Budynki wykorzystujące wodę deszczową, których nie trzeba podłączać do sieci wodociągowej i kanalizacyjnej? Nad takim rozwiązaniem pracują naukowcy z Politechniki Wrocławskiej. Na realizację projektu otrzymali z NCBiR 2,3 mln zł w ramach konkursu „Technologie domowej retencji”.

Zasoby wodne w Polsce praktycznie w całości zasilane są wodami deszczowymi. Urbanizacja, wzrost zapotrzebowania na wodę oraz wywołane zmianami klimatu susze i gwałtowne lecz krótkotrwałe opady powodują kurczenie się dostępnych zasobów wód do zasilania sieci wodociągowych.

Ekologicznym rozwiązaniem jest lokalna retencja wód deszczowych oraz zamknięty obieg wody w budynku. Rozwiązanie to oferuje dwie podstawowe zalety: wykorzystuje lokalnie zbieraną wodę deszczową do zapewnienia użytkownikom stałego dostępu do czystej i bezpiecznej wody do codziennych czynności, oraz zatrzymuje wody opadowe zmniejszając obciążenie sieci kanalizacyjnej oraz ryzyko podtopień i powodzi, wylań z kanalizacji i uszkodzenia infrastruktury miejskiej.

– Woda opadowa z „uszczelnionych” powierzchni jest błyskawicznie odprowadzana do kanalizacji, która w efekcie szybko się przepełnia, a dodatkowo tę wodę tracimy – mówi dr hab. Bartosz Kaźmierczak, prof. uczelni, koordynator projektu i dziekan Wydziału Inżynierii Środowiska. – A przecież po odpowiednim oczyszczeniu wodę deszczową moglibyśmy wykorzystać choćby do spłukiwania toalet, podlewania ogrodów, mycia samochodów, a dzięki nowoczesnym technologiom nawet do spożycia – dodaje.

Jak nie tracić wody?

Opracowanie koncepcji systemu lokalnego zagospodarowania wód deszczowych, było głównym celem konkursu „Technologie domowej retencji” zorganizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Pomysły musiały znaleźć zastosowanie m.in. w typowym domu jednorodzinnym.

Dr inż. Demis Pandelidis opracował nowatorską metodę oczyszczania, a zespół naukowców z Wydziałów Inżynierii Środowiska i Mechaniczno-Energetycznego PWr zaproponował stworzenie systemu urządzeń i zbiorników, które pozwolą na zbieranie wód opadowych, ich magazynowanie, oczyszczanie i wykorzystywanie do codziennego użytku.

– Nasze rozwiązanie całkowicie eliminuje potrzebę podłączenie nowoprojektowanych domów jednorodzinnych do sieci wodociągowych. Z tego względu pomysł otrzymał najwyższe oceny w konkursie, a eksperci NCBiR docenili także zaproponowane przez nas pomysły związane z odzyskiem i ponownym wykorzystaniem wody – podkreśla prof. Bartosz Kaźmierczak. – Warto dodać, że stosując przydomową retencję, zmniejszamy nie tylko zapotrzebowanie na wodę wodociągową, ale też chronimy zasoby wodne – zaznacza.

Projekt naukowców nie tylko zakłada wykorzystanie wody deszczowej, lecz także zamknięcie obiegu tzw. wody szarej, czyli pochodzącej z kąpieli, prania czy mycia naczyń. Po właściwym oczyszczeniu woda szara mogłaby zostać ponownie wykorzystana do wszystkich domowych czynności.

– System jest w stanie zaspokoić codzienne zapotrzebowanie wody w każdym zakresie, ale przyjęliśmy założenie że woda do picia będzie pochodziła jedynie z wód opadowych – wyjaśnia dr inż. Demis Pandelidis z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego. – Niestety nie jesteśmy w stanie odzyskać i wykorzystać 100 proc. wody szarej, ponieważ na etapie oczyszczania występują straty wody. W naszym rozwiązaniu dach o powierzchni 100 m kw. bez problemu pozwala zrekompensować te straty wodą deszczową – dodaje.

Zagospodarowane zostaną także tzw. ścieki czarne, czyli pochodzące z toalet. Choć technologicznie możliwe jest oczyszczenie ich do poziomu wody zdatnej do picia, to tego typu systemy stosowane są tylko w wyjątkowych przypadkach np. w habitatach kosmicznych. Rozwiązanie zaproponowane przez naszych naukowców zakłada oczyszczanie ścieków czarnych do poziomu, który pozwoli je bezpiecznie rozsączyć w przydomowym ogródku. 

System domowej retencji będzie zautomatyzowany, energooszczędny i praktycznie bezobsługowy, bezpieczny dla użytkowników i ekologiczny. Stanowić będzie ogniwo zrównoważonego rozwoju obszarów zurbanizowanych poprawiając dostępność wody bez szkody dla środowiska. Całkowicie zautomatyzowany będzie także monitoring parametrów jakości wody, co pozwoli zdalnie diagnozować pracę systemu i szybko wykrywać ewentualne zakłócenia czy problemy.

Najpierw dom, później szkoła

W pierwszym etapie nasi naukowcy opracują prototypowy system retencji dla wybranego przez NCBiR domu jednorodzinnego. Rozwiązania, które sprawdzą się najlepiej, zostaną wykorzystane w II etapie, który będzie dotyczył dużo większego obiektu – szkoły, w której uczy się od 200 do 300 uczniów.

– Zastosowane rozwiązania techniczne w obu przypadkach mają być podobne, ale wyzwanie związane ze szkołą jest znacznie trudniejsze. Wynika to z większej liczby użytkowników oraz całkowicie innej charakterystyki zużycia wody. Pod uwagę musimy wziąć także okresowe zamknięcie budynku w czasie wakacji – wyjaśnia prof. Bartosz Kaźmierczak.

Opracowywany system retencji będzie prototypowy, a więc z założenia przy pierwszym wykonaniu jego koszt będzie stosunkowo wysoki. Sprawdzenie działania wielu niestosowanych dotychczas rozwiązań pociąga bowiem za sobą większe koszty. 

– Jednak w przypadku masowej produkcji jego cena znacząco spadnie i dla nowoprojektowanych domów, które z różnych względów nie mają dostępu do sieci wodociągowej, takie rozwiązanie będzie na pewno korzystną ekonomicznie alternatywą – zaznacza dr inż. Demis Pandelidis.

Prace nad projektem ruszą już w październiku. Pierwszy etap będzie trwał 17 miesięcy. W tym czasie przygotowany i przebadany zostanie prototyp systemu domowej retencji i zamkniętego obiegu wody. Następnie rozpocznie się II etap, który potrwa kolejne siedem miesięcy i polegać będzie na zbudowaniu demonstratora systemu w wersjach dla budynku jednorodzinnego oraz dla szkoły.

Wynikiem projektu będzie kompletny produkt rynkowy w postaci systemu domowej retencji do zastosowania w budynkach jednorodzinnych i szkolnych. W założeniu ma to być dostępne i atrakcyjne rozwiązanie dla szerokiego grona odbiorców, tak aby technologia lokalnej retencji wody deszczowej i zamkniętego obiegu wody w budynku trafiła pod przysłowiowe "strzechy".

Naukowcy podkreślają, że uwzględniając efekt skali systemy te zastosowane w tysiącach budynków zmienią nasze codzienne życie, zapewniając niezależność od zewnętrznych źródeł wody i zmniejszając obciążenie obecnych. Stosowane na szeroką skalę, w dużej liczbie budynków odciążą sieci wodociągowe i kanalizacyjne oraz przyczynią się do adaptacji do zmian klimatu łagodząc skutki susz, podtopień czy ulewnych opadów.

Badacze mają nadzieję, że systemy domowej retencji staną się elementem energooszczędnego budownictwa, wpisującym się w zasady zrównoważonego rozwoju oraz gwarantującym ochronę zasobów i polepszenie stanu otaczającego nas środowiska. 

W sumie w konkursie „Technologie domowej retencji” realizowane będą cztery projekty, a Politechnika Wrocławska jest jedyną uczelnią, która otrzymała dofinansowanie.

mic