Czy można ponownie wykorzystać oczyszczone ścieki szare w budynku i jego otoczeniu?

Obserwując rynek wyrobów budowlanych dedykowanych dla instalacji sanitarnych, można zauważyć wzrost rozwoju innowacyjnych technologii recyklingu ścieków szarych. Ten dynamiczny wzrost wpisuje się w ideę zrównoważonego rozwoju w odniesieniu do unijnego wymagania podstawowego „Zrównoważone wykorzystanie zasobów naturalnych” [3], ustanawiającego zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych. Proponowane rozwiązania umożliwiają zaspokajanie potrzeb użytkowników w zakresie komfortu oraz ochrony zasobów wodnych. Rynek proponuje gotowe rozwiązania, od najprostszych, które mogą miejscowo wykorzystywać ścieki szare po oczyszczeniu, do całych systemów obsługujących wielokondygnacyjne obiekty. W Polsce ograniczeniem w stosowaniu takich rozwiązań jest tradycyjny rynek instalacyjny, który preferuje instalacje wodne zasilane wodą pitną o bardzo wysokich parametrach jakościowych, pochodzącą z sieci wodociągowych, podczas gdy powstające w budynkach ścieki bytowe odprowadzane są zwykle do zbiorczej kanalizacji lub przydomowych systemów oczyszczania. Odwrócenie tego trendu jest możliwe, gdy wszyscy uczestnicy procesu budowlanego będą otwarci na rozwiązywanie problemów związanych z niespójnością przepisów, uzyskaniem bezpiecznej jakości oczyszczonych ścieków w instalacji, dbałością o wykonawstwo podwójnych instalacji, właściwą eksploatację systemów oraz edukację końcowych użytkowników. W artykule przedstawiono propozycję, w jaki sposób można bezpiecznie wykorzystać oczyszczone ścieki szare w budynku, oraz omówiono sytuację prawną z tym związaną.

Fot. © kichigin19 – Fotolia.com

Przepisy a możliwości wykorzystania oczyszczonych ścieków szarych w budynkach

W Polsce rynek wyrobów budowlanych od kilku lat sygnalizuje jednostkom badawczo-rozwojowym problemy związane z przekazywaniem do użytkowania nowych obiektów budowlanych, w których zaprojektowano systemy do ponownego wykorzystania oczyszczonych ścieków szarych. Sytuacja taka może wynikać z braku precyzyjnych polskich przepisów i norm dotyczących zasad projektowania, jakości oraz późniejszych wymagań eksploatacyjnych oczyszczonych ścieków szarych w stopniu umożliwiającym ich bezpieczne stosowanie w budynkach. Wykorzystanie ścieków szarych jako alternatywnego źródła wody w budynku nie podlega w Polsce żadnym szczegółowym przepisom prawnym. Z dostępnych przepisów nie wynika, że można, lecz również nie wynika, że nie można zastosować technologii do ponownego użycia ścieków szarych w obiekcie budowlanym. Analizując rozporządzenie [2], w poszczególnych paragrafach możemy odnaleźć tylko informacje dotyczące tradycyjnej instalacji wodociągowej i jej zabezpieczenia oraz kanalizacji sanitarnej (§ 113 ust. 4 i 7, § 115 ust. 1, § 122 ust. 2, § 126 ust. 3). W [2] w § 113 ust. 4 zapisano: Instalacja wodociągowa powinna być zaprojektowana i wykonana w sposób zapewniający zaopatrzenie w wodę budynku, zgodnie z jego przeznaczeniem, oraz spełniać wymagania określone w Polskiej Normie dotyczącej projektowania instalacji wodociągowych,tj. PN-B- -01706 [10]. W tym samym paragrafie w ust. 7 zamieszczono wymagania dotyczące stosowania w instalacjach wodociągowych elementów zabezpieczających przed wtórnym zanieczyszczeniem wody wodociągowej: Instalacja wodociągowa powinna mieć zabezpieczenia uniemożliwiające wtórne zanieczyszczenie wody zgodnie z wymaganiami przepływów zwrotnych, określonymi w Polskich Normach dotyczących zabezpieczenia przed przepływem zwrotnym[6], [7], [11]. Z zapisu wynika, że wymagane jest stosowanie zaworów antyskażeniowych na przyłączach wodociągowych, jako zabezpieczenie poszczególnych fragmentów instalacji w budynku czy też jako zabezpieczenie użytkowników instalacji wewnętrznej. A zatem praktycznie w każdym przypadku wprowadzenia do obiektu instalacji, która tłoczy oczyszczone ścieki szare, gdzie mamy do czynienia z możliwością powstania zagrożeń skażeniem, konieczne jest stosowanie zaworów antyskażeniowych.

Rys. 1 Zasilanie instalacji rurowych w budynku wodą pitną i niepitną z alternatywnego źródła

W rozporządzeniu [2] w rozdziale 2 dotyczącym kanalizacji ściekowej i deszczowej w § 122 ust. 2 podano: Instalacja kanalizacyjna budynku powinna umożliwiać odprowadzenie ścieków, a także wód opadowych z tego budynku, jeżeli nie są odprowadzane na teren działki, oraz spełniać wymagania określone w Polskich Normach dotyczących tych instalacji.Odwołując się do Polskiej Normy dotyczącej kanalizacji PN-EN 12056-2, istnieje możliwość wykonania oddzielnych pionów kanalizacyjnych, które umożliwiają rozdział ścieków bytowych na ścieki fekalne i ścieki szare. Wynika to bezpośrednio z podpunktu 4.2 tej normy: System IV (System oddzielnych pionów kanalizacyjnych] – Każdy system kanalizacyjny typu III, III może być również podzielony na pion kanalizacyjny odprowadzający ścieki czarne z ustępów spłukiwanych i pisuarów oraz na pion kanalizacyjny odprowadzający ścieki szare z pozostałych urządzeń sanitarnych.

W rozporządzeniu [2] w rozdziale 2 § 126 ust. 3 zapisano: W przypadku wykorzystywania wód opadowych gromadzonych w zbiornikach retencyjnych, do spłukiwania toalet, podlewania zieleni, mycia dróg i chodników oraz innych potrzeb gospodarczych należy do tego celu wykonać odrębną instalację, niepołączoną z instalacją wodociągową. Azatem [2] reguluje wymagania co do wody opadowej gromadzonej w zbiornikach retencyjnych i jej późniejszego wykorzystania, natomiast nie ma bezpośredniego zastosowania do oczyszczonych ścieków szarych, które mogłyby być ponownie użyte w budynku.

Z kolei w [1] zapisano w § 1 ust. 2: Przepisów rozporządzenia nie stosuje się do: 3] wody przeznaczonej do takich celów, w stosunku do których właściwy państwowy inspektor sanitarny stwierdzi, że jej jakość nie ma wpływu na zdrowie konsumenta.Rozporządzenie reguluje wymagania co do jakości wody pitnej i jako takie nie ma zastosowania do oczyszczonych ścieków szarych (wody szarej). W [1] w § 6 zamieszczono zapis dotyczący oceny przydatności wody, która może być przeprowadzona przez podmiot wykorzystujący wodę pochodzącą z indywidualnego ujęcia, jako część działalności handlowej, lub w budynkach użyteczności publicznej, która powinna obejmować: harmonogram pobierania próbek wody do badań zgodnie z częstotliwością nie mniejszą niż określona w załączniku nr 6 do [1], uwzględniać przechowywanie wyników badań przez co najmniej 5 lat oraz umożliwiać informowanie inspektora sanitarnego o przekroczeniach parametrów jakości wody określonych w załączniku, który jednak nie posiada odniesień do przydatności oczyszczonych ścieków szarych do powtórnego użycia. Do czasu ustanowienia polskich wytycznych proponuje się stosowanie standardów przyjętych w krajach Unii Europejskiej. Najczęściej wykorzystywane są normy brytyjskie – BSI Standards Publication serii BS 8521 [4], [5]. Jednak proponowane rozwiązanie może nie spełniać specyficznych kryteriów dla naszego kraju, np. w odniesieniu do jakości materiałów używanych w instalacjach, nawyków użytkowników systemów oraz jakości i trwałości ścieków (stosowanie innych środków chemicznych, temperatura ścieków).

Rys. 2 System oczyszczania ścieków szarych i ich wykorzystania: bezpośredni (strona lewa), pośredni (strona prawa) [14]

Instalacje rurowe w budynku zasilane wodą pitną i niepitną z alternatywnego źródła

W tradycyjnych budynkach stosuje się pojedyncze instalacje kanalizacyjne odprowadzające zmieszane ścieki czarne i szare (ścieki bytowe), co ogranicza używanie systemów do oczyszczania ścieków szarych bez ich przebudowy. Przyjmuje się, że ścieki szare, których nieformalna, lecz popularna nazwa to woda szara, to ścieki pochodzące z umywalek, wanien, natrysków i pralek. Wykorzystanie alternatywnych źródeł wody w budynku wymaga zatem zaprojektowania oddzielnych instalacji rurowych wewnątrz budynku, odpowiedniego wykonawstwa oraz późniejszej właściwej eksploatacji. Priorytetową sprawą jest zaprojektowanie podwójnych instalacji kanalizacyjnych: jedną dla ścieków czarnych (fekalnych) i drugą dla ścieków szarych. Odzyskane i oczyszczone wewnątrz budynku ścieki szare można wykorzystać w instalacji wodnej np. do spłukiwania toalet, podlewania ogrodu czy nawadniania. W tym celu również należy wykonać oddzielne i niepołączone ze sobą instalacje – jedną tylko do wody pitnej i drugą zasilaną wodą procesową (oczyszczonymi ściekami szarymi). Instalacje wodne muszą być zabezpieczone przed skażeniem.

W budownictwie stosowanie technologii odzyskującej ścieki szare jest możliwe po przeprowadzeniu działań zmierzających do uzdatnienia ścieków, aby woda procesowa (oczyszczone ścieki szare), która jest tłoczona do instalacji wodnej, spełniała przyjęte wymogi jakościowe pod względem bakteriologicznym i ogólnym. Ścieki szare po oczyszczaniu powinny być bezbarwne, przejrzyste, bez zanieczyszczeń stałych i czyste pod względem higienicznym. Wykorzystanie alternatywnych źródeł wody jest możliwe, opierając się na znanych technologiach do uzdatniania. Na rynku dostępne są całe systemy do recyklingu ścieków szarych, które różnią się od siebie ze względu na dobrane metody oczyszczania – fizyczne, chemiczne lub biologiczne. W takich systemach stosuje się różne metody filtracji i uzdatniania, które łączy się ze sobą, aby przez cały okres użytkowania nie przekraczać założonych parametrów biologicznych i chemicznych (tabl.). Najczęściej systemy te wykorzystują znane od lat procesy oczyszczania ścieków, takie jak sedymentacja, flotacja czy filtracja. Dostępne systemy do oczyszczania ścieków szarych można podzielić w zależności od rodzaju filtracji lub sposobu wykorzystania. Znane są bezpośrednie systemy ponownego wykorzystania ścieków szarych z udziałem prostych wyrobów do zbierania wody szarej i dostarczania jej bezpośrednio do punktów poboru (rys. 2 lewy); krótkiej retencji z udziałem prostej filtracji lub technik uzdatniania; z filtrem do usuwania zanieczyszczeń oraz dezynfekcją chemiczną; biologiczne z udziałem bakterii tlenowych lub beztlenowych oraz biomechaniczne łączące oczyszczanie biologiczne i fizyczne.

Systemy do recyklingu ścieków szarych mogą się różnić od siebie ze względu na wybór metod oczyszczania i dezynfekcji uzyskanej wody procesowej, która jest tłoczona do instalacji rurowych i wykorzystywana w budynku i jego otoczeniu. Przykładowy system (rys. 2 z prawej strony) wykorzystuje mechaniczne podczyszczanie, napowietrzanie i biologiczne oczyszczanie w procesie filtracji na membranach. Końcowym etapem jest dezynfekcja oczyszczonych ścieków szarych lampą wykorzystującą promienie ultrafioletowe. Wewnątrz tak zbudowanego systemu zachodzą po sobie:

– wyrównanie nierównomierności zrzutu i napowietrzanie ścieków szarych w zbiorniku magazynującym;

– filtracja i napowietrzanie, np. na filtrach membranowych;

– magazynowanie wody procesowej (z przyłączem awaryjnym z instalacji wodociągowej);

– uzdatnianie przed wprowadzeniem do instalacji rurowej.

W systemach recyklingu ścieków szarych wykorzystuje się ścieki zbierane systemem kanalizacji wewnętrznej i kierowane do zbiornika magazynującego, gdzie rozpoczyna się pierwszy etap ich oczyszczania. Pojemność zbiornika jest uzależniona od ilości ścieków szarych, które można pozyskać w budynku (obliczenie bilansu wodnego wg podanego dalej równania 1). Zwykle zbiorniki ścieków szarych są napowietrzane, aby uniemożliwić sedymentację cięższych cząstek przyspieszających gnicie ścieków. Wstępnie oczyszczone ścieki mogą być filtrowane na filtrach membranowych. Oczyszczone ścieki zwykle trafiają do zbiornika magazynującego, gdzie czekają na pobór przez użytkowników jako woda procesowa. Przed tłoczeniem tej wody do instalacji, gdy jest już pozbawiona zanieczyszczeń, może być dodatkowo dezynfekowana promieniami ultrafioletowymi lub środkami chemicznymi.

Systemy technologii do oczyszczania ścieków szarych powinny być wyposażone w przelewy awaryjne, zabezpieczające przed przelaniem się zbiorników, tak aby nadmiar cieczy przepełniał się w stronę mniej korzystną – w kierunku ścieków zanieczyszczonych, a w skrajnym przypadku do kanalizacji. Każdy system powinien mieć zamontowane króćce do poboru próbek do badań, umożliwiające kontrolę parametrów biologicznych i chemicznych. Zbiornik wody procesowej powinien być podłączony awaryjnie do instalacji wody pitnej, jako zabezpieczenie w sytuacji niedoboru ścieków szarych lub w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na uzdatnioną wodę. Przyłącze wodociągowe należy wykonać, opierając się na dostępnych normach dotyczących zabezpieczenia antyskażeniowego [7], [8], [12]. Do magazynowania ścieków szarych można wykorzystywać wyroby budowlane przeznaczone do tego typu zastosowań, mające wymagane badania potwierdzające ich właściwości. Zbiorniki mogą być umieszczane zarówno na zewnątrz, jak i w pomieszczeniach wewnątrz budynku. Wybór sposobu gromadzenia ścieków jest uzależniony od temperatury przechowywania, maksymalnego okresu stagnacji w zbiorniku oraz maksymalnego przepływu.

Ze względu na brak polskich wytycznych dotyczących projektowania systemów do oczyszczania ścieków szarych oraz możliwości ich pozyskania z budynku (o czym wspomniano), dalej opisano dostępną metodę, która opiera się na znormalizowanych wytycznych BS 8525 [4], [5]. W brytyjskich normach obowiązujących od 2010 r. określono zasady obliczenia bilansu wodnego, metody projektowania, zasady montażu wyrobów oraz ich eksploatacji i oznakowania. Szczegółowo przedstawiono, w jaki sposób można określić:

– zapotrzebowanie na oczyszczone ścieki, w tym liczbę i rodzaj planowanych zastosowań zarówno przyszłych, jak i obecnych;

– objętość i model użytkowania;

– wydatki z natrysków, wanien, umywalek i pralek podłączonych do systemu oczyszczania ścieków;

– wytyczne odnośnie do jakości dla przewidywanych zastosowań, np. spłukiwanie toalet, podlewanie ogrodu, oraz szczytowej wydajności uzdatniania.

W [4] i [5] przedstawiono dwie metody projektowania uzależnione od rodzaju i pojemności systemu szarych ścieków: uproszczoną – gdy oczyszczone ścieki szare mają być używane w instalacjach wodnych, np. do spłukiwania toalet w pojedynczych lokalach mieszkaniowych (lokalnie), oraz szczegółową – gdy oczyszczone ścieki szare mają być używane w instalacjach wodnych do spłukiwania toalet, prania, mycia samochodu, utrzymania terenów zielonych dla całego budynku.

Uproszczona metoda dla pojedynczej instalacji (lokalnej) oparta jest na stałym dziennym zapotrzebowaniu wody: 25 litrów/osobę do spłukiwania toalety, 15 litrów/osobę do prania, przy stałym dziennym zasilaniu oczyszczonymi ściekami szarymi (wodą szarą) z łazienek 50 litrów/osobę. Szczegółowa metoda przedstawia założenia dotyczące odzysku wody ze ścieków szarych oraz bilansu wodnego dla całego budynku. Metoda ta umożliwia obliczenie odzysku wody z oczyszczonych ścieków szarych, którą opisano równaniem (1), oraz zapotrzebowania na odzyskaną wodę szarą, która będzie zasilała zawory czerpalne do spłukiwania toalet i pralki, które opisano równaniem (2).

gdzie: B – objętość wanny do przelewu (niezajęta przez człowieka); F_wb – stały wypływ z baterii używany do napełniania naczyń; H_wb – średnia prędkość wypływu szczytowego z baterii (l/min); L – maksymalna wartość załadunku suchym praniem (kg); n – liczba osób; S – średni wypływ z natrysku (l/min); U_hwb – współczynnik użytkowania umywalki; U_Ff

– współczynnik użytkowania pełnego spłukiwania toalety z systemem podwójnego spłukiwania; U_sf – współczynnik użytkowania toalety z systemem pojedynczego spłukiwania; U_pf – współczynnik częściowego spłukiwania toalety z systemem podwójnego spłukiwania; U_b – współczynnik użytkowania wanny; U_S – współczynnik użytkowania natrysku; U_wm – współczynnik użytkowania pralki; W – zużycie wody przez pralki w jednym cyklu prania; P_WM – procentowa ilość wody zużywana przez pralki; V_WC – objętość spłukiwania toalety z systemem pojedynczego spłukiwania; V_FWC – pełna objętość spłukiwania toalety z systemem podwójnego spłukiwania; V_PWC – częściowa objętość spłukiwania toalety z systemem podwójnego spłukiwania.

Przykład obliczenia bilansu wodnego z wykorzystaniem równań (1) i (2) dla budynku biurowego zrealizowanego w Warszawie [12]. Dane do obliczeń:

– liczba osób, n = 2539;

– średni wypływ z natrysku, S = 9,0 l/min;

– spłukiwanie toalety (system dual-flush): V_FWC = 3,5 l, V_PWC = 2,0 l;

– objętość wody zużywanej do spłukiwania pisuaru bezwodnego, V_FP = 0,0 l;

– średni wypływ z baterii umywalkowej dla trzykrotnego mycia rąk przez 8 h dla jednej osoby, H_wb = 5,0 l/min;

– współczynnik użytkowania natrysku przy założeniu, że 0,5% pracowników korzysta z natrysku, U_S = 5 • 0,5% = 0,025;

– współczynnik użytkowania umywalek, U_hwb = 3 • 0,25 = 0,75;

– współczynnik użytkowania wanny, U_b = 0,0;

– stały wypływ z baterii używany do napełniania naczyń, F_wb = 0,0;

Obliczenie zapotrzebowania na wodę procesową (oczyszczone ścieki szare) wg równania (2). Dane do obliczeń:

– liczba osób, spłukiwanie toalety, objętość wody zużywanej do spłukiwania, objętość wody zużywanej do spłukiwania pisuarów – dane jak przy równaniu (1);

– współczynnik użytkowania toalety z systemem pojedynczego spłukiwania, U_sf = 0;

– współczynnik użytkowania pełnego spłukiwania toalety z systemem podwójnego spłukiwania, U_Ff = 1;

– współczynnik częściowego spłukiwania toalety z systemem podwójnego spłukiwania, U_Pf = 2;

– zużycie wody przez pralki w jednym cyklu prania, W = 0,0 l; L – maks. wartość załadunku suchym praniem = 0,0 kg; współczynnik użytkowania pralki, U_wm = 0,0; procentowa ilość wody zużywana przez pralki, P_WM = 0,0.

Na podstawie obliczeń przyjęto dla analizowanego przykładu, że ujemny bilans wodny, tj. większe zapotrzebowanie na oczyszczone ścieki szare niż możliwość ich wytworzenia w budynku, będzie uzupełniany wodą pitną z sieci miejskiej.

Zastosowanie oczyszczonych ścieków szarych w instalacjach wodnych

Systemy oczyszczania ścieków szarych w budynkach powinny być tak zaprojektowane, aby utrzymywały zaproponowane parametry jakościowe na podstawie dostępnych opracowań [4], [5], zebranych w tablicy. Produkowana woda procesowa z oczyszczonych ścieków musi być dostosowana do potrzeb użytkowników i nie może stanowić ryzyka dla ich zdrowia. Jakość wody procesowej to ważne zagadnienie, ponieważ dla użytkownika systemu, którym jest końcowy odbiorca, istotny jest jej zapach, ocena wizualna koloru i przede wszystkim brak zagrożenia dla zdrowia. Użytkownicy systemów w prosty sposób sami dokonują oceny koloru, mętności oraz zapachu wody procesowej, która wypływa z zaworów czerpalnych. Ze względu na brak krajowych przepisów dotyczących jakości oczyszczonych ścieków szarych do ponownego wykorzystania w instalacji wodnej w tablicy niżej podano zalecane wartości parametrów. Spełnienie wymagań dla oczyszczonych ścieków szarych jest możliwe przy zastosowaniu odpowiednich materiałów i wyrobów, w szczególności przez ochronę odzyskanej wody przed: światłem słonecznym, wzrostem temperatury i zanieczyszczeniami wynikającymi z błędów eksploatacyjnych.

Kolejnym istotnym zagadnieniem jest opracowanie programu konserwacji systemu, który powinien obejmować wytyczne w zakresie co najmniej: częstotliwości konserwacji, czynności kontrolnych oraz działań najważniejszych elementów systemu (filtry, membrany, lampy UV, zbiorniki wody, pompy, układ sterowania, wskaźniki poziomu wody, szczelina powietrzna, rurociągi i ich mocowanie, oznakowanie, czyszczenie instalacji, dozowniki chemicznych środków dezynfekujących, monitoring jakości wody). Częstotliwość konserwacji jest wielkością orientacyjną, modyfikowaną na podstawie doświadczeń zdobywanych w trakcie eksploatacji obiektu i w porozumieniu z producentem wyrobów. Dziennik kontroli i konserwacji powinien być prowadzony systematycznie i przechowywany do wglądu. W celu utrzymania prawidłowego funkcjonowania technologii odzysku wody szarej użytkownicy powinni się zapoznać z wytycznymi producenta w sprawie korzystania z urządzeń przyłączonych do systemu. Planując zakres badań, należy zawsze określić: liczbę miejsc poboru próbek, termin próbkowania w stosunku do normalnych warunków pracy i środków kontroli. Próbki do bieżących badań powinny być pobierane w miejscach, które najlepiej reprezentują stan całego systemu, np. w punktach czerpalnych najbardziej oddalonych od zbiorników.

Tabl. Wartości orientacyjne dla monitoringu biologicznego i ogólnego

Podsumowanie

Brak polskich przepisów i zharmonizowanych norm dotyczących alternatywnych technologii wodnych utrudnia projektowanie i implementowanie dobrych rozwiązań technologicznych, sprzedaż wyrobów, a także odbiory i nadzór systemów do odzysku wody szarej. Ostatnio wzrosła potrzeba znormalizowania działań dotyczących zagospodarowania oczyszczonych ścieków szarych w zakresie ich jakości oraz bezpiecznego stosowania w budynkach i ich otoczeniu. Przyspieszenie na rynku wyrobów budowlanych, które są przeznaczone dla instalacji oczyszczających ścieki szare, może wynikać z możliwości dofinansowania tego sektora budownictwa przez ogłoszone konkursy krajowe i europejskie wspierające ochronę zasobów naturalnych zgodnie z [3] oraz ze względu na ocenę środowiskową budynków za pomocą dostępnych narzędzi, np. LEED, BREEM.

inż. Monika Lipska
Instytut Techniki Budowlanej

Bibliografia

1. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 listopada 2015 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. z 2015 r. poz. 1989) na podstawie art. 13 ustawy z dnia 7 czerwca 2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (Dz.U. z 2015 r. poz. 139, 1893).