Jak oczyszcza się woda

Pierwsze miejskie systemy kanalizacyjne po prostu odprowadzały ścieki poza miasto, najczęściej do pobliskiej rzeki. Niewielkie ilości ludzkich i zwierzęcych odchodów zostają zneutralizowane w toku pięciu naturalnych procesów. Obecne w wodzie zanieczyszczenia, przepływając przez piasek lub piaszczystą glebę, ulegają odfiltrowaniu. Mogą być także trawione przez bakterie, co dzieje się szybciej w warunkach natlenienia wody, gdy rzeka płynie kamienistym korytem lub przepływa przez wodospad. Gdy zaś nurt jest powolny lub woda spoczywa nieruchomo w zbiorniku, cząstki zanieczyszczeń opadają na dno wskutek sedymentacji. I wreszcie pod wpływem ciepła słonecznego procesy bakteryjne ulegają przyspieszeniu, a ultrafioletowe światło słoneczne dezynfekuje nieczystości. Każdy nowoczesny system uzdatniania wody naśladuje te naturalne procesy.

Korzystają z nich dwudziestowieczne oczyszczalnie, które za pomocą pomp i systemów mechanicznych uzdatniają znaczną ilość wody na małej przestrzeni. Ścieki spływają najpierw do zbiorników sedymentacyjnych w celu oddzielenia ciał stałych i cząsteczek zawieszonych, a następnie do zbiorników napowietrzających. Niekiedy wodę się podgrzewa, by zwiększyć aktywność mikroorganizmów, a następnie filtruje przez piasek w celu oddzielenia wszelkich pozostałych niepożądanych cząstek. W bardziej zaawansowanych systemach przepuszcza się ją także przez membranę o otworkach tak małych, że zatrzymują wszelkie chemikalia poza farmaceutycznymi, które zawsze sprawiają najwięcej problemów – zdarza się, że ryby żyjące w pobliżu oczyszczalni ścieków tracą płodność pod wpływem rozpuszczonych w wodzie środków antykoncepcyjnych. Woda po naświetleniu promieniami ultrafioletowymi staje się zupełnie jałowa i zdatna do picia, choć w wielu oczyszczalniach dodatkowo się ją chloruje. Odfiltrowane odpady stałe zbiera się w postaci szlamu i wywozi, a jeśli są odpowiednio sterylne – przetwarza na nawóz.

To dobry system. Jego opracowanie zajęło większą część XIX wieku.

W miastach da się żyć
dzięki wodzie i kanalizacji

Pierwszy współczesny, obejmujący całe miasto system spłukiwania nieczystości wodą skonstruowano w Hamburgu w 1844 roku. Do tego momentu najpowszechniejszym sposobem pozbywania się fekaliów było zlewanie ich do szamb – takich jak to, z którym borykał się doktor John Snow. W Ameryce pierwsze systemy kanalizacyjne zaprojektowano i skonstruowano w Brooklynie oraz Chicago pod koniec lat pięćdziesiątych XIX wieku, opierając się na modelu niemieckim. Dopiero gdy wiele lat później upowszechniły się domowe systemy kanalizacyjne ze spłukiwanymi toaletami i wannami z odpływami, miasta zaczęły na masową skalę budować kanały ściekowe oraz rynsztoki do odprowadzania wody opadowej, by uporać się ze stojącymi zanieczyszczonymi bajorami – przyczyną żółtej febry i tyfusu.

Wraz z rozwojem infrastruktury miejskiej systemy wodociągów, kanalizacji i odprowadzania deszczówki wspólnie ewoluowały – wynalazki z jednej dziedziny przydawały się w innych. W latach osiemdziesiątych XIX wieku uważano, że najwydajniejsze miejskie systemy to te, w których woda deszczowa i ścieki zostają zmieszane i odprowadzone wspólną rurą, co pozwala na oszczędności. Jednak w latach dwudziestych XX wieku stało się jasne, że rozwiązanie takie, choć tańsze, utrudnia działanie oczyszczalni ścieków. Gdy wody opadowej było niewiele, ścieki ulegały kondensacji i były trudniejsze do oczyszczenia, natomiast po silnych burzach woda zalewała oczyszczalnie, które musiały zrzucać ścieki wprost do pobliskich rzek i zatok. Wydaje się dziwne, że postanowiliśmy cenną, życiodajną, czystą wodę mieszać z własnymi odchodami, potem oczyszczać, a na koniec wylewać do rzek i oceanu. Do dziś wiele nadbrzeżnych miast Ameryki boryka się z takim połączonym systemem wodno-kanalizacyjnym.

Jest też jednak pozytywna strona tego zjawiska: systemy wodne i kanalizacyjne znacznie poprawiły warunki zdrowotne miejskiego życia. W 1840 roku 80 procent zgonów w Nowym Jorku powodowały choroby zakaźne. Wiek później, po wprowadzeniu penicyliny, liczba ta spadła do 11 procent. Tak wielki postęp w dziedzinie zdrowia publicznego zawdzięczamy inżynierii. Inwestycje w infrastrukturę wodno-kanalizacyjną, regulacje budowlane oraz prozdrowotne kampanie społeczne, które na przykład zniechęcały do plucia w miejscach publicznych, znacznie polepszyły kondycję mieszkańców miast.

Pod koniec XIX wieku systemy doprowadzania i oczyszczania wody stopniowo centralizowano. Czystą wodę zbierano w górnym biegu rzeki na wzgórzu za miastem, prowadzono ją rurami, głównie dzięki sile grawitacji, przez miejskie dzielnice, po czym zlewano w postaci ścieków w dole rzeki – choć często miejsce to było jej górnym biegiem z punktu widzenia kolejnego, niżej położonego miasta!

Dziś miejskie oczyszczalnie, na wzór przedsiębiorstw zajmujących się odpadami stałymi, stopniowo przyjmują za cel stuprocentową redukcję zanieczyszczeń i w miejsce systemów liniowych wdrażają systemy o obiegu zamkniętym, w których używa się zaawansowanych procesów biologicznych do oczyszczania wody i ścieków oraz ponownie wykorzystuje wszystkie materiały na wyjściu. Tam, gdzie jest dość terenu, buduje się też mniejsze, rozproszone zakłady zamiast ogromnych megasystemów.

Zmniejszanie konsumpcji

Nie każdy sposób korzystania z wody prowadzi do jej konsumpcji. Konsumpcja polega na przekształceniu wody w postać, w której nie da się jej już zmagazynować ani ponownie zagospodarować. Większa część rolnictwa konsumuje wodę: na przykład aby uzyskać pół kilograma bawełny, trzeba zużyć 380 litrów wody, której nie sposób odzyskać. W Kalifornii w procesie produkcji jednego litra paliwa etanolowego z kukurydzy zużywa się 2138 litrów wody. Dla odmiany w miastach wodę się wykorzystuje w sposób niekonsumpcyjny – służy do picia lub kąpieli. Gdy wiele miast z danego stanu ubiega się o zaopatrzenie w trudno dostępną wodę i konkuruje na tym polu z rolnictwem, subsydiowanie produkcji etanolu nie jest mądrym wykorzystaniem zasobów.

W większości ścieków na całym świecie znajduje się brudna woda pochodząca ze spłukiwania toalet i to właśnie tu powinno się szukać możliwości redukcji jej zużycia. W 1994 roku w Stanach Zjednoczonych uchwalono przepis nakazujący we wszystkich nowych toaletach ograniczyć ilość wody na jedno spłukanie do maksymalnie 6 litrów, co zmniejsza jej zużycie o co najmniej 30 procent. Nie wprowadzono jednak obowiązku przerabiania w ten sposób istniejących toalet. W 1995 roku z powodu niedoborów wody władze Santa Fe w stanie Nowy Meksyk, aby uniknąć losu przodków – Indian Anasazi – postanowiły wdrożyć program oszczędzania wody. Jednym z jego najważniejszych elementów było zarządzenie, że za każdą nowo zainstalowaną w mieście toaletę firma budowlana powinna wymienić 10 starszych i mniej wydajnych. W ciągu dekady prawie każda toaleta w mieście została zastąpiona nowym modelem, co przyczyniło się do ogromnych oszczędności wody.

Toalety o niskim zużyciu oszczędzają wodę, natomiast bezwodne pisuary całkowicie eliminują jej użycie. Od początku XXI wieku stały się jednym z typowych rozwiązań ekologicznego budownictwa. Każdy z nich, zamontowany w często odwiedzanym miejscu, takim jak biurowiec czy lotnisko, pozwala zaoszczędzić do 170 tysięcy litrów wody pitnej rocznie. Inne metody ograniczania zużycia miejskiej wody to stosowanie perlatorów w prysznicach i kranach, oszczędnych zmywarek i pralek oraz wydajnej klimatyzacji centralnej w dużych biurowcach i instytucjach. Technologie te mogą pomóc zredukować zużycie wody o 10 do 30 procent.

W Stanach Zjednoczonych na terenach podmiejskich 50 procent wody jest zużywane na podlewanie trawników. Na Południowym Zachodzie miasta dręczone niedoborami wody płacą mieszkańcom za likwidację trawników i zastąpienie ich tak zwanymi ogrodami kserofilnymi, w których sadzi się lokalne, niewymagające podlewania rośliny i trawy pustynne. Miasto Mesa w stanie Arizona płaci 500 dolarów za pierwszych 50 metrów kwadratowych ogrodu kserofilnego. Wodociągi miejskie w Las Vegas jeszcze poważniej podchodzą do tej strategii: dopłacają właścicielom domów i budynków komercyjnych nawet 15 dolarów za pierwszych 50 metrów kwadratowych ogrodu kserofilnego, a potem 10 dolarów za kolejny metr aż do kwoty 300 000 dolarów!

Nowy Jork szczególnie zadbał o poprawę odporności swojego systemu wodociągowego. W 1979 roku dzienna konsumpcja wody sięgnęła tam 5,7 miliarda litrów, czyli 715 litrów na osobę. Miasto zaczęło rzetelnie monitorować i reperować przecieki, zwiększyło dokładność naliczania rachunków za wodę i uchwaliło przepisy mające na celu zmianę zachowań mieszkańców, dzięki czemu w 2009 roku zużycie spadło do 3,8 miliardów litrów dziennie, czyli średnio 473 litrów na głowę. Dziś Nowy Jork buduje nowy tunel wodny za 6 miliardów dolarów, aby zamknąć starsze kanały i przeprowadzić ich inspekcję i remont, co zwiększy odporność systemu.

Według „United States Geological Survey” w 2010 roku publiczne systemy dystrybucji wody w Stanach Zjednoczonych zużywały 1 bilion 343 miliardy litrów wody dziennie, czyli o 13 procent mniej niż w 2005 roku. Jeśli dzięki ulepszeniom technicznym i kampaniom społecznym uda się zaoszczędzić jeszcze 35 procent, to będzie naprawdę spora ilość. Korzyści płynące z ograniczenia konsumpcji wody mają szczególnie wielkie znaczenie w nowo powstających miastach na całym świecie.

McKinsey Global Institute szacuje, że w 2025 roku światowe zapotrzebowanie na wodę pitną w miastach będzie o 40 procent większe niż w roku 2012. Połowa tej ilości zużywana będzie w 440 najszybciej rozwijających się nowo powstałych miastach. Nie można raczej liczyć na nowe źródła słodkiej wody, ponieważ ludzkość już dziś wykorzystuje 87 procent jej zasobów, toteż najważniejsze będzie ograniczenie konsumpcji. W Singapurze wszystkie wykorzystujące wodę urządzenia muszą mieć etykietę z oznaczeniem ich wydajności, co zachęca do bardziej przemyślanych zakupów, miasto podniosło też ceny wody, by skłonić mieszkańców do jej oszczędzania. Singapur postawił sobie za cel zredukowanie konsumpcji do 140 litrów na osobę na dzień do 2030 roku – to jedna trzecia wody zużywanej dziś przez nowojorczyków. Większość miast na świecie nie ma jednak tak wyraźnie określonych celów, ani nie planuje oszczędności.

Mimo postępów w dziedzinie oszczędzania i ponownego wykorzystywania wody wciąż wiele pozostaje do zrobienia. Ze spłukiwanych toalet korzysta tylko około 60 procent światowej populacji. Jak powiedział Bill Gates: „Toalety, których używamy w bogatej części świata, są niepraktyczne i niemożliwe do zastosowania dla 40 procent ludzkości, która nie ma dostępu do wody, kanalizacji, elektryczności i oczyszczalni ścieków”. Fundacja Billa i Melindy Gatesów sfinansowała eksperymenty badające wydajne toalety i małe lokalne systemy uzdatniania, które mogą działać niezależnie od centralnych systemów odprowadzania ścieków, dzięki czemu można je szybko wdrożyć w społecznościach, w których jest to szczególnie potrzebne.

Wartość ścieków

Na szczęście każde miasto ma pełny dostęp do jednego z najlepszych źródeł słodkiej wody – własnych oczyszczonych ścieków. Na świecie istnieje dziś ponad 400 tysięcy centralnych oczyszczalni miejskich, które produkują każdego dnia 730 milionów metrów sześciennych oczyszczonej wody. Przyszłość oczyszczania ścieków będzie polegać nie tylko na powtórnym wykorzystaniu wody w systemie i zwiększeniu wydajności procesu uzdatniania, lecz także na trafnym zagospodarowaniu jego produktów ubocznych. Oczyszczalnie ścieków stają się producentami energii netto: spalają metan wytworzony podczas biologicznego rozkładu odpadków, generując elektryczność na potrzeby własne i całej okolicy. A ponieważ 30 procent kosztów operacyjnych typowej oczyszczalni to rachunek za prąd, dzięki darmowej elektryczności oczyszczanie ścieków staje się rozsądną opcją w świecie niestabilnych cen energii.

Chris Peot wchodzi w skład zespołu zajmującego się przekształcaniem Zaawansowanej Oczyszczalni Ścieków Blue Plains w Waszyngtonie w fabrykę zasobów. Infrastruktura Waszyngtonu, podobnie jak wielu innych amerykańskich miast z długą tradycją, starzeje się. Zbudowana 75 lat temu oczyszczalnia Blue Plains przetwarza każdego dnia 1 miliard 400 milionów litrów wody zużytej przez ponad 2 miliony mieszkańców regionu i wielką rzeszę dojeżdżających pracowników. To jedna z największych oczyszczalni na świecie. W 2015 roku unowocześniono ją, wydając miliard dolarów, dzięki czemu ilość wytwarzanego osadu, azotu i fosforu zmniejszyła się o połowę (z 1200 ton dziennie), zużycie energii zmalało o 30 procent, a emisje gazów – o 41 procent. Przedsięwzięcie to pozwoli Waszyngtonowi i sąsiednim obszarom zaoszczędzić rocznie 10 milionów dolarów na elektryczności i dodatkowe 10 milionów na kosztach utylizacji osadu.

Osad z oczyszczalni ścieków wywozi się najczęściej na wysypisko śmieci lub po zmieszaniu z wapnem rozrzuca na terenach uprawnych. W unowocześnionej oczyszczalni Blue Plains jest on przetwarzany w nowych reaktorach na bioodpady i pasteryzowany w drodze hydrolizy termicznej. Około połowy wyjałowionego osadu rozkłada się następnie w urządzeniu fermentacyjnym na metan. Gaz ten jest spalany, by dostarczyć energii na działanie zakładu. Druga połowa osadu zostaje przerobiona na kompost dla okolicznych farm.

Przekształcanie osadu w energię może znacznie zmniejszyć ilość gazów cieplarnianych. Gdyby postąpić tak z zaledwie 10 procentami osadu z chińskich oczyszczalni ścieków, emisja dwutlenku węgla spadłaby w tym kraju o 380 milionów ton rocznie.

Ścieki pozostałe po procesie oczyszczania zawierają dużo azotu i fosforu. Nadmiar tych pierwiastków sprzyja rozkwitowi glonów w słodkiej wodzie, co prowadzi do uduszenia się innych organiz­mów wodnych. Są one jednak zarazem głównymi składnikami nawozów, a na świecie może wkrótce zabraknąć fosforu, co stanowi zagrożenie dla globalnego bezpieczeństwa żywnościowego. Gdyby w oczyszczalniach odzyskiwać fosfor i azot ze ścieków i sprzedawać je w postaci nawozu, odpady mogłyby się zamieniać w żywność. Tak właśnie postępuje oczyszczalnia Hampton Roads Sanitation District w Suffolk – w drodze obróbki chemicznej odzyskuje się tam 85 procent fosforu ze ścieków i produkuje 500 ton nawozu rocznie. Dzięki dochodom z jego sprzedaży oszczędza się na kosztach energii i chemikaliów 200 tysięcy dolarów rocznie, a przy tym ilość dwutlenku węgla w atmosferze ulega zmniejszeniu!

Kolejnym wyzwaniem w dziedzinie oczyszczania ścieków jest użycie mikrobów do produkcji elektryczności i ekstrakcji użytecznych składników chemicznych bezpośrednio ze ścieków. Pozwalają na to postępy w elektrochemicznej technologii mikrobiologicznej. Polega ona na wykorzystaniu bakterii prądotwórczych, które rozkładają materiał organiczny, transmitując przez powierzchnię własnych błon elektrony, co generuje elektryczność. Można ją wykorzystać w elektrowni, lecz ma ona też znacznie szersze zastosowanie: w systemie biochemicznym prowadzi do powstawania wielu pożytecznych produktów, takich jak biopaliwa. Może nawet ułatwiać rozszczepianie cząstek wody do produkcji tlenu potrzebnego w oczyszczalni w procesie napowietrzania oraz wodoru, z którego powstaje woda utleniona do celów dezynfekcyjnych. Kolejna nowa technologia polega na łączeniu ścieków z wyemitowanym przez elektrownie dwutlenkiem węgla, aby hodować glony. Są one źródłem biopaliw, których – po odpowiednim przetworzeniu – amerykański Departament Obrony używa w samolotach i statkach. Można także robić z nich paszę dla zwierząt, dzięki czemu nie trzeba wycinać lasów tropikalnych pod uprawę soi.

Ponowne użycie oczyszczonych ścieków w charakterze wody pitnej może ocalić miasta takie jak São Paulo. Zresztą ma to coraz większe znaczenie w wielu miejscach na świecie. W dobie susz wywołanych zmianami klimatu, gwałtownego wzrostu populacji i rozwoju klasy średniej konsumpcja wody będzie się prawdopodobnie szybko zwiększać. Jednym z rozwiązań tego problemu jest oczyszczanie ścieków do jakości wody pitnej i ich powtórne wykorzystywanie.

Oceniajmy wodę po jakości, a nie po przeszłości

Leżąca w południowo-zachodniej Afryce Namibia jest najbardziej suchym, a zarazem najrzadziej zaludnionym krajem subsaharyjskim. Prawie wszystkie instytucje życia gospodarczego, politycznego i obywatelskiego skupiają się w stołecznym mieście Wind­hoek, które powiększa się w tempie 5 procent rocznie. W 1969 roku władze zrozumiały, że stolica nie ma wystarczających zasobów wody. Dlatego zmodernizowano oczyszczalnię Goreangab w taki sposób, by uzdatniała nie tylko wodę powierzchniową spływającą z tamy Goreangab, lecz także ścieki z oczyszczalni Gammams – w ten sposób powstały Zakłady Uzdatniania Wody Goreangab. Miesza się w nich wodę z tamy i oczyszczone ścieki z Gammams, by wytworzyć wodę pitną. W tym celu zastosowano kilka najważniejszych praktyk. Pierwszą jest ścisły podział systemów oczyszczania ścieków na przemysłowe i domowe. Odzyskuje się tylko te drugie. Woda na wyjściu jest nieustannie badana i monitorowana.

O ile jakość wody po recyklingu pozostawała znakomita, o tyle w latach dziewięćdziesiątych XX wieku stan rzeki dostarczającej wody do tamy Goreangab zaczął się pogarszać. Windhoek, jak wiele innych miast rozwijającego się świata, szybko się rozrastało, a na jego peryferiach zaczęły powstawać nielegalne osiedla. Pozbawione odpowiednich warunków sanitarnych rozlewające się slumsy zanieczyszczały wody gruntowe miasta i pobliskie rzeki. Wobec wyzwań, którymi były wzrost zapotrzebowania na wodę i obniżenie jej jakości, Windhoek unowocześniło program odzyskiwania ścieków i zwiększyło wydajność oczyszczalni. W 2002 roku dzięki funduszom z Unii Europejskiej zbudowano nowy zakład odzyskiwania wody, oparty na technologii odwróconej osmozy – 35 procent miejskiej wody pochodzi bezpośrednio ze ścieków.

Recykling ścieków naprawdę działa: jest rozwiązaniem lokalnym, pewnym i znacznie zwiększającym odporność miasta. Dlaczego więc istnieje tak mało zakładów odzyskujących wodę ze ścieków? Doktor Lucas van Vuuren, południowoafrykański pionier tego procesu, mówi: „Wodę należy oceniać po jakości, a nie po jej przeszłości”, ale to racjonalne nastawienie zakłócają nasze błędne skłonności poznawcze. Valerie Curtis, psycholożka ewolucyjna z London School of Hygiene and Tropical Medicine, twierdzi, że ludzie mają głęboką ewolucyjną awersję do ekskrementów. „Patogeny stanowiły dla nas większe zagrożenie niż drapieżniki. To dlatego czasem reagujemy silnym, intuicyjnym poczuciem obrzydzenia” – wyjaśnia. „Prawie wszystko, co uważamy za odrażające, ma jakiś związek z chorobami zakaźnymi”.

W 1980 roku Paul Roznin, psycholog z University of Pennsyl­vania, postanowił przebadać siłę tej skłonności do odrazy. Zaobserwował, że gdy podano studentom koledżu kawałek czekolady w kształcie psich odchodów, prawie żaden nie był w stanie go zjeść, choć wszyscy wiedzieli, że to czekolada. Ich odraza wobec ekskrementów była po prostu zbyt silna. Jednak w przypadku ścieków ludzie są w stanie tolerować recykling niebezpośredni. Zamiast wprowadzać odzyskaną wodę do systemów wody pitnej, tak jak praktykuje się to w Namibii, coraz więcej miast wtłacza ją pod ziemię, gdzie zostaje przefiltrowana przez piasek. Dopiero wtedy trafia do wodociągów i ujęć wody dla mieszkańców. Dzięki nazwaniu tego procesu „uzupełnianiem wód gruntowych”, a nie „odzyskiwaniem ścieków”, ludzie są bardziej skłonni do jej picia. Inne podejście to zlewanie oczyszczonej wody do rzeki w jej górnym biegu, wiele kilometrów od ujęć miejskich, by w chwili poboru do sieci była znacznie rozcieńczona.

Miasteczko Fountain Valley w Kalifornii może się pochwalić największym na świecie systemem uzupełniania wód gruntowych. Zaczął on działać w 2008 roku i poddaje recyklingowi 265 milionów litrów wody dziennie. Dzięki temu dostarcza około 20 procent wody wykorzystywanej przez ponad 2 miliony mieszkańców hrabstwa Orange. Z systemu tego płyną także dodatkowe korzyści. Przeważnie, gdy wodociągi w pobliżu oceanów zostają nadmiernie obciążone, a poziom wód gruntowych spada, w ich miejsce wlewa się woda morska, co podnosi ich zasolenie. Wówczas wtłoczenie słodkiej wody pod ziemię zapobiega napływowi wody morskiej. Ponadto, jako że 20 procent elektryczności w Kalifornii zużywane jest na pompowanie wody – często z daleka – jej lokalny recykling przynosi znaczne oszczędności. Bywa też jedynym sposobem na złagodzenie rosnącego napięcia między podziałem ograniczonych zasobów wody między rolnictwo a miasta.

Pustynne miasto Mesa opodal Phoenix w Arizonie to 38. miasto pod względem wielkości w Stanach. Jego populacja jest większa niż Atlanty, Cleveland, Miami, Minneapolis czy St. Louis. Te starsze miasta mają wysoką gęstość zaludnienia w centrach, otaczają je zaś przedmieścia, natomiast Mesa sama jest właściwie przedmieściem, i to – czym się szczyci – największym w kraju. W tym rejonie najpierw mieszkało plemię Indian Hohokam, którzy żyli w niewielkich skupiskach wzdłuż brzegów rzeki Gila. Między VII a XIV wiekiem zbudowali skomplikowany system nawadniający uprawy bawełny, tytoniu, kukurydzy, roślin strączkowych i dyniowatych. W owym czasie tamtejsza sieć kanałów była najrozleglejsza w całym Nowym Świecie. W wielu miejscach łączyła się z rzeką – wloty miały 30 metrów szerokości i były głębokie na 3 metry. Około roku 1100 irygacja ta nawadniała 45 tysięcy hektarów ziemi na pustyni Sonoran, co pozwalało utrzymać się coraz bardziej wymagającej ludności.

Lud Hohokam, który początkowo żył w osadach w ranczerskim stylu, w XII wieku zaczął się skupiać w gęściej zaludnionych, bardziej złożonych protomiastach. Ponieważ były one mniej odporne na zmiany klimatyczne, susze i powodzie często dziesiątkowały populację Hohokamów. Ostateczny cios zadała jej seria powodzi w XIV wieku, wskutek których dno rzeki Gila uległo pogłębieniu, a lustro jej wód opadło poniżej wysokości wlotów systemu irygacji, przez co licząca setki kilometrów sieć kanałów stała się bezużyteczna. W 1450 roku większość osad Indian Hohokam opustoszała, a ich mieszkańcy się rozproszyli.

Mesę zasiedlono ponownie podczas dziewiętnastowiecznej ekspansji Amerykanów na Zachód. W 1877 roku First Mesa Company ponownie uruchomiła kanały Hohokamów i rok później osadnicy żywili się już zebranymi na nawodnionych farmach plonami. Początkowo miasto Mesa rosło powoli. W 1900 roku jego populacja wynosiła 722 osoby (dla porównania St. Louis miało wówczas 575 tysięcy mieszkańców), lecz po drugiej wojnie światowej, wraz z upowszechnieniem się klimatyzacji, zaczęła się powiększać. W 1950 roku wynosiła 16 790, a w 2015 przekroczyła 462 000 osób. By podtrzymać ten wzrost, Mesa musiała znacznie zwiększyć zaopatrzenie w wodę.

Najpierw miasto wyznaczyło sobie cel: pozyskać zasoby wody wystarczające na sto lat. Aby go zrealizować, obecnie oczyszcza 100 procent ścieków, a odzyskaną wodą uzupełnia podziemne źródła lub kieruje ją do nawadniania pól. Program recyklingu ma wydajność 160 milionów litrów dziennie. Zamiast jednego wielkiego zakładu zbudowano trzy oczyszczalnie w różnych punktach miasta. System dostarcza również wodę do nawadniania pól golfowych i na cele zieleni miejskiej, lecz znaczna część odzyskanej wody zostaje przekazana Indianom z rezerwatu nad rzeką Gila, którzy używają jej w rolnictwie, w zamian za co dali miastu prawo do korzystania z wód tej rzeki.

Aby zrealizować założony stuletni cel, mieszkańcy Mesy muszą także zmienić swój sposób życia. W 1999 roku miasta Mesa, Scottsdale i Phoenix wspólnie rozpoczęły kampanię pod hasłem „Korzystaj mądrze” – jeden z największych w kraju programów edukacyjnych na temat oszczędzania wody.

Cztery krany

By sprostać zapotrzebowaniu rosnącej populacji wyspiarskie miasto Singapur opracowało tak zwany system czterech kranów. Pierwszym kranem płynie woda z rozbudowanego kompleksu rezerwuarów leżących wśród chronionych terenów przyrodniczych, dzięki czemu pozostają one nieskażone. Drugim – poddana odsalaniu woda z okalających miasto zatok. Trzecim – odzyskana woda ze ścieków (nazywana „nową wodą” – NEWater – co ma pomóc pokonać wszelkie uprzedzenia). Czwartym kranem dostarcza się wodę importowaną z Malezji. Singapur postawił sobie za cel, by do 2080 roku powiększyć liczbę mieszkańców o 2,5 miliona, jednocześnie uniezależniając się od malezyjskich dostaw. Aby to zrealizować, miasto stało się światowej klasy centrum rozwojowym nowych technologii pozyskiwania wody. Jego strategie na przyszłość obejmują dogęszczanie centrów, ulepszenie komunikacji zbiorowej i przeznaczenie terenu zajmowanego dziś przez drogi na zbiorniki wodne i tereny rekreacyjne.

Inne wyspiarskie miasto – Hong Kong – skupiło uwagę na drugim kranie, czyli wodzie morskiej. Od ponad 50 lat działa tam system dostarczający wodę słodką do codziennego użytku oraz morską do spłukiwania toalet. Pozwoliło to ograniczyć zużycie wody w mieście o 20 procent. System jest tak skuteczny, że miasto postanowiło tytułem eksperymentu wyposażyć nowe lotnisko w system trójdzielny, którym będzie dostarczać wodę słodką, morską i szarą (ze zlewów).

Istnieje także piąty kran, którym może płynąć niskokosztowa, niewymagająca nakładów energii woda z systemu rozproszonego – jej źródłem są cysterny dachowe z nagromadzoną deszczówką. Prawie każdy rzymski dom zbierał ją w impluvium, czyli płytkim zbiorniku stojącym pośrodku frontowego dziedzińca. Zebranej deszczówki używano do podlewania ogrodów oraz wykorzystywano ją przy pracach domowych, a w gorące dni parująca sadzawka w naturalny sposób schładzała powietrze. Dziś system pozyskiwania deszczówki jest typowym elementem w przyborniku ekologicznego budownictwa.

Wszystko się sumuje

Dzięki różnym sposobom oszczędzania wody oraz zastosowaniu całego wachlarza technologii związanych z tym procesem w większości miast możemy zredukować jej konsumpcję nawet o 35 procent. Odzyskane ścieki mogą pokryć dalsze 30–40 procent miejskiego zapotrzebowania na wodę. Większość miast może więc ogółem zmniejszyć zużycie wody słodkiej o 70 procent. Jeśli dodać rozproszone systemy odzyskiwania i gromadzenia deszczówki oraz odsalania wody morskiej, jedna z najważniejszych przyczyn upadku starożytnych miast – susza – zaczyna wydawać się katastrofą, której można zapobiec. Stoimy jednak przed jeszcze większym wyzwaniem: miasta zużywają tylko około 25 procent światowych zasobów wody. Większość jest konsumowana przez przemysł i rolnictwo. Wraz ze wzrostem populacji globu zwiększy się także zapotrzebowanie na wodę w tych sektorach, chyba że i one przerzucą się z metabolizmu linearnego na kołowy.

Tradycyjne społeczeństwa rolnicze wypracowały wyrafinowane systemy podziału wody. Balijscy rolnicy, świadomi, że dzielą wspólną dolę, zintegrowali irygację swoich pól ryżowych w ramach sieci kanałów zwanej subak. Utrzymują je wspólnie, a opiekę sprawują nad nimi kapłani nadzorujący świątynie zbudowane przy każdym źródle oraz doradzający w kwestii terminów sadzenia i zbiorów na podstawie cykli Księżyca. Kierownicy irygacji opracowują terminarze prac i pośredniczą w rozwiązywaniu sporów dotyczących sprawiedliwego podziału wody. Każdy segment systemu ma lokalny zarząd – nikt nie sprawuje kontroli nad całością. A mimo to subaki przetrwały tysiąc lat, zapewniając nawodnienie, poprawiając żyzność gleb i ograniczając aktywność szkodników, co ułatwiło wspólnocie przystosowanie się do zmian klimatu.

Rolnicy na Bali nieustannie monitorują wydajność sąsiadów. Jeśli jedno gospodarstwo dzięki zmianie kalendarza upraw lub gatunku sadzonego ryżu zaczyna przynosić większy dochód, okoliczni rolnicy szybko idą w jego ślady, a fala ulepszeń rozchodzi się wzdłuż sieci kanałów. Połączone subaki tworzą rozległy, pozostający w dynamicznej równowadze układ o rozproszonej kontroli – to jeden z najbardziej produktywnych systemów rolniczych na świecie.

Niestety większość społeczeństw nie posiada kolektywnych, zdolnych do adaptacji systemów zarządzania, pozwalających na sprawiedliwy rozdział wody.

Miasta, które badają własny metabolizm i na bieżąco pozyskują dane z wejść i wyjść systemu, coraz lepiej rozumieją, jak istotnym zadaniem jest zarządzanie metabolizmem. Ich dawna liniowa infrastruktura stopniowo staje się coraz bardziej złożona i zintegrowana. Dzięki temu zwiększają własne możliwości dobrego prosperowania w erze VUCA *. Łącząc systemy i zapewniając przepływ informacji między nimi, wzmacniają własną odporność. Jednak (tak jak na Bali) fundamentem wydajnie funkcjonującej infrastruktury jest przekonanie mieszkańców, że dzielą wspólny los, a co za tym idzie – że podział zasobów należy optymalizować z korzyścią dla całego systemu.

* Skrót oznaczający: zmienność, niepewność, złożoność i niejednoznaczność (volatility, uncertainty, complexity, ambiguity).

 

Jonathan F.P. Rose, Dobrze nastrojone miasto, tłum. Dariusz Żukowski, Wydawnictwo Karakter 2019.