Centralizovaná úprava odpadových vôd je kľúčová pre rast populácie a urbanizáciu, avšak najnovšie komplexné hodnotenie emisií zo zariadení na zhodnocovanie vodných zdrojov (WRRFs) v USA odhalilo, že tento sektor predstavuje výrazne podceňovaný zdroj skleníkových plynov a amoniaku.

Odpadové vody sú hlavným mestským zdrojom metánu (CH₄) a oxidu dusného (N₂O). Tieto dva plyny sú po oxide uhličitom (CO₂) najvýznamnejšími antropogénnymi skleníkovými plynmi (GHGs) a spoločne sú zodpovedné za 22 % oteplenia od roku 1850.

Dramatické podcenenie emisií

Štúdia, ktorá predstavuje doteraz najkomplexnejší súbor meraných údajov z hľadiska počtu zariadení a časových období, zahŕňala meranie emisií CH₄, N₂O a NH₃ vo viac ako 96 amerických WRRFs, ktoré spoločne spracúvajú približne 9 % centralizovaných odpadových vôd v USA.

Výsledky ukazujú, že merané emisie boli podstatne vyššie než uvádzajú súčasné americké inventúry. Konkrétne, emisie N₂O boli 1,9-krát vyššie a emisie CH₄ boli 2,4-krát vyššie.

Je dôležité poznamenať, že metán (CH₄) má 100-ročný potenciál globálneho otepľovania (GWP₁₀₀) 28, zatiaľ čo oxid dusný (N₂O) má GWP₁₀₀ až 265. N₂O navyše ostáva v atmosfére v priemere 116 rokov, čím predstavuje dlhodobý dopad na klímu a poškodzovanie stratosférického ozónu.

V dôsledku týchto zistení je aktualizovaný inventár emisií CH₄ pre sektor domových odpadových vôd v USA odhadovaný na 17,9 MtCO₂e ročne, čo je 2,4-krát viac ako inventár US EPA (7,6 MtCO₂e ročne). Emisie N₂O sú odhadované na 31,5 MtCO₂e ročne, čo je 1,9-krát viac ako predchádzajúci inventár. Kombinovaný klimatický efekt CH₄ a N₂O vedie k priamym emisiám skleníkových plynov v hodnote 49,8 MtCO₂e ročne.

Prehliadaný zdroj amoniaku

Okrem skleníkových plynov sa ukázalo, že WRRFs sú aj prehliadaným zdrojom mestského amoniaku (NH₃). Zistené emisie NH₃ zo sektora domových odpadových vôd v USA predstavujú 86 kt NH₃ ročne. Hoci sa amoniak zistil len v malej frakcii zariadení, tento odhad je o viac ako dva rády vyšší ako súčasné odhady EPA (<1 kt NH₃ ročne) a je porovnateľný s emisiami z ľahkých vozidiel (bez nafty). Amoniak rýchlo reaguje s kyslými zlúčeninami, čo vedie k tvorbe jemných častíc, ktoré zhoršujú kvalitu ovzdušia a negatívne ovplyvňujú ľudské zdravie a ekosystémy.

Fenomén „super-emitérov“ a možnosti mitigácie

Rozsah emisií je mimoriadne variabilný, často sa líši o niekoľko rádov. Zásadné zistenie sa týka koncentrácie emisií: iba horných 10 % zariadení prispieva k 74 % celkovej uhlíkovej stopy. Horná polovica emitérov je zodpovedná za viac ako 98 % meranej uhlíkovej stopy.

Tieto zistenia naznačujú, že neefektívnosť v jednotlivých zariadeniach nie je izolovaná len na jeden proces. Napríklad zariadenia, ktoré využívajú anaeróbnu digesciu (AD) na spracovanie kalu, emitujú v priemere 2,5-krát viac CH₄ v pomere k spracovanému odpadu než zariadenia bez AD.

Preto by sa snahy o zmiernenie emisií mali zamerať predovšetkým na väčšie zariadenia a „super-emitéry“, ktoré majú zároveň zvyčajne viac zdrojov na zavedenie takýchto opatrení. Ak by sa emisie deviatich najväčších emitérov znížili na mediánové hodnoty, predišlo by sa emisiám ekvivalentným 3,1 MtCO₂e ročne.

Budúce výzvy

S rastúcou globalizáciou a urbanizáciou sa bude zvyšovať aj dopyt po centralizovanej úprave odpadových vôd. Ak sú zistenia z USA reprezentatívne pre globálne zariadenia, prognózy naznačujú, že v dôsledku rastu úpravy odpadových vôd vzrastie jej relatívny príspevok ku globálnym emisiám skleníkových plynov 2- až 17-násobne do roku 2100.

Pre dosiahnutie cieľov udržateľnosti a „net-zero“ plánov je nevyhnutné venovať väčšiu pozornosť emisiám z čistiarní odpadových vôd a zaviesť častejší a rozšírenejší monitoring. Je kriticky dôležité preskúmať vzťah medzi odstraňovaním živín z odpadových vôd a emisiami do ovzdušia, aby sa určili environmentálne udržateľné procesy, ktoré sú prínosné pre ovzdušie aj vodu. JRi