Porównawcza wydajność osadu czynnego i stawów stabilizacyjnych w usuwaniu zanieczyszczeń i patogenów w oczyszczalniach ścieków pełnej skali w Egipcie

Dlaczego oczyszczanie ścieków ma znaczenie w życiu codziennym

W wielu suchych krajach, w tym w Egipcie, oczyszczone ścieki są coraz częściej ponownie wykorzystywane do nawadniania upraw i terenów zielonych. Ma to sens w ocieplającym się świecie przy kurczących się zasobach wód słodkich, ale rodzi ważne pytanie dla zdrowia publicznego: jak czysta jest ta woda, zwłaszcza gdy może nadal przenosić zarazki wywołujące choroby? Badanie to śledzi drogę ścieków przez dwie duże oczyszczalnie w Egipcie, porównując, jak skutecznie każda z nich usuwa zanieczyszczenia, składniki odżywcze i drobnoustroje chorobotwórcze, zanim woda zostanie wypuszczona lub wykorzystana ponownie.

Dwa różne sposoby oczyszczania zanieczyszczonej wody

Naukowcy skupili się na dwóch oczyszczalniach pełnej skali, obsługujących od kilkuset tysięcy do milionów ludzi. Jedna oczyszczalnia, nazwana WWTP‑A, stosuje system „osadu czynnego”, w którym ścieki mieszane są z tlenem i gęstymi społecznościami bakterii szybko rozkładającymi zanieczyszczenia organiczne. Druga, WWTP‑B, opiera się na ciągu otwartych stawów stabilizacyjnych. W tych stawach światło słoneczne, glony i naturalnie występujące mikroby powoli oczyszczają wodę, gdy przemieszcza się ona z jednego basenu do drugiego. Obie oczyszczalnie działają w podobnym klimacie i przetwarzają podobne rodzaje ścieków, co czyni je idealnymi do porównania „bok w bok”.

Jak dobrze usuwają zanieczyszczenia?

Zespół pobierał próbki wody wpływającej i wypływającej co miesiąc przez siedem miesięcy i mierzył typowe wskaźniki zanieczyszczeń. Obejmowały one chemiczne i biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (COD i BOD), które opisują, ile materiału organicznego jest obecne, oraz składniki odżywcze, takie jak azot i fosfor, które mogą napędzać zakwity glonów, jeśli trafią do rzek lub kanałów. Oczyszczalnia osadu czynnego usunęła prawie 90% COD i ponad 80% BOD, pozostawiając znacznie klarowniejszy ściek o niskiej zawartości materiału organicznego. System stawowy w porównaniu usuwał średnio tylko około 56% zarówno COD, jak i BOD, a jego wydajność znacznie się wahała w czasie. Wysokie poziomy glonów i rozkładającej się materii roślinnej w stawach prawdopodobnie utrzymywały wyższe stężenia zanieczyszczeń organicznych przy odpływie. Jeśli chodzi o składniki odżywcze, obie oczyszczalnie redukowały azot i fosfor, lecz ponownie lepiej radził sobie system osadu czynnego, szczególnie z fosforem, który usuwał zarówno przez pobór biologiczny, jak i wiązanie chemiczne.

Co dzieje się z szkodliwymi bakteriami?

Ponadto w badaniu śledzono duże grupy bakterii wskazujących na zanieczyszczenie fekalne, takich jak bakterie grupy coli ogółem i Escherichia coli, oraz specyficzne patogeny, w tym Salmonella, Pseudomonas, Staphylococcus i Listeria. Obie oczyszczalnie zmniejszyły poziomy bakterii o kilka rzędów wielkości, dzięki sedymentacji, naturalnemu obumieraniu oraz, w przypadku osadu czynnego, efektywnemu zlepianiu i usuwaniu bakterii razem z osadem. Oczyszczalnia osadu czynnego konsekwentnie osiągała nieco wyższe redukcje logarytmiczne niż stawy, zwłaszcza dla gatunków chorobotwórczych, które mają skłonność do przylegania do cząstek. Jednak nawet po oczyszczaniu w końcowej wodzie obu systemów nadal stwierdzano mierzalne liczby bakterii i patogenów, co wskazuje, że zrzut lub ponowne wykorzystanie bez dalszych zabezpieczeń nadal może wiązać się z ryzykiem zakażenia.

Ukryte wyzwanie: wirusy, które się przeciskają

Ponieważ wirusy są małe i często bardziej odporne niż bakterie, badacze zmierzyli także kilka wirusów związanych z ludźmi i markerów wirusopodobnych, w tym adenowirusy, rotawirusy, bakteriofaga crAssphage oraz somatyczne kolifagi. Stwierdzili, że poziomy wirusów spadały jedynie o około jeden do trzech rzędów wielkości, znacznie mniej niż redukcje widoczne dla bakterii. Oczyszczalnia osadu czynnego generalnie wypadała lepiej dla niektórych wirusów, takich jak adenowirus, podczas gdy stawy radziły sobie lepiej z innymi, lecz żadna z technologii nie usuwała konsekwentnie wirusów do bardzo niskich poziomów. Testy statystyczne wykazały, że powszechne bakteryjne wskaźniki nie przewidują wiarygodnie, ile wirusów pozostaje, co podkreśla, że „spełnianie” obecnych standardów bakteryjnych nie oznacza automatycznie, że woda jest wolna od zagrożeń wirusowych.

Co to oznacza dla bezpiecznego ponownego wykorzystania wody

Dla krajów zmuszonych do ponownego wykorzystywania oczyszczonych ścieków w obliczu niedoboru wody, to badanie wysyła jasny przekaz. Nowoczesne oczyszczalnie osadu czynnego mogą przewyższać proste systemy stawowe w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych, składników odżywczych i bakterii, lecz obie metody mają trudności z eliminacją odpornych wirusów ludzkich. Poleganie wyłącznie na tradycyjnych kontroli bakteryjnej w przepisach może dawać fałszywe poczucie bezpieczeństwa, ponieważ wirusy mogą utrzymywać się nawet przy akceptowalnych liczbach bakterii. Autorzy argumentują, że menedżerowie gospodarki wodnej powinni uwzględniać cele i markery specyficzne dla wirusów, takie jak crAssphage, przy ocenie wydajności oczyszczania. Dodanie dodatkowych etapów uzdatniania lub środków ochronnych — szczególnie tam, gdzie ludzie mogą dotykać lub wdychać krople z wody ponownie wykorzystywanej — będzie niezbędne, aby przekształcić ścieki z zagrożenia zdrowotnego w wiarygodne źródło zasobów.

Cytowanie: Kamel, M.A., Rizk, N.M., Gad, M. et al. Comparative performance of activated sludge and waste stabilization ponds for the removal of pollutants and pathogens in full-scale wastewater treatment plants in Egypt. Sci Rep 16, 5266 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35933-4

Słowa kluczowe: oczyszczanie ścieków, osad czynny, stawy stabilizacyjne, ponowne wykorzystanie wody, wirusy przenoszone drogą wodną