Zkušenosti se zasakováním odpadních vod na lokalitě Řevničov

Zasakování odpadních vod do horninového prostředí je v České republice povolováno jen zcela výjimečně. Přitom v zahraničí je tento postup poměrně běžný a v některých regionech představuje velmi populárním způsob jak zlepšovat vodní bilanci. Na lokalitě Řevničov, kde dochází k dlouhodobému zasakování komunálních odpadních vod do mělké přípovrchové zóny permokarbonských sediment proběhl monitoring kvalitativních změn podzemní vody. Z výsledků vyplývá, že horninové prostředí je schopno velmi účinně eliminovat většinu běžného znečištění, nicméně při schvalovacím procesu by přesto mělo být vyžadováno předčištění zasakovaných vod. V zájmu uchování vody v krajině by se za splnění této podmínky zasakování předčištěných odpadních do horninového prostředí mělo stát v České republice častěji využívanou technologií.

Úvod

Voda je jednou ze strategických surovin dnešní společnosti. Vodohospodářským cílem je zpomalit odtok vody z povodí a přitom zajistit její odpovídající jakost. Tato skutečnost je životně důležitá především v oblastech s aridním typem klimatu a v zemích, kde změny klimatu způsobují i dlouhodobé výpadky v zásobování vodou. Tento problém se často řeší zasakováním sezónních přebytků povrchových vod do podzemí. Moderním trendem, který významným způsobem zvyšuje efektivitu hospodaření s vodou v povodí, je infiltrace vyčištěných odpadních vod do podzemí.

Česká republika leží v oblasti mírného klimatu s dlouhodobě poměrně vyrovnaným srážkovým úhrnem, které v minulosti nezpůsobovaly zásadní problémy se zásobováním vodou. Tato skutečnost může být vysvětlením, proč je podle platné české legislativy přímé vypouštění odpadních vod do podzemních vod povolováno jen ve výjimečných případech. Zákon č. 254/2001 Sb. ve znění pozdějších předpisů v § 38 odstavci 4 uvádí, že „přímé vypouštění odpadních vod do vod podzemních nelze povolit. Vypouštění odpadních vod neobsahující nebezpečné a zvlášť nebezpečné látky (§ 39, odstavec 3 zákona) do půdních vrstev, z nichž by mohly do vod podzemních vniknout, lze povolit jen výjimečně z jednotlivých rodinných domů a staveb k individuální rekreaci na základě posouzení jejich vlivu na jakost podzemních vod“.

Od poloviny osmdesátých let minulého století je v celé Evropě zaznamenáváno statisticky významné zvyšování výparu z vodní hladiny v důsledku zvyšování teploty vzduchu (např. Rey 2007). Nárůst v Čechách je přibližně o 5 mm ročně (Kašpárek 2007) což v horizontu desetiletí představuje významný vodohospodářský výpadek. Současně se objevuje změna v distribuci srážek, kdy významnější srážky se přesouvají do zimního období. V důsledku toho je valná část již tak nízkých srážek v letních měsících spotřebována vegetací a odpaří se. Letní srážkový deficit se proto prohlubuje a na vodu bohatší zimy nepříznivý stav nedokáží eliminovat (Kašpárek 2007, Hrkal et al. 2009).

Důsledkem tohoto trendu jsou prohlubující se suchá období, která způsobují vážné vodohospodářské problémy, především v povodích budovaných horninami krystalinika. Tato skutečnost postupně otevírá v České republice diskuzi o přehodnocení vztahu k zasakování odpadních vod do podzemí. Výsledkem je výzkumný úkol financovaný Technologickou agenturou ČR, jehož jedním z cílů je posoudit obranou schopnost horninového prostředí vůči zbytkovému znečištění zasakovaných odpadních vod.

Zkušenosti s infiltrací odpadních vod do podzemí v zahraničí

Na rozdíl od České republiky se odpadní vody v různém stupni čištění nechávají zcela běžně zasakovat do horninového prostředí a stávají se sekundárním zdrojem užitkových, ale i pitných vod. Mezi nadnárodní organizace, které se problematice vsakování odpadních vod do horninového prostředí významněji věnují, patří například International Association of Hydrogeologists, která mimo jiné spravuje internetové stránky věnované řízenému doplňování zvodnělých vrstev https://www.iah.org/recharge/). Další světovou organizací zabývající se touto problematikou je World Health Care Organization, která publikuje nejnovější trendy v oblasti využívání odpadních vod na adrese https://www.who.int/water_sanitation_health/wastewater/en/.

Nedostižnou světovou špičku v oblasti recyklace odpadních vod představuje Izrael, který každoročně čistí a znovu využívá pro zemědělství takřka 70 % odpadních vod. Většina zbylých odpadních vod je znovu použita pro další účely. Jen pro srovnání na pomyslném druhém místě v oblasti efektivity využívání recyklované vody je ve světě Španělsko – to však recykluje jen 12 % odpadní vody.

Odpadní voda je ve světě velmi populárním zdrojem pro zavlažování. Studie ve Phoenixu prokázaly (Bouwer 1991) že přírodní filtrace v půdě snižuje koncentrace dusíku z  20 mg/l na cca 7 mg/l, počet fekálních koliformních bakterií z 3500 ve 100 ml na 0,3 ve 100 ml, obsah rozpuštěných pevných látek z 15 mg/l na 1 mg/l a celkový organický uhlík z 20 mg/l na 3 mg/l.

Podobné pozitivní zkušenosti mají i v západní Austrálii (Toze et al. 2004). Vyčištěné splašky byly vsakovány do mělké vápencové zvodně a zpět čerpány odběrnými studnami umístěnými 80 a 100 metrů od vsakovacích nádrží, ze kterých byly využívány pro zavlažování. Výsledky této studie prokázaly, že dočištění v horninovém prostředí je zcela dostatečné pro dané účely.

Nedostatek vody pro zavlažování je pomocí odpadních vod řešen i v Číně (Leach et al. 1990). Při infiltraci se využívají přirozené čistící procesy sorbce a v horninovém prostředí probíhající chemické a biologickými přeměny.

V Austrálii oblasti v okolí Perthu klesají hladiny podzemních vod od 70. let 20. století jako důsledek nižšího množství dešťových srážek a zvýšeného odběru. McFarlane et al. (2007) popisuje pokusy se zasakováním předčištěné odpadní vody do infiltračních galerií, jejímž cílem je obnova místních mokřadů. Modelová studie prokázala, že tímto postupem dojde ke zvýšení hladiny podzemních vod a následně se zvýší i hladiny jezer a zásoby podzemní vody v okolí. Dodávání předčištěné odpadní vody do vsakovacích galerií ukázalo, že fosfor a organický uhlík jsou ve vodě významně redukovány již ve vzdálenostech 5 až 50 metrů. Pomalejší je postup snižování koncentrací dusíku.

Více než 25 % populace Spojených států a 37 % nové zástavby je zásobováno místními malokapacitními systémy čištěných odpadních vod (Van Cuyk a Siegrist 2001 Většina těchto systémů je založena na recyklaci primárně vyčištěných splaškových vod průchodem půdou tak, aby se docílilo vyčištění dříve, než dojde k dosažení podzemní vody. Publikované výsledky ukazují vyšší úrovně čištění, než jaké dosahují tradiční septiky.

Čištění odpadních vod přes horninové prostředí má nezanedbatelný ekonomický efekt a to především v rozvojových zemích. Světová zdravotnická organizace WHO v zemích rozvojového světa, kde často schází adekvátní čištění splaškových vod, povoluje koncentraci až 1000 fekálních koliformních bakterií na 100 ml vody. Náklady na dosažení takového stupně čistoty prostřednictvím zasakováním do horninového prostředí jsou podle Bouwera (1991) o 40 % nižší než náklady na čištění v čistírně odpadních vod.

Pilotní území Řevničov

Pro testování zranitelnosti horninového prostředí vůči zasakování odpadních vod bylo vybráno experimentální území Řevničov, kde dochází k dlouhodobému neřízenému vsakování odpadních vod do karbonského kolektoru tvořeného střídáním slepenců, pískovců, prachovců a jílovců s uhelnými proplástky. Povrch je kryt deluviálními písčitojílovitými hlínami s proměnlivou drobně kamenitou příměsí. Z hlediska zaměření úkolu hraje na lokalitě nejdůležitější úlohu mělká zvodeň s volnou hladinou podzemní vody vázaná na kvartérní sedimenty a zónu přípovrchového rozpojení puklin karbonských sedimentů. Směr toku podzemní vody je generelně k jihu, směrem k místní erozivní bazi – Leontýnskému potoku.

Zdrojem znečištění je malá část obce s dosud nevyřešenou likvidací odpadních vod. Původní čistička je v současné době nefunkční a odpadní voda z domácností se proto akumuluje v septiku. Z něho odpadní voda odtéká trubkou do lesa, kde se postupně vsakuje do horninového prostředí v úseku dlouhém asi 200 metrů. Tento systém likvidace odpadních funguje cca 10 let.

Monitorovací systém

Cílem monitoringu bylo postihnout migrační cestu znečištění od zdroje do horninového prostředí (Obr. 1). Zdroj znečištění byl vzorkován na výtoku odpadní vody na terén (K1). Monitorovací vrt PR dokládal kvalitativní změny, ke kterým došlo po krátkém průchodu saturovanou zónou (asi 100 m). Dále se vzorkovali povrchové vody v Leontýnském potoce nad a pod lokalitou (K2, K3) a podzemní vody v monitorovacím vrtu KR, umístěném proti směru proudění podzemní vody, jehož výsledky charakterizují neovlivněné přirozené pozadí. Na všech čtyřech výše definovaných objektech byl v prosinci 2011 zahájen pravidelný monitoring v měsíčních intervalech.

Obr. 1 Schematický řez s vyznačením monitorovacích objektů

Výsledky posouzení

Na základě vyhodnocení výsledků dostupných analýz je možné vyvodit následující skutečnosti:

Z hlediska základního chemického složení, vyhodnoceného formou Piperova grafu (Obr. 2), je jasně patrný na vzorcích z objektu PR dominantní vliv odpadní vody (K1).

V případě kationtů se poměry Ca, Mg, Na a K ve vzorcích K1 a  PR prakticky kryjí, pozaďové vzorky (objekt KR) jsou relativně ochuzené sodíkem a draslíkem.

U aniontů jsou poměry základních složek (hydrogenuhličitanů, síranů a chloridů) podobné u vzorků z pozadí (KR) a odpadní vody (K1). Vzorky z ovlivněného vrtu (PR) jsou relativně obohacené chloridy a sírany. Zatímco chloridy představují inertní stopovač, jehož zdrojem je odpadní voda, relativní obohacení podzemní vody sírany je nutné pokládat za projev hydrogeochemických reakcí, probíhajících v horninovém prostředí.

Výsledky hodnocení základního složení vzorků podzemní a odpadní vody formou Piperova grafu jsou v dobrém souladu s porovnáním obsahů jednotlivých složek ve splaškové vodě (objekt K1) a objektu PR, normalizovaných vzhledem k obsahu chloridů. Z tohoto porovnání vyplývá pro podzemní vodu (objekt PR):

• pokles všech forem dusíku,
• výrazný pokles koncentrací fosforečnanů
• pokles hodnoty pH,
• narůst koncentrace síranů,
• nárůst koncentrací Na a zejména K
• pokles koncentrací Ca a Mg
• pokles koncentrací Al,
• nárůst koncentrací Be,

Obr. 3 Piperův graf základního složení podzemní a odpadní vody

Z hlediska časového vývoje nejsou za dobu monitorování ve výsledcích analýz patrné žádné významné změny. Je zcela zřejmé, že objekt PR je významným způsobem ovlivněn vsakovanou odpadní vodou a čelo kontaminačního mraku se nachází mnohem dále ve směru proudění k drenážní bázi. Na základě současných výsledků není možné určit, zda se mrak nachází v ustáleném stavu, ve kterém je rychlost odbourávání hlavních kontaminantů rovna jejich dotaci do horninového prostředí a čelo mraku se již dále nepohybuje, nebo zda dochází i nadále k prodlužování délky mraku.

Na základě výsledků analýz povrchové vody z profilů K2 a K3 nelze vyloučit, že již došlo k zasažení toku Klíčavy inertními kontaminanty, jako jsou chloridy.

Z hlediska biologického lze konstatovat, že atenuační schopnost horninového prostředí je velmi vysoká. Velmi vysoké hodnoty zaznamenané na výtoku z drenáže byly dokonale odstraněny již po průchodu cca 100 metry horninového prostředí. Bakteriologické znečištění v toku Klíčavy proto nemá souvislost se zasakovanými odpadními vodami.

Závěr

Obecním vodohospodářským cílem by se měla stát snaha zpomalení odtoku vody z povodí. Vypouštění vyčištěných odpadních vod do povrchových vodních toků do této strategie nezapadá, protože velké objemy vody odtékají rychle mimo povodí.

Výsledky z Řevničova dokládají značnou atenuační schopnost horninového prostředí při likvidaci běžného komunálního znečištění odpadních vod a tím plně odpovídají podobné zahraniční zkušenosti. Výsledky z Řevničova je třeba chápat v kontextu dlouhodobého, více než deset let trvajícího vlivu infiltrace, která velmi pravděpodobně způsobila rozsáhlou kolmataci horninového prostředí. Navíc na této lokalitě dochází k zasakování víceméně neupravené odpadní vody. Přesto dopad znečištěné odpadní vody po průchodu horninovým prostředím je na okolní životní prostředí poměrně omezený.

Zasakování odpadních vod by se mělo stát častější praxí. Podmínkou však musí být podrobný hydrogeologický průzkum a zajištěný pravidelný monitoring. Dále by mělo být vyžadováno předčištění odpadních vod, jehož úroveň by měla odpovídat efektivitě atenuačních procesů horninového prostředí a kvalitativním nárokům na vodní zdroje v příslušném povodí.

Celý odborný článek s dalšími informacemi a podrobnostmi najdete ve VTEI, roč. 55, 6/2013, Vodní hospodářství, roč. 63, 12/2013. Publikace je dostupná na internetové stránce www.vuv.cz.

Autoři: Mgr. David Rozman, doc. RNDr. Zbyněk Hrkal, Mgr. Pavel Eckhardt, RNDr. Eva Novotná, Mgr. Zbyněk Vencelides, Ph.D.

Poděkování

Autoři děkují za podporu, kterou poskytl projekt TACR TA01020219.