Gospodarka wodno-ściekowa na obszarze UE i USA

Kraje członkowskie UE oraz Unia Europejska jako całość są naturalnym punktem odniesienia dla wielu analiz społeczno-gospodarczych i środowiskowych dotyczących Polski. Coraz ściślejsza współpraca i powiązania gospodarcze pomiędzy poszczególnymi krajami promuje dokonywanie analizy sytuacji w jednym kraju w odniesieniu do całości. Podobnie, jak UE dla Polski, sytuacja w USA stanowi dobrą płaszczyznę porównawczą dla Unii Europejskiej, ze względu na podobny poziom rozwoju, podobne zróżnicowanie geograficzne obszarów zajmowanych przez UE i USA, czy zbliżoną strukturę społeczno-ekonomiczno-polityczną. Nie bez znaczenia jest również fakt, że te państwa i organizacje prowadzą regionalne oraz centralne, publicznie dostępne bazy danych, uznawane powszechnie za wiarygodne i precyzyjne, obejmujące wiele dziedzin w tym również szeroko pojętą ochronę środowiska, przemysł i energetykę. Pomimo iż część problemów czy wyzwań stojących przed gospodarką wodno-ściekową jest uniwersalna, istotny wpływ lokalnej specyfiki sprawia, że pozostałe największe kraje lub gospodarki świata takie jak: Chiny, Indie, Rosja, Australia czy Japonia i Nowa Zelandia nie stanowią dla Polski tak dobrych punktów odniesienia w skali makroskopowej w zakresie gospodarki wodno-ściekowej i energetyki jak UE

22 i USA. Przykładowo, największe polskie obszary miejskie – aglomeracje: warszawska, krakowska, trójmiejska czy konurbacja śląska znalazłyby się zaledwie na końcu listy 30 największych miast Chin lub tuż poza nią. [52-54]. Dodatkowo w przypadku Chin stan tamtejszej gospodarki wodno-ściekowej pomimo znaczącej poprawy w ostatnich latach wciąż odbiega od standardów obowiązujących w UE, tym samym nie stanowi aż tak dobrego punktu odniesienia, nawet pomimo dostępnej literatury[55, 56]. Realia społeczne, gospodarcze i geograficzne Indii, Japonii, Australii i Nowej Zelandii znacząco odbiegają od warunków polskich [57, 58]. Rosja jest z kolei krajem ogromnie zróżnicowanym i ze względu na swój obszar, uwarunkowania geograficzne, społeczno-gospodarcze oraz znaczne dysproporcje pomiędzy poszczególnymi regionami również nie jest adekwatnym materiałem porównawczym. Przykładowo: 35 mln Rosjan (około ¼ populacji kraju) żyje w mieszkaniach bez toalety – dostępne są dla nich jedynie wspólne urządzenia sanitarne znajdujące się w tym samym co mieszkanie lub zupełnie osobnym budynku sanitarnym. Sumarycznie zaledwie 62,7% mieszkań w Rosji ma pełne węzły sanitarne. [57, 59].

Dla ilustracji skali zagadnienia należy przeanalizować dane demograficzne i gospodarcze z USA i UE. Nie można mówić o gospodarce ściekowej bez choćby podania zarysu sytuacji demograficznej i zapotrzebowania na wodę danej jednostki osadniczej, regionu, kraju etc. Szacowana liczba ludności USA w 2017 r. wynosiła około 330 mln osób [60, 61], łączna ludność UE liczyła w 2015r. niecałe 510 mln osób w tym 38 mln Polaków[62]. Zużycie wody w UE na cele bytowo-gospodarcze kształtuje się na poziomie 70-200 l/d na osobę (przy średniej ~130 l/os dziennie) co odpowiada rocznemu zużyciu wody w zakresie 19 739 - 22 800 mln m³/rok[63,64]. W Polsce jest to odpowiednio 1 397 – 1 596 mln m³ rocznie przy bardzo dobrym wskaźniku zużycia wody na osobę znajdującym się poniżej 100 l/os dziennie [16,63,64].

Oznacza to, że Polacy stanowiąc około 8% ludności UE zużywają 7% wody co stawia Polskę w roli lidera jeśli chodzi o oszczędzanie wody przez osoby prywatne. Dla USA jest to odpowiednio 37 858 – 53 885 mil m³/rok przy 333-475 l/os dziennie[65,66] Duże zużycie wody przez osoby prywatne jest jednocześnie cechą charakterystyczną USA oraz główną różnicą w gospodarce wodno-ściekowej między UE/PL, a USA. Podane zakresy nie zawierają wody zużywanej na cele przemysłowe, energetyczne lub inne np. nawadnianie pól uprawnych, niezwiązane z działalnością bytowo-gospodarczą człowieka.

Wyłączono z rozważań te dziedziny działalności człowieka, gdyż nie generują ścieków bytowo-gospodarczych, przeważnie nie są podłączone do publicznej infrastruktury wodno-kanalizacyjnej obsługującej zwykłych mieszkańców, niektóre z nich, jak choćby woda używana na potrzeby (termo)energetyczne nie generuje w ogóle ścieków jeśli brać pod uwagę powszechne rozumienie tego słowa. Woda zużywana na działalność inną niż bytowo-gospodarcza nie będzie zatem uwzględniania w niniejszej pracy, a zwrot „zużycie wody” należy tu rozumieć jako zużycie wody na cele bytowo-gospodarcze, chyba, że zostanie zaznaczone inaczej. Wyłączenie z dalszych rozważań wody zużywanej w energetyce czy rolnictwie nie podważa jednak podanych wcześniej wartości i konsekwencji z nich wynikających. Pobranie, uzdatnienie i dystrybucja tak dużych ilości wody wymagają rozległej infrastruktury i coraz bardziej zaawansowanych technologii. W samej tylko Polsce, gdzie zużycie wody nie przekracza 1 600 mil m³ rocznie, przy dostępności wody wodociągowej na poziomie 96,5% w miastach i 85% na terenach wiejskich, przekłada się to na ponad 300 tys. km sieci wodociągowej, tysiące ujęć, mniejszych lub większych zakładów uzdatniania wody, zbiorników, pompowni i infrastruktury towarzyszącej [67,68]. Sieć wodociągowa w Europie jest proporcjonalnie większa, łączna długość przewodów wodociągowych w UE wynosi 4 255 527 km [64]. W USA przy stopniu dostępności sieci wodociągowej dla odbiorców w całym kraju na poziomie 85% oznacza to niecałe 320 tys. km głównych przewodów wodociągowych, miliony km mniejszych wodociągów, oraz około 153 tys. „Public Water Systems”-publicznych systemów zbiorowego zaopatrzenia w wodę, obsługujących jednostki osadnicze w zakresie od 25 do ponad 100 tys. mieszkańców [69,70].

Pokazana powyżej specyfika pozwala zobaczyć jak złożony jest system zaopatrzenia w wodę. Należy jednak pamiętać, że jest to zaledwie jedna część całego systemu wodociągowo-kanalizacyjnego. Drugą częścią tego systemu jest sieć kanalizacyjna wraz z infrastrukturą towarzyszącą. Należy pamiętać, że łączna długość sieci kanalizacyjnej zwykle będzie krótsza niż sieci wodociągowej. Nawet najbardziej rozwinięte

23 kraje z przyczyn techniczno-ekonomicznych nigdy nie osiągną idealnej symetrii pomiędzy sieciową infrastrukturą wodną i ściekową. Podłączanie pojedynczych gospodarstw domowych czy nawet grupy gospodarstw do centralnej sieci kanalizacyjnej jest ekonomicznie i eksploatacyjnie nieuzasadnione.

Im bardziej niedostępna jest lokalizacja, tym mniej opłacalne jest podłączenie jednostki osadniczej do sieci, ze względu na koszty takiej operacji, ale też późniejsze trudności eksploatacyjne i związane z nimi ryzyko środowiskowe. O ile zasadność dostarczenia wody wodociągowej nawet do odległej lokacji zwykle jest kwestią ekonomiczno-społeczną, o tyle odbiór niewielkich ilości ścieków powstających w tego typu lokacjach jest dużo trudniejszy do przeprowadzenia, z przyczyn technicznych i technologicznych. Dlatego zwykle w takich lokacjach stosuje się indywidualne rozwiązania technologiczne: kiedyś były to zbiorniki bezodpływowe, z których ścieki odbierane były regularnie przez pojazdy asenizacyjne, obecnie rozwiązanie to jest zastępowane przez różne wersje przydomowych oczyszczalni ścieków. Dotyczy to krajów rozwiniętych takich jak Austria, Szwecja czy Szwajcaria oraz krajów dynamicznie rozwijających się i dostosowujących się do unijnych standardów środowiskowych, takich jak kraje Bałtyckie, Polska, Węgry, Słowacja lub Czechy[71]. Gospodarstwa z indywidualnymi instalacjami oczyszczania ścieków są w mniejszości (jeśli brać pod uwagę ilość wytwarzanych i oczyszczanych ścieków), mimo to w skali kraju czy kontynentu przekłada się to w sposób istotny na długość sieci kanalizacyjnej i kształt infrastruktury związanej z oczyszczaniem ścieków. W UE szacowana długość sieci kanalizacyjnej wynosi około 3 mln km czyli o ponad 1 mln km mniej niż długość sieci wodociągowej[64]. W Polsce w 2017r. łączna długość sieci kanalizacyjnej wynosiła niecałe 157 tys. km, prawie 2 razy mniej niż łączna długość sieci wodociągowej[67]. Należy zaznaczyć, że w Polsce ta różnica wynika nie tylko z przyczyn techniczno-technologicznych, ale też ze względu na wciąż niepełne wdrożenie standardów unijnych w obszarach odbierania i oczyszczania ścieków wynikających z Dyrektywy 91/271/EEC, oraz ze względu na znaczące rozdrobnienie zabudowy. Wciąż trwają prace nad budową i/lub rozbudową sieci kanalizacyjnych w mniejszych jednostkach osadniczych, przede wszystkim gminach wiejskich. Ma to istotny wpływ na funkcjonowanie wielu średnich i małych oczyszczalni w Polsce.

Odbiór, transport i oczyszczenie mikro¹ ilości ścieków jest na tyle problematyczny, że stosuje się instalacje pozwalające oczyścić tak niewielkie ilości ścieków na miejscu. Podobne problemy występują również w przypadku małych i średnich skupisk ludności. Transport ścieków odbywa się w zdecydowanej większości przypadków w sposób grawitacyjny w kanałach przewietrzanych, a zatem niewypełnionych szczelnie i nieznajdujących się pod ciśnieniem, dodatkowo zawarte w ściekach mikroorganizmy samoistnie przetwarzają rozpuszczone w ściekach związki organiczne i inne zanieczyszczenia. Konsekwencją ciągłej pracy mikroorganizmów jest niekorzystna zmiana składu ścieków surowych, a także istotne ryzyko szczególnie niebezpiecznej dla sieci kanalizacyjnej korozji siarczanowej[72]. Zatem nawet przy większych objętościach ścieków produkowanych w ciągu doby ich transport na duże odległości jest dużo bardziej problematyczny niż w przypadku czystej wody wodociągowej. Wszystkie te czynniki mają istotny wpływ na kształt infrastruktury ściekowej, niezależnie od omawianego kraju. W Polsce w UE lub Stanach Zjednoczonych jest to widoczne w statystykach dot. liczby i wielkości obiektów. Przykładowo w USA zdecydowaną większość z ponad 16 500 oczyszczalni ścieków katalogowanych przez Władze Federalne, stanowią oczyszczalnie klasyfikowane przez EPA jako „małe” czyli o przepływie poniżej 1 MGD (miliona galonów US na dobę) co odpowiada około 3 785 m³/d oraz ~10 000 RLM, przy czym aż ponad 11 tys.

z tych obiektów obsługuje jednostki osadnicze mniejsze niż 3301 mieszkańców (patrz rys. 4-1).

1 Poniżej 6 m³/d

24

Rys. 4-1 Liczba oczyszczalni w USA, podział ze względu na wielkość przepływu i obsługiwaną RLM Biorąc pod uwagę duże jednostki komunalne należy zwrócić uwagę, iż 382 z 560 największych oczyszczalni ścieków obsługiwało jednostki osadnicze powyżej 100 tys. mieszkańców jednocześnie przetwarzając więcej ścieków niż wszystkie pozostałe zakłady razem wzięte[73]. Podobna sytuacja ma miejsce w UE, gdzie z około 23 500 aglomeracji, określonych w dyrektywie dotyczącej oczyszczania ścieków komunalnych, o równoważnej liczbie mieszkańców wynoszącej 2 000 (RLM) i powyżej zaledwie 580 skupisk ludności powyżej 150 tys. mieszkańców (stanowi to zale dwie około 2% wszystkich aglomeracji objętych dyrektywą UE) wygenerowało 42% całkowitego ładunku zanieczyszczeń w ściekach. Na rysunku 4-2 przedstawiono procentowy udział jednostek osadniczych (uszeregowanych wg. RLM) w całkowitym ładunku zanieczyszczeń generowanym w aglomeracjach powyżej 2000 RLM w UE. Podobnie jak w USA, gdzie największe skupiska ludności generują największe ilości/ładunki zanieczyszczeń będąc jednocześnie obsługiwane przez zdecydowaną mniejszość oczyszczalni ścieków[56].

Lic z ba o c z y s z c z aln i

<3785 m³/d

<10 000 RLM (małe)

>37 850 m³/d

>100 000 RLM (duże) 3785 – 37 850 m³/d

10 000-100 000 RLM (średnie)

25

Rys. 4-2 Procentowy udział jednostek osadniczych (uszeregowanych wg. RLM) w całkowitym ładunku zanieczyszczeń generowanym w aglomeracjach powyżej 2000 RLM w UE [56]

Analogiczna sytuacja występuje w Polsce, z około 3300 oczyszczalni ścieków ujętych w statystykach GUS, 763 obsługuje miasta i aglomeracje liczące od poniżej 2000 mieszkańców do ponad 100 tys. mieszkańców.

Z tych 763 zaledwie 69 obsługuje skupiska ludności powyżej 100 tys. osób, natomiast 504 oczyszczalnie współpracują z jednostkami osadniczymi z zakresu 2000-19999 mieszkańców. Biorąc pod uwagę przepustowość obiektów, to oczyszczalnie mogące oczyścić do 5000 m³/d stanowią około 72% wszystkich obiektów w kraju oczyszczając niecałe 10% ścieków produkowanych rocznie w Polsce[16].

Tab. 4-1 GUS: Liczba działających oczyszczalni ścieków w Polsce w 2016r. [16]

razem mechaniczne biologiczne

z podwyższonym usuwaniem

biogenów

Ogółem 3 253 19 2 408 826

O przepustowości w m³/d

poniżej 50 577 13 531 33

51-100 283 5 258 20

101-500 1 195 1 1 022 172

501-1000 426 ─ 336 90

1001-5000 452 ─ 224 228

5001-10000 148 ─ 24 124

10001-25000 102 ─ 12 90

25001-50000 45 ─ 1 44

50001-100000 18 ─ ─ 18

powyżej 100000 7 ─ ─ 7

2 000 – 10 000 RLM 11

% 10 001 – 100 000

RLM 38 % powyżej 100 000

RLM 51 %

Aglomeracje o RLM równej

2 000 i powyżej

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Całkowity generowany ładunek Całkowita wydajność oczyszczalni ścieków

Równoważna liczba mieszkańców w mln

26 Tab. 4-2 GUS: Ścieki oczyszczone w dam³ * w Polsce w 2016r. [16]

razem mechaniczne biologiczne

z podwyższonym usuwaniem

biogenów Ogółem 1 869 183 155 250 934 1 618 094

O przepustowości w m³/d

poniżej 50 3 730 55 3 475 200

51-100 3 633 52 3 321 260

101-500 64 792 48 54 924 9 820

501-1 000 64 526 ─ 51 466 13 060

1 001-5 000 214 659 ─ 79 471 135 188

5 001-10 000 211 152 ─ 27 531 183 621

10 001-25 000 315 697 ─ 24 528 291 169

25 001-50 000 313 592 ─ 6 218 307 374

50 001-100 000 276 248 ─ ─ 276 248

powyżej 100 000 401 154 ─ ─ 401 154

*Łącznie z wodami opadowymi, infiltracyjnymi oraz ściekami dowożonymi do oczyszczalni, bez ścieków oczyszczonych przez oczyszczalnie przemysłowe liczone w dekametrach sześciennych/rok (1 dam³ = 1000 m³)

Przy rozpatrywaniu kwestii eksploatacyjnych, których integralną częścią są koszty energii, należy wziąć pod uwagę szereg czynników, przede wszystkim ilość i jakość ścieków. Podane wcześniej wartości zużycia wody pozwalają na oszacowanie ilości produkowanych ścieków w UE czy USA. W Polsce GUS podaje szczegółowe dane na ten temat, lecz na potrzeby ogólnego spojrzenia na gospodarkę wodno-ściekową wystarczy jedynie wiedzieć, że rocznie w Polsce powstaje około 1 300-1 600 mln m³ ścieków komunalnych[16]. W przypadku ścieków nie można opierać się tylko na parametrach ilościowych, gdyż z punktu widzenia gospodarki ściekowej równie istotne są parametry jakościowe ścieków, czyli stężenia i rodzaj zanieczyszczeń, oraz w konsekwencji rodzaj technologii użytej do ich oczyszczania. Ilość ścieków (wyrażona w jednostkach natężenia przepływu) jest tutaj o tyle istotna, że pozwala ocenić jak bardzo stężone są ścieki, które wymagają oczyszczenia i jaki sumaryczny ładunek ścieków będzie generowany przez daną jednostkę osadniczą w jednostce czasu. Ilość jednak nie jest czynnikiem decydującym jeśli chodzi o kwestie technologiczne (z wyłączeniem podstawowych kwestii hydraulicznych i wymiarowania sieci kanalizacyjnej) czy wynikające z nich kwestii ekonomicznych. W kwestii składu ścieków oraz stosowanych technologii oczyszczania publiczne agencje statystyczne takie jak Eurostat czy GUS podają rodzaj stosowanych technologii oczyszczania oraz efektywność oczyszczania tj. czy spełniane są ustalone wymogi dot. stężeń zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych.[16, 71]. Dane te są publicznie dostępne między innymi w formie interaktywnej mapy: https://www.eea.europa.eu/themes/water/water-pollution/uwwtd/interactive-maps/urban-waste-water-treatment-maps opracowanej przez EEA (Europejska Agencja Środowiska). Na podstawie tej mapy stworzono ogólne zestawienie stosowanych technologii oczyszczania ścieków w poszczególnych krajach UE, przedstawione na rys. nr 4-3.

27

Rys. 4-3 Procentowy udział stosowanych standardów (technologii) oczyszczania ścieków w krajach UE Na rys. 4-3 przedstawiono zbiorcze zestawienie dla krajów członkowskich UE określające „procent”

ścieków oczyszczanych w oparciu o konkretną klasę technologiczną oczyszczalni. Zdecydowana większość ścieków powstających na terenie UE jest oczyszczana w obiektach wyposażonych w technologię co najmniej dwustopniowego oczyszczania ścieków (oczyszczalnie mechaniczno-biologiczne), z czego w większości krajów przeważająca ilość ścieków poddawana jest również procesom wysokoefektywnego usuwania związków biogennych. Pewnym mankamentem jest brak rozróżnienia oczyszczalni uwzględnionych w unijnych bądź polskich zestawieniach statystycznych na pracujące w sposób ciągły lub porcjowy. W przypadku Polski ponad ¾ ścieków poddawane jest procesom wysokoefektywnego oczyszczania biologicznego z usuwaniem związków biogennych. Jest to oczywiście sytuacja korzystna z punktu widzenia ochrony środowiska wodnego i zasobów wodnych, ma ona jednakże swoje konsekwencje techniczne i ekonomiczne. Bez względu na przyjęte rozwiązania technologiczne, oczyszczalnie zdolne usuwać ze ścieków związki biogenne są złożonymi obiektami technicznymi, wymagającymi większego niż oczyszczalnie konwencjonalne zużycia energii, niezbędnej do uzyskania odpowiedniej efektywności procesów oczyszczania.

LEGENDA:

Procentowa objętość ścieków poddawana procesom

oczyszczania, w poszczególnych krajach

członkowskich:

Z podwyższonym usuwaniem biogenów Biologiczne

Mechaniczne Brak danych Oczyszczalnie indywidualne/

przydomowe Nie poddawane procesom oczyszczania

28