Potenciál využívania zrážkovej vody z povrchového odtoku
Podle Evropské rámcové směrnice o vodě - Water Framework Directive a dalších dokumentů je ohrožených 20 % evropských povrchových vod a 60 % podzemních vod je nadměrně využívaných. Využívání dešťové vody z povrchového odtoku je jednou z cest jak ochránit vzácnou a kvalitní pitnou vodu.
ÚVOD
Najpoužívanejšou surovinou, na ktorej si zakladá prírodná, ale aj technologická sféra je voda. Vo svetovom meradle je považovaná za jednu z výziev 21. storočia a tak sa stáva základnou požiadavkou života dnešnej civilizácie. V posledných rokoch Európska únia urobila niekoľko významných investícií do výskumu a vývoja podporením projektov súvisiacich s vodou v rôznych jej podobách. Práve výstupy z týchto projektov vedú napríklad k zaisteniu kvalitnejšej pitnej vody (napr. 6. rámcový program TECHNEAU), k vývoju nových metód čistenia odpadových vôd (FP6 NEPTUNE, INNOWATECH, Reclaim Water), pochopeniu klimatických zmien a možností adaptácie (FP7 ClimateWater, FP7 ACQWA, a FP7 PREPARED) a mali by slúžiť ako zdroj informácií pre budúci výskum (WssTP, 2010).
Podľa Európskej rámcovej smernice o vode - Water Framework Directive a príbuzných dokumentov je ohrozených 20% európskych povrchových vôd, 60% podzemných vôd je nadmerne využívaných. V rámci Európskej technologickej platformy (The Water supply and sanitation Technology Platform - WssTP) bol zverejnený dlhodobý plán stratégie tzv. Strategický plán výskumu (The Strategic Research Agenda - SRA) pre európsky vodný sektor do roku 2030. Zámerom tohto dokumentu je identifikovať hlavné problémy, ktorým čelí Európske odvetvie vodného hospodárstva. Hoci táto agenda bola pripravovaná s európskou perspektívou rieši tiež globálne otázky zamerané na klimatické zmeny, ich dopad a trvalú udržateľnosť. SRA vo svetovom meradle identifikovala 4 globálne oblasti ktorým budeme musieť čeliť. Sú to:
- Demografický rast a urbanizácia - zem je domovom 6,7 miliardy ľudí v roku 2010, cca 8 miliárd do roku 2030, urbanizácia patri na globálnej úrovni k jednej z najvýznamnejších zmien 20. a začiatku 21. storočia
- Globalizácia a rastlinné bohatstvo
- Priestorový a časový tlak - pobrežná urbanizácia, cestovný ruch
- Klimatické zmeny - vplyv na dostupnosť vody najmä v lete, zvýšenie vodného stresu, možné zhoršenie kvality vody
Taktiež určila 5 hlavných výziev, ktoré by mali byť splnené európskym výskumom pod 6 pilotnými programami (Obr. 1).
Tieto pilotné témy môžu byť použité ako vstup do 7. a 8. rámcového programu, ale tiež majú uľahčiť spoluprácu medzi jednotlivými členskými štátmi.
Práve pod pilotné programy č. 2 a 4 patrí hospodárenie zo zrážkovou vodou s povrchového odtoku (Storm Water Management - SWM) a jej následné využívanie. Využívanie zrážkovej vody z povrchového odtoku je jednou z ciest ako šetriť tak vzácnu a kvalitnú pitnú vodu akú na Slovensku máme.
V tomto príspevku sa budeme zaoberať možnosťami využívania dažďovej vody a poskytneme náhľad na situáciu na Slovensku - využitím dotazníkov. Uvedieme príklady a prístupy využívania zrážkových vôd vo svete, čím naznačíme akým smerom by sa malo Slovensko uberať.
1. Využívanie zrážkovej vody z povrchového odtoku
"Rainwater harvesting" - manažment využívania dažďových vôd - je to technológia zachytávania, odvádzania a akumulácie dažďovej vody pre jej ďalšie použitie z rôznych povrchov ako sú strechy, okolité urbanizované plochy a zatrávnené plochy. Vo všeobecnosti dažďovú vodu buď zachytávame pre jej ďalšie použitie, alebo ju pomocou infiltračných systémov necháme vsakovať do podzemnej vody čo zohráva dôležitú úlohu v udržiavaní hladiny podzemnej vody. Tento prístup je možné využívať ako u nových tak aj u starých budov.
Dažďovú vodu (Obr. 1) je možné používať na splachovanie WC, zavlažovanie, pranie, čistenie, chladenie, požiarna voda a dopĺňať systémy CZT (Tab.2). Zjednodušene sa samotný systém skladá z nádrže, filtra na dažďovú vodu a čerpacieho zariadenia na dažďovú vodu. Pre domácnosti sa dá dosiahnuť až 50% úspora spotreby pitnej vody. Napriek tomu podľa výskumníkov nie je ekonomicky zaujímavé využívanie vody v domácnostiach. Preto je potrebné zaoberať sa komerčnou sférou - priemyselné parky a zastavané územia.
| Výhody | Nevýhody |
|---|---|
| Mäkká voda, neobsahuje chlór a minerálne látky | Mierne zakalenie vody |
| Má veľmi dobré rozpúšťacie účely - preto je vynikajúca pre pranie, umývanie dlážok, čistenie, zavlažovanie..... | Nespoľahlivosť v dodávke vody v obdobiach sucha |
| Zadarmo relatívne čistý zdroj vody, v mieste spotreby | Odporúča sa na nepitné účely |
| Zníženie prevádzkových nákladov | Správny návrh zásobníka, umiestnenie - aby sme udržali kvalitu vody |
| Šetrí vodné zdroje, trvalo udržateľný prístup | Vyššie vstupné náklady - rekonštrukcia |
| Využívanie v domácnostiach nevyžaduje zložité technológie, zabezpečí domácnosti prísun vody aj pri výpadku, poruchách vodovodnej siete..... |
Tabuľka 1 Výhody a nevýhody zrážkovej vody z povrchového odtoku
Otázkou je, ktorý zo systémov využívania dažďovej vody je najvhodnejší pre rôzne typy budov. Môžeme hovoriť o zachytávaní vody zo striech a ich akumulácii v podzemných akumulačných nádržiach, alebo rozšíriť tento tradičný systém o zachytávanie dažďovej vody z povrchového odtoku z urbanizovaných plôch. Základom dobrého návrhu sú čo najpresnejšie vstupné údaje. V tomto prípade pre konkrétnu oblasť úhrny zrážok, potreba vody, plocha strechy (príp. celej odvodňovanej oblasti). Na základe týchto vstupných údajov je možné vypracovať vzájomné závislosti a určiť najoptimálnejšiu veľkosť akumulačnej nádrže a navrhnúť najvhodnejší systém. Pri návrhu akéhokoľvek systému sa musíme držať príslušných zákonov, noriem a predpisov. Prehľadný náhľad do situácie v Slovenskej republike poskytol vo svojom príspevku pod názvom "Význam technických noriem v oblasti dimenzovania stôk, dažďových nádrží a vsakovania" Zoltán Samarjay.
Tabuľka 2 Možnosti využívania zrážkovej vody z povrchového odtoku (G.Hauber-Davidson, 2010)
Ak zohľadníme prístupy trvalo udržateľného manažmentu, využívané v európskych projektoch a uvedomíme si možné environmentálne dopady pri zlom hospodárení so zrážkovými vodami môžeme zmeniť klasický prístup aký bol zobrazený na obrázku 2a na trvalo udržateľný prístup (Obr. 2b) hospodárenia so zrážkovými vodami. Zavedením princípov, ktoré reagujú na svetové výzvy zaradíme Slovensko medzi rýchlo sa rozvíjajúce štáty podporujúce "Princípy zeleného manažmentu a ekonomiky".
 Obrázok 2a) klasický prístup |
 Obrázok 2b) trvaloudržateľný prístup |
2. Manažment využívania vody v slovenských domácnostiach
Na zhodnotenie hospodárenia s vodou v domácnostiach sme zvolili formu subjektívneho hodnotenia - pomocou dotazníkov. Bola oslovená reprezentatívna vzorka obyvateľov, ktorá pozostávala zo 50-tich posudzovateľov, z čoho 34% bolo mužov. Priemerný vek posudzovateľov bol 39 rokov. Pred hodnotením boli osoby poučené ako dotazník správne vyplniť. Hodnotenie prebiehalo v júni 2010. Významným faktom je že 100% posudzovateľov používa pitnú vody na všetky účely (splachovanie WC.....). Taktiež zaujímavým výsledkom je, že menej ako 46% používa dvojitú nádržku na splachovanie. Z obrázku 3 je zrejmé, že viac ako 68% posudzovateľov používa pitnú vodu na umývanie áut. Skoro polovica posudzovateľov používa dažďovú vodu na polievanie záhrady.
Obrázok 3 Výsledky prieskumu - polievanie záhrad a umývanie áut
Našich posudzovateľov sme sa opýtali na ich dôvody šetrenia pitnej vody (Obr.4) a na názor o splachovaní WC s dažďovou vodou (Obr.4).
Obrázok 4 Výsledky dotazníka - splachovanie WC a šetrenie pitnou vodou
Spracovaním dotazníka sme získali prehľad o názoroch posudzovateľov o využívaní manažmentu dažďových vôd a ich návykoch pri spotrebe pitnej vody. 92% posudzovateľov uvažuje o technológiách využívania dažďovej vody pri plánovaní nového domu (Obr.5). Pri celkovom zhodnotení výsledkov je zrejmé, že obyvatelia Slovenska budú šetriť pitnú vodu ak sa im poskytnú vhodné podmienky a návratnosť vstupných nákladov do 5 rokov. Sú otvorení novým myšlienkam a prístupom trvaloudžateľného manažmentu.
Obrázok 5 Výsledky dotazníka
3. Príklady využívania zrážkovej vody z povrchového odtoku vo svete
Zrážková voda z povrchového odtoku sa využíva prevažne na nepitné účely, ale v niektorých častiach sveta je používaná aj ako náhrada za pitnú vodu. Z veľkého množstva príkladov jej využívania vyberáme najzaujímavejšie:
V Brazílii, v meste Florianopolis bola vypracovaná štúdia potenciálu úspor pitnej vody pre štvorposchodový súbor obytných domov pozostávajúci z troch blokov. Predpokladané úspory pre jednotlivé bloky boli: A 39,2% pre blok B 40,1% a pre blok C 42,7%. Na základe počítačových simulácií, zohľadňujúcich lokálne zrážkové pomery bola úspora znížená na 14,7% pre blok A, 15,6% pre blok B a 17,7% pre blok C s tým, že sa uvažuje využitie dažďovej vody na splachovanie WC, pranie a upratovanie. Aj napriek relatívne nízkym percentuálnym podielom náhrady pitnej vody dažďovou bola návratnosť tohto systému vypočítaná do piatich rokov, čo možno považovať za ekonomicky výhodné (Ghisi, 2007). Ďalším zaujímavým príkladom z Brazílie bolo využitie akumulácie dažďovej vody pre účely umývania automobilov.
V tomto prípade bol potenciál šetrenia pitnej vody vysoký. Je to hlavne kvôli veľkej ploche strechy čerpacej stanice, vysokej potrebe vody a dobrej výdatnosti zrážok Bolo simulovaných viacero podmienok, kde sa zistilo, že úspora pitnej vody môže dosiahnuť od 7,4% do 57,2%. V priebehu výskumu bolo taktiež zistené, že výsledky sa líšia v závislosti od zrážkových údajov z rôznych meracích staníc. Z toho vyplýva, že je nutné brať do úvahy vždy údaje z najbližšej meracej stanice k riešenej lokalite. Aby bola zachovaná garancia vysokej efektívnosti systému, musí byť veľkosť akumulačnej nádrže vhodne nadimenzovaná pomocou simulačného programu. Zo štúdie vyplýva, že využívanie zrážkových vôd pre účely umývania automobilov na čerpacích staniciach môže byť aplikované kdekoľvek na svete, kde sú dostatočné zrážky (Ghisi, 2009).
Prípadová štúdia analýzy akumulácie dažďovej vody na podporu potreby vody v domácnostiach v rezidenčnej časti Ringdansen v Norrköping vo Švédsku - ak sa uvažuje, že dažďová voda sa odvádza z celkovej plochy striech obytného súboru v Ringdansene a voda sa používa len na splachovanie WC a použije sa akumulačná nádrž o kapacite 40 m3, je možné ušetriť viac ako 60% pitnej vody. Pre každý blok sa predpokladá akumulačná nádrž s objemom 80 m3 s prislúchajúcou zbernou plochou 20 000m2, ktorá by ušetrila až 60% vody potrebnej na zavlažovanie počas leta. Projekt v Ringdansene by mal byť prvým veľkým projektom svojho druhu vo Švédsku a taktiež jedným z najväčších projektov v Európe (Edgar at all, 2005).
Využívanie v Japonsku a troch -viacúčelových štadiónoch v: Tokiu, Nagoyi a Fukoke - V týchto štadiónoch sa zrážková voda používa na splachovanie WC a zavlažovanie. Záchytná plocha je pre jednotlivé štadióny 16 000m2, 25 900m2 a 35 000m2. Veľkosti akumulačných nádrží sú 1000m3, 1800m3 a 1500m3. Merania vo Fukoke potvrdili, že približne 75% zrážkových vôd zo strechy bolo využitých, čo predstavuje značné úspory (Edgar at all, 2005).
Londýn a štadión Millenium Dome - je ďalším príkladom veľkorozmerného využívania zrážkových vôd. Strecha štadióna predstavuje plochu približne 100 000m2 odkiaľ je zrážková voda odvádzaná za pomoci veľkých lievikov, odkiaľ sa vypúšťa do hlavného zberného žľabu, ktorý je po celom obvode strechy. Zachytená zrážková voda je potom vypustená do dažďovej stoky obsahujúcej 800m3 podzemných nádrží s tromi výtlačnými čerpadlami odkiaľ môže byť prebytočná dažďová voda vypustená do Temže, alebo odvedená do ČOV. Systém ukázal, že dažďová voda pokryje 10% z celkovej potreby vody a 20% potreby vody na splachovanie WC (Edgar at all, 2005).
Berlín, Potsdamer Platz a súbor budov Daimler-Chrysler - odtok zo striech z 19 budov a celkovej ploche 32000 m2 je akumulovaných v pivničných nádržiach s kapacitou 3500m3. Voda sa požíva splachovanie WC, polievanie záhrad a vegetačných striech a doplnenie vegetačných jazierok. Ďalším príkladom z Berlína je budova na ulici Bless-Luedecke, kde sa akumuluje voda zo strechy o ploche 7000m2 súčasne s vodou z ulíc, parkovísk a chodníkov o ploche 4200m2 v akumulačnej nádrži objeme 160m3. Po vyčistení sa voda požíva na splachovanie WC a polievanie. Použitím takéhoto systému je lokálne zachytených 58% dažďovej vody. Počas 10-tich rokov sa ukázalo, že ročne sa ušetrí 2430m3 pitnej vody (Edgar at all, 2005).
Národný štadión Peking - Jedná sa o prvý systém recyklácie dažďovej vody v Číne. Systém využíva podzemné bazény, ktoré sú schopné spracovať až 100 ton dažďovej vody za hodinu, z čoho 80 ton môže byť znovu použitých na údržbu "zelených plôch", protipožiarnu vodu a upratovanie. Táto pokročilá technológia úpravy vody bola a je súčasťou väčšej snahy pomôcť Pekingu v implementácii trvalo udržateľného vodného manažmentu počas Olympijských hier a aj po ich skončení (GE Olympic rainwater recycling, 2007).
4. Záver
Využívanie zrážkovej vody otvára mnoho otázok. Je dôležité využívať dostupné matematické, simulačné a predikčné modely úhrnov zrážok s uvažovaním klimatických zmien. Sú jedným z najdôležitejších vstupov pri navrhovaní, čo najefektívnejších systémov. V prípade nezváženia vplyvu klimatických zmien sa môže stať, že navrhnutý efektívny systém bude úplne neúčinný v priebehu niekoľkých rokov. Podľa výsledkov dotazníka je záujem obyvateľov o využívanie dažďových vôd na domáce účely a zavlažovanie, ale veľkú perspektívu vidíme aj pre priemyselné oblasti. Nadväzujúci príspevok sa viac venuje priemyselným oblastiam a ich výzvam, poukazuje na smer našeho ďalšieho výskumu. Odborníci v problematike vody sa zhodli, že jedine multidisciplinárnym prístupom sa nám podarí dosiahnuť vytýčené ciele.
Využívaním nových integrovaných prístupov a efektívnych, udržateľných technológii prispejeme k zlepšeniu sociálnej a ekonomickej sféry našej krajiny. Zaručíme trvaloudržateľný prístup a ochranu vodných zdrojov a tým aj dostatok pitnej vody pre ďalšie generácie.
Poďakovanie
Centrum spolupráce bolo podporované Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. SUSPP-0007-09.
Literatúra
Coombes P. J., Kuczera G., Integrated Urban Water Cycle Management: moving towards systems understanding
Enedir Ghisi, Daniel F. Ferreira: Potential for potable water savings by using rainwater and greywater in a multi-storey residential building in southern Brazil, Building and Environment, Volume 42, Issue 7, July 2007, Pages 2512-2522
Enedir Ghisi, Davi da Fonseca Tavares, Vinicius Luis Rocha: Rainwater harvesting in petrol stations in Brasília: Potential for potable water savings and investment feasibility analysis Resources, Conservation and Recycling, In Press, Corrected Proof, Available online 31 July 2009
Edgar L. Villarreal, Andrew Dixon: Analysis of a rainwater collection system for domestic water supply in Ringdansen, Norrköping, Sweden, Building and Environment, Volume 40, Issue 9, September 2005, Pages 1174-1184
GE Olympic rainwater recycling: In: Industry news, October 2007
Hauber-Davidson G, Large Commercial Rainwater Harvesting Projects,
Internet: http://eia.enviroportal.sk/zoznam
König, Klaus W.: A Low impact architecture in Germany Cooling with Rainwater, lowering CO2 Emissions
Samarjay Z.,:Význam technických noriem v oblasti dimenzovania stôk, dažďových nádrží a vsakovania, 2010, (01.09.2010)
United Nations World Water Developement Report (2003),
Vranayová Z., Karelová Z., Rainwater harvesting in Slovakian conditions, 8th Water Supply, Sewage Systems, Wastes - Small Water Works - Alternative Energy Sources Conference, 2009, ISBN 978-80-893-8506-5
WssTP: Strategic Research Agenda, Executive Summary 2010, http://www.wsstp.eu (15.08.2010)
WSSTP: Common Vision for European Water Innovation (Newsletter October 2010),"Sustainable water management inside and around large urban areas",
According to the Water Framework Directive and other documents is at risk of 20 % of European surface waters and 60 % of groundwater is overexploited. The use of rain water from surface runoff is one way to protect rare and high quality drinking water.