímo znovu použito celkem 1,7 miliardy amerických galonů (6 400 000 m 3 ) za den, neboli téměř 3 % veřejného zásobování vodou. Kalifornie znovu využívala 0,6 a Florida 0,5 miliardy amerických galonů (1 900 000 m 3 ) denně. Dvacet pět států mělo v roce 2002 předpisy týkající se používání regenerované vody. Plánované přímé opětovné použití regenerované vody začalo v roce 1932 výstavbou zařízení na regenerovanou vodu v parku Golden Gate v San Franciscu . Regenerovaná voda je obvykle distribuována pomocí barevné dvoupotrubní sítě, která zcela odděluje potrubí regenerované vody od potrubí pitné vody [39] .