Ponovna uporaba vode za namakanje

Uvod

Krožno gospodarstvo postaja iz dneva v dan bolj aktualno. To, kar je bilo dolgo obravnavano kot ničvredno, danes postaja vir surovin. To se dogaja tudi v kmetijstvu. Ena izmed novosti je uporaba odpadne vode iz urbanih središč za namakanje. To ima več prednosti. Nove evropske uredbe o minimalnih pogojih za ponovno uporabo vode za namakanje v kmetijstvu bodo začele veljati 26. junija leta 2023.[1,2].

Brezplačen dušik in fosfor

Koncept uporabe odpadne vode iz mesta za namakanje kmetijskih zemljišč v okolici ni nova zamisel. Pred kratkim je skupina raziskovalcev predstavila projekt, v katerem odpadna voda ne bi bila popolnoma prečiščena, temveč bi ohranila dušik in fosfor. Ti dve snovi sta bistvenega pomena za rastline. Kmetje običajno porabijo velike finančne zneske, da ju lahko kupijo in uporabijo pri kmetovanju. Z uporabo vode, ki ju že vsebuje, bi lahko znatno prihranili. Prihranili bi tudi mestni uradniki, saj ne bi trošili denarja za energijo in materiale, potrebne za čiščenje dušika in fosforja iz vode. Ponovna uporaba odpadne vode bi torej koristila vsem. Če je odpadna voda ustrezno obdelana v skladu z evropskimi uredbami, je lahko učinkovita alternativa za uporabo v kmetijskem sektorju [3].

S to rešitvijo bi lahko zagotovili vodo za namakanje več deset ali celo več sto tisoč hektarjev kmetijskih površin. Voda bi prav tako omogočila gnojenje, kar bi prihranilo znatno količino energije in zmanjšalo onesnaževanje. Poleg tega se blato iz čistilnih naprav že uporablja v kmetijstvu kot gnojilo in sredstvo za izboljšanje tal.

Po statističnih podatkih Evropske komisije se letno reciklira 1 milijarda kubičnih metrov ali 2,4 % očiščene komunalne odpadne vode, tj. manj kot 0,5 % letnega odvzema sladke vode v EU. Skupen potencial EU je šestkrat večji in naj bi znašal več kot 6 milijard kubičnih metrov. Tako severne države članice, kot so Belgija, Nemčija in Združeno kraljestvo, kot južne države članice, kot so Španija, Italija, Grčija, Malta in Ciper, so že uvedle številne programe za ponovno uporabo vode za namakanje, industrijske namene in polnjenje vodonosnikov. Grčija, Italija in Španija reciklirajo le 5–12 % odpadne vode, Ciper in Malta pa ponovno uporabljata že več kot 90 % oziroma 60 % odpadne vode. To jasno dokazuje velik potencial razširljivosti sistema.

Ponovna uporaba vode – rešitev za prihajajočo krizo

Pomanjkanje vode v Evropi postaja vse večja težava. V tem okviru so se konec januarja leta 2020 poslanci Evropskega parlamenta sestali s predstavniki Komisije. Poslanci so med drugim želeli s spodbujanjem ponovne uporabe vode v kmetijstvu zavarovati vire sladke vode v EU.

Povpraševanje po evropskih vodnih virih se bo zaradi podnebnih sprememb predvidoma povečalo. Napovedi pravijo, da bo do leta 2030 pomanjkanje vode prizadelo polovico porečij v Evropi. Člani Odbora za okolje, javno zdravje in varnost hrane Evropskega parlamenta (ENVI) so 21. januarja sprejeli neuradni dogovor s Svetom o predlogu za ponovno uporabo odpadne vode, da bi zagotovili oskrbo Evrope s sladko vodo za več let. Preden nove uredbe postanejo pravnomočne, jih morata potrditi še Svet in Parlament. Nove uredbe naj bi spodbudile uporabo očiščene odpadne vode za namakanje, za katero se porabi približno polovica vode, ki se letno porabi v EU. Ponovna uporaba vode v kmetijstvu bi lahko pripomogla k zmanjšanju primanjkljaja.

Novi predpisi določajo minimalne standarde kakovosti vode, pogosto spremljanje in oblikovanje strategij za obvladovanje tveganja v čistilnih napravah, da se zaščiti pridelke. Vladni organi držav članic so odgovorni za izdajanje dovoljenj čistilnim napravam in zagotavljanje skladnosti s predpisi.

Količina očiščene komunalne odpadne vode, ki se ponovno uporabi, zdaj znaša približno 1 milijardo kubičnih metrov na leto ali 2,4 %, kar je manj kot 0,5 % letno uporabljene sladke vode v EU. Kljub temu naj bi bil potencial EU večji od 6 milijard kubičnih metrov, kar je šestkrat več od sedanje količine.

Onesnaževanje pri namakanju z odpadno vodo

Zdravstvene težave, povezane z namakanjem z odpadno vodo

Odpadne vode, ki se odvajajo iz kanalizacijskih sistemov v mestih, iz različnih velikih industrij ter iz živalskih farm in pitališč, se lahko uporabljajo za namakanje le potem, ko so ustrezno prečiščene, da ne škodujejo ljudem, živalim, pridelkom ali zemljiščem in da ne onesnažujejo okolja. V Romuniji je bilo leta 1996 več kot 60.000 ha namakalnih sistemov za odpadne vode iz živinorejskih kompleksov zajetih v približno 30 namakalnih sistemov. Trenutno ne delujejo več. Znano je, da je v naši državi mogoče z odpadno vodo namakati približno 1.330.000 ha površin.

Nevarnosti uporabe teh voda za namakanje so odvisne od številnih dejavnikov [2–4]:

• prisotnost patogenov v teh vodah,

• prisotnost elementov, kot so natrij, težke kovine (Cu, Pb, Cr, Cd, Ni itd.) in druge snovi, ki lahko povzročijo degradacijo tal in zmanjšanje vrednosti pridelka,

• razvoj različnih organizmov, ki se nahajajo v namakalni vodi,

• patogeni organizmi in njihovo sposobnost preživetja postopkov čiščenja in

• patogeni, ki lahko preživijo v tleh.

Nekatere odpadne vode vsebujejo veliko količino dušika, fosforja, kalija in drugih hranil (na primer hranila iz industrije proizvodnje gnojil, alkohola itd., navedene v preglednici 1), ki spodbujajo razvoj rastlin. Iz vode za namakanje lahko izločijo približno 75 % dušika, do 100 % fosforja, 60–10 % kalija itd. Ocenjuje se, da lahko 50–100 m³ odpadne vode vsebuje toliko hranil kot tona gnoja. Koruza, pšenica, soja, krompir, lucerna in detelja iz namakalne vode absorbirajo znatne količine hranil.

Raziskave so pokazale, da uporaba odpadne vode ne povzroča večjih zdravstvenih težav. Na globini od 0,9 do 1,2 m se filtrirajo vse bakterije. V tleh se na prvem centimetru globine zadrži približno 90 % vseh mikrobov, na prvem milimetru pa od 62 do 64 %. Črevesne bakterije, ki pridejo v tla skupaj z odpadno vodo, večinoma absorbirajo koloidi v tleh, saprofitske bakterije pa jih uničijo [5]. Odpadna voda, ki jo je zemlja naravno filtrirala, pride v freatično plast brez mikrobioloških patogenov. Najpomembnejši mikroorganizmi pri namakanju z odpadno vodo so navedeni v preglednici 2.

Preglednica 1. Kategorizacija nekaterih industrijskih odpadnih voda glede na velikost CBO5 in vsebnost dušika.

Preglednica 2. Najpomembnejši patogeni, ki jih najdemo v odpadni vodi.

Ob dolgotrajnem namakanju z odpadno vodo se tla "utrudijo", zato je priporočljivo, da se voda pred uporabo prečisti. Zaradi zelo raznolike kemične sestave je treba odpadno vodo prečistiti tako, da se prepreči uničenje pridelkov, zasolitev tal itd. Kakovost ponovno uporabljene odpadne vode se lahko izboljša z razredčenjem s čisto vodo, zmanjšanjem količine natrija, zmanjšanjem količine soli iz živalske prehrane, dodajanjem sadre, ki nadomesti natrijev karbonat, itd. Obstoječe raziskave kažejo, da ponovna uporaba odpadne vode za namakanje poveča pridelek, predvsem zaradi večje vlažnosti tal in gnojenja.

Pri tleh z dobro prepustnostjo imajo zaradi manjše in zelo učinkovite porabe vode ter zaščite okoliških območij, zlasti pri uporabi odpadne vode, prednost metode podzemnega namakanja. Prečiščena odpadna voda se lahko uporablja tudi za podzemno namakanje in gnojenje poljščin, ki se gojijo v rastlinjakih. Priporočajo se tudi za industrijske rastline (kot je sladkorna pesa), pašnike, zelenjadnice, ki se uživajo po toplotni obdelavi (krompir), okrasne rastline in cvetje, pod pogojem, da se z namakanjem preneha mesec dni pred žetvijo.

Negativni učinki namakanja z odpadno vodo

Za namakanje z odpadno vodo je potrebno skrbno upravljanje in nadzorovanje lastnosti tal. V nasprotnem primeru se kakovost tal poslabša. Priporoča se predvsem za tla z dobro prepustnostjo za vodo in zrak, kar pospešuje mineralizacijo organskih snovi in uničenje patogenov. Samočiščenje tal je odvisno predvsem od mikrobiološke sestave tal (bakterije, aktinomicete, glive, praživali, ličinke) in je sestavljeno iz:

• Mineralizacije organskih snovi v anaerobnih pogojih – sladkorji se razgradijo v metan, vodo in ogljikov dioksid, beljakovine se pretvorijo v aminokisline, maščobe pa v glicerin in maščobne kisline. Zaradi fermentacije in razgradnje nastajajo spojine z močnim vonjem, kot so amonijak, vodikov sulfid in metan.

• Nitrifikacije – avtotrofne bakterije in arheje povzročajo oksidacijo nekaterih anorganskih spojin, pri čemer nastajajo nitriti. Gre za aerobni proces.

Nenadzorovano namakanje z odpadno vodo lahko povzroči nekatere pomanjkljivosti, kot so [2–4]:

• Utrujenost tal – lahko se pojavi po več letih namakanja z odpadno vodo in se kaže v povečanih količinah mikroelementov (npr. Zn, Cu), povečanih količinah škodljivih spojin (npr. klorida, sulfata, maščobnih kislin), dviganje kalija in železa v globine, degradaciji strukture tal ter nezadostnem zračenju. Posledično bodo rastline kazale simptome kloroze, razvoj nekaterih rastlin pa bo prizadet. Dokazano je, da je glavni vzrok teh pomanjkljivosti povezan s povečanim namakanjem zaradi večjega števila prebivalcev in porabe vode (od 60.000 do 70.000 kubičnih metrov na hektar v primerjavi z optimalno vrednostjo približno 3.000 kubičnih metrov na hektar) in z uporabo neprečiščene odpadne vode ter neustreznim upravljanjem tal.

• Zamašitev tal – nastane zaradi večje vsebnosti organske snovi, ki jo običajno spremlja večja količina dušika, kar delno zaustavi razvoj rastlin. Dobri rezultati pri odpadni vodi z visoko vsebnostjo dušika so bili doseženi z zadrževanjem vode v oksidacijskih bazenih. Ta metoda je učinkovita, saj mikroorganizmi z dovolj kisika razgradijo organske snovi. Metoda se uporablja v številnih državah, kot so Avstralija, Severna Amerika in Izrael.

• Sekundarna zasolitev tal – nastane zlasti na ilovnatih tleh z nizko prepustnostjo zaradi večje količine topnih soli v tleh. Natrij in drugi kationi v velikih količinah povzročijo uničenje strukturnih agregatov tal in zmanjšajo prepustnosti za vodo.

• Kisanje tal – poveča topnost kalcijevih in magnezijevih soli, zaradi česar pride do pomanjkanja hranil v prehrani rastlin. Do tega pojava pride, kadar ima odpadna voda pH nižji od 6,5.

• Onesnaženost tal – pojavi se lahko zaradi namakanja z industrijsko odpadno vodo, ki je onesnažena s škodljivimi kemikalijami, kot so težke kovine (npr. As, Cu, Ba, Ni, Cr, Zn, Co), fenoli, različne soli in detergenti. V zelo majhnem številu lahko spodbudijo rast rastlin, nad določeno mejo pa lahko razvoj zavirajo. Poleg tega jih lahko rastline absorbirajo in vstopijo v prehranski krog ter tako škodujejo prehrani živali in ljudi. Za namakanje ni priporočljivo uporabljati vode, ki vsebuje več kot 1 mg/L arzena, več kot 7 mg/L bakra, več kot 2 mg/L niklja in kobalta, več kot 80 mg/L natrija ter več kot 250 mg/L SO4. Tenzijsko aktivne snovi (detergentov) vplivajo na nitrifikacijo, dihanje in fotosintezo, saj se zaradi njih na površini listov tvori kožica.

• Okužba tal s patogenimi organizmi – posledica pretirane uporabe odpadne vode brez predhodnega čiščenja.

Druge slabosti uporabe odpadne vode za namakanje so:

• Gnojila bi lahko v nekaterih razmerah povzročila pretiran vegetativni razvoj, ki bi škodoval pridelku (sadje, žitarice itd.) in mikrobiološki aktivnosti tal.

• Če se mulj iz odpadkov uporablja kot organsko gnojilo, se lahko zmanjša vsebnost vode v tleh.

• Namakanje z odpadno vodo pozimi predstavlja problem.

Prednosti uporabe odpadne vode v kmetijstvu

Razumna uporaba odpadne vode v kmetijstvu ima številne ekonomske prednosti, med katerimi so najpomembnejše:

• Odprava težav, povezanih z odvajanjem odpadne vode,

• zmanjšanje stroškov zagotavljanja vode za namakanje na območjih, kjer primanjkuje drugih vodnih virov,

• delno dodajanje k podzemnim vodnim virom in dvigovanje njihove ravni,

• tehnična in ekonomična rešitev za biološko čiščenje odpadne vode,

• razširitev namakanih površin tudi na območja z manjšim številom vodnih virov,

• povečana količina pridelka,

• učinkovit način gnojenja tal,

• omogočanje rastlinam dostop do koristnih elementov, ki se nahajajo v tej vodi,

• manjša uporaba dragih gnojil (odpadna voda iz živalskih farm je zelo dobro dušikovo-kalijevo-fosforno gnojilo),

• preprosta asimilacija elementov,

• namakanje z odpadno vodo iz celulozne industrije, bogato s sulfiti, na nestrukturiranih tleh izboljša strukturo tal in poveča prepustnost za vodo.

Zaščita tal med namakanjem z odpadno vodo

Ukrepi za zaščito tal, ki se namakajo z odpadno vodo, so sledeči:

• Prevoz in distribucija vode morata biti skrbno opravljena.

• Količino uporabljene vode je treba izračunati racionalno.

• Čiščenje odpadne vode je treba opraviti pred namakanjem.

• Vsebnost strupenih kemikalij in patogenov mora biti pod priporočenimi mejnimi vrednostmi.

• Količine soli morajo biti v priporočenih mejnih vrednostih, da ne negativno vplivajo na fizikalne ter kemične lastnosti tal, rast rastlin in pridelek.

• pH vrednost mora biti med 6,5 in 8,5.

• Pri namakanju z odpadno vodo je treba upoštevati skupno količino snovi v vodi, fizikalne in kemične lastnosti tal, sistem namakanja, freatično raven, urnik namakanja in čas žetve.

• Redna drenaža namakanih polj.

• Polja, ki se namakajo z odpadno vodo, morajo imeti majhna pobočja ter dobro prepustnost tal. Prav tako morajo biti v bližini vodnega vira in ne smejo vsebovati razpokanih kamnin in usedlin.

• Sekundarno zasolitev tal je treba preprečiti tako, da se tla namakajo enkrat na dve leti in da se odpadna voda razredči s čisto vodo v razmerju 1:2 ali 1:5. Prav tako je potrebno uporabljati majhne količine vode.

Viri in literatura

1. Singh, A. A review of wastewater irrigation: Environmental implications, Resources, Conservation and Recycling, 168, 2021, 105454, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105454

2. Qadir, M., Wichelns, D., Raschid-Sally, L., McCornick, P.G., Drechsel, P., Bahri, A., Minhas, P.S. The challenges of wastewater irrigation in developing countries, Agricultural Water Management, 97, 2010, 561-568, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2008.11.004.

3. Hashem, M.S.; Qi, X. Treated Wastewater Irrigation—A Review. Water 2021, 13, 1527, https://doi.org/10.3390/w13111527.

4. Al Omron, A.M.; El-Maghraby, S.E.; Nadeem, M.E.A.; El-Eter, A.M.; Al-Mohani, H. Long term effect of irrigation with the treated sewage effluent on some soil properties of Al-Hassa Governorate, Saudi Arabia. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 2012, 11, 15–18, https://doi.org/10.1016/j.jssas.2011.04.004.

5. Li, B.; Cao, Y.; Guan, X.; Li, Y.; Hao, Z.; Hu, W.; Chen, L. Microbial assessments of soil with a 40-year history of reclaimed wastewater irrigation. Science of the Total Environment, 2019, 651, 696–705, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.193.