Czy grozi nam brak dostępu do wody? Jakie rozwiązania w kontekście małych zasobów wodnych podsuwa nauka? Czy możliwości oczyszczalni ścieków są wystarczające by uchronić nas przed szkodliwymi substancjami i związkami farmakologicznymi znajdującymi się w wodzie? Jaki wpływ na jakość ścieków ma pandemia Covid-19?

Z prof. Marią Elektorowicz z Uniwersytetu Concordia w Montrealu oraz prof. Elżbietą Niemirycz z Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego rozmawia Julia Bereszczyńska.

- Polska jawi się jako kraj ubogi w zasoby wodne na tle innych krajów europejskich. Dlaczego tak słabo wypadamy w tym ważnym rankingu? Czy jest to wyłącznie wina niezależnych od działalności człowieka warunków klimatycznych?

Prof. Maria Elektorowicz: Wielkość zasobów wodnych w danej strefie klimatycznej na Ziemi jest trudna do jednoznacznej oceny. Proszę pozwolić, że porównam sytuację Polski z Kanadą, jako miejsc z którymi jestem związana zawodowo. W Kanadzie, na Uniwersytecie Concordia w Montrealu, uczy się obecnie na sześciu fakultetach 45 tysięcy studentów. Program nauczania na moim Wydziale Budownictwa, Inżynierii Lądowej i Środowiska jest uznany nie tylko za wiodący w Kanadzie, ale też  jako jeden z najlepszych na świecie. Zakładam, że jest to związane z jego interdyscyplinarnością, jak też szczególną rolą wykładów z inżynierii środowiska. Dziedzina inżynierii środowiska jest moim głównym przedmiotem zainteresowań w skali międzynarodowej, przy stałej łączności z nauką polską. Cenię sobie szczególnie współpracę z Wydziałem Chemii Uniwersytetu Gdańskiego. Odpowiadając na Pani pytania należy podkreślić, że Kanada ma bardzo duże zasoby wodne, niskie zaludnienie (średnio 4 osoby na km2), a borealne lasy kanadyjskie zawierają więcej słodkiej, nie zamarzniętej wody niż jakikolwiek inny ekosystem na świecie, przy czym całkowite jej zasoby nie zostały jeszcze precyzyjnie określone. W Polsce tereny rozwijają się w całkowicie odmiennym systemie. Mamy wysokie zaludnienie (123 osoby na km2) i za sobą nie zawsze trafione decyzje w dziedzinie gospodarki wodnej. W latach powojennych środowisko było poświęcane na rzecz rozwoju gospodarki. Przykładem takich chybionych decyzji było budowanie wodochłonnych kombinatów metalurgicznych w miejscach,  gdzie powodowały one obniżanie poziomu wód gruntowych. Podobne błędy były popełniane i w innych krajach europejskich, nawet w tych, ze strefy o większej niezależności gospodarczej. Dopiero od akceptacji przez wiele krajów świata umów związanych z przeciwdziałaniem ociepleniu klimatu pod koniec ubiegłego wieku (umowa Kioto 1997), zaczęła przeważać gospodarka zrównoważona, uwzględniająca szczególną ochronę wód.

Niezależnie od przyczyn kłopotów z deficytem wody w Polsce i na świecie, konieczne jest wdrażanie nowoczesnych technologii odzysku wody w gospodarce cyrkulacyjnej (nawet ze ścieków komunalnych), szczególnie dla rolnictwa, które ciągle jest wysokim konsumentem wody. Tym bardziej, że nowe trendy technologiczne muszą uwzględniać uwarunkowania związane z pandemią czy też obecnością związków farmaceutycznych. Te zagadnienia są przedmiotem naszych wspólnych projektów związanych z gospodarką zrównoważoną i odzyskiem wody z czego się da. Jest to w tej chwili tendencja ogólnoświatowa.

Prof. Elżbieta Niemirycz: W Polsce mamy szczęście, że w rzekach mamy dość dużo wód  podziemnych (gruntowych). Gdy bierze się pod uwagę bilans wodny, to często ma się na myśli wody powierzchniowe, które widzimy. To o czym mówi pani profesor, że Kanada ma duże zasoby wodne, nawet nie do końca oszacowane, oznacza, że porównanie tych obszarów i europejskich pod kątem gospodarki wodnej jest trudne. Jednak myślę, że problem wystarczającej ilości wody pitnej dotyczy aktualnie wszystkich. Jest to problem globalny.

Prof. Maria Elektorowicz: Tak, problem wody pitnej dotyczy wszystkich. Najbardziej dotyczy to nadal rosnących mega aglomeracji, mega cities. Oczywiście dominuje tutaj wizja Chin, Iranu, miast południowoamerykańskich, ale tak na dobrą sprawę, jeśli weźmiemy pod uwagę dopływy do jednostek uzdatniania czy oczyszczania wody, to zawsze są to źródła bardzo różnorodne pod względem składu i jakości. Perspektywicznie ten ważny problem musi być rozwiązywany nawet przez odzysk wody ze ścieków lub nawet z wód morskich.

- Jakie mogą być konsekwencje małych zasobów wodnych dla Polski? Czy grozi nam brak dostępu do wody?

Prof. Maria Elektorowicz:  Są jeszcze na szczęście wody gruntowe, ale skoro myślimy o braku dostępu do wody, to wykorzystanie osiągnięć hydrotechnicznych (budowa zapór) i wdrożenie gospodarki cyrkulacyjnej ścieków komunalnych stanowi konieczność w nowoczesnej gospodarce wodnej, której podstawą jest zaopatrzenie ludzi w wodę odpowiedniej jakości. Jest to wyzwanie dla Polski, ale i innych krajów europejskich. Rolnictwo, będące istotnym konsumentem wody, wciąż jest sektorem rozpoznającym dopiero nowe metody gospodarowania wodą czy gruntem, a poszczególne ministerstwa – rolnictwa czy środowiska, nie zawsze działają we wspólnym celu.

Prof. Elżbieta Niemirycz: Aktualnym wyzwaniem w gospodarce wodnej jest opracowanie systemu oszacowania jakości ścieków i osadów ściekowych w szerszym niż obecnie zakresie parametrów jakości. Brak takiego opracowania może być barierą w rozwoju technologii odzysku wody i innych surowców. W tym kierunku zaczyna się prowadzić wiele badań naukowych, dlatego też bardzo cenimy sobie na Uniwersytecie Gdańskim współpracę z Panią profesor Elektorowicz, ponieważ mamy szansę zobaczyć, jak problemy związane z osadami ściekowymi czy ze ściekami są rozwiązywane w Kanadzie.

- Pani Profesor, a jak do dbania o zasoby wody ma się biznes i przemysł? Czy rola biznesu może mieć wpływ na dbanie o zasoby wody?

Prof. Maria Elektorowicz: Nauka, w dziedzinie różnych źródeł wody oraz jej pozyskiwania, jest na zaawansowanym poziomie. Ważne, żeby te wszystkie patenty i nowe technologie móc zastosować w praktyce. Przemysł mógłby to zastosować, ale zawsze istnieje mały element ryzyka. W Kanadzie na przykład ten mały element ryzyka jest „sponsorowany” przez rząd. Mogę dać tutaj przykład własnego patentu związanego z odzyskiwaniem wody ze ścieków. Jest to zastosowanie prądu elektrycznego do biologicznych procesów, tak zwane elektrokinetyczne usuwanie z wody metali ciężkich, związków organicznych i związków biogennych. To wszystko możliwe jest w ramach jednej jednostki, nie trzeba budować wielkich reaktorów. Kombinacja procesów dzieje się w jednej jednostce, czyli w systemie modularnym, wiec może zostać zastosowana zarówno w przemyśle jak i w małej wiejskiej oczyszczalni. Nasze badania pokazują, że to co zastosowaliśmy w małej skali, może zostać przełożone na dużo większą skalę. Tak jak jednak wspomniałam, takie rozwiązania częściowo sponsoruje dana jednostka przemysłowa (biznesowa), częściowo aglomeracja miejska, a częściowo rząd. Mówiąc wprost, musi być zainteresowanie w kwestii transferu technologii. Wydaje mi się, że to właśnie jest taki element, który może pokazać nowe spojrzenie na wodę.

- Przygotowując się do dzisiejszej rozmowy przeczytałam publikację „Nowoczesne technologie w gospodarce wodnej – poprawa ilości i jakości zasobów wód w Polsce” autorstwa między innymi prof. Elżbiety Niemirycz (pierwszy autor prof. Marek Gromiec). Wręcz niewiarygodne wydaje się, że Wisła nie jest wykorzystywana w życiu gospodarczym Polski. Jeśli chcielibyśmy ją do tego życia włączyć, wykorzystując najnowsze zdobycze techniki oraz wiedzę, kiedy moglibyśmy odczuwać wymierne efekty takich rozwiązań?

Prof. Elżbieta Niemirycz: Paradoksalnie jest to temat rzeka. W tej publikacji są (podawane przez Pana profesora Szymkiewicza z Politechniki Gdańskiej) przytoczone w cyfrach porównania zagospodarowania Wisły i innych dużych rzek europejskich, niestety na jej niekorzyść. Mamy pewne uzasadnienie do porównywania naszych rzek do rzek Hiszpanii ze względu na wspólny projekt prowadzony w przeszłości razem z Hiszpanami. Jedna z większych rzek Hiszpanii, Ebro, należy do dorzecza zagospodarowanego podobnie jak dorzecze Wisły. Duże znaczenie ma tutaj oczywiście to, czy rzeka płynie przez obszary przemysłowe czy rolnicze. W Polsce istnieje spór pomiędzy tymi, którzy uważają, że rzeka powinna być zostawiona tak jak płynie, bez ingerencji oraz tymi, którzy chcieliby tę rzekę w jakiś sposób zagospodarować. Gremium, które reprezentuję w tej publikacji podziela opinię, że rzekę należy zagospodarować ze względu chociażby na problem wody, o którym dziś rozmawiamy. W tej chwili rzeka Wisła nie jest dzika, a zdziczała. Niedługo, jak tak dalej pójdzie, w ogóle nie będzie w niej wody na niektórych odcinkach. Grupa ekologów próbowała nie tak dawno przepłynąć Wisłę kajakiem z Krakowa do Gdańska i przez kilka odcinków musieli po prostu iść. A proszę pamiętać, że to jest nasza największa rzeka. Pewien globtroter, Mateusz Waligóra, podczas zeszłorocznej pandemii wpadł na pomysł, że przejdzie na piechotę wzdłuż Wisły. W wydanej po tej podróży książce opisuje zabytki, które były wywożone z Polski barkami podczas Potopu Szwedzkiego. Okazuje się, że najbardziej ograbili Polskę właśnie Szwedzi, a nie inni najeźdźcy. O ile dobrze pamiętam, wywieźli ok. 130 kościołów, 80 zamków i innych cennych majętności. Właśnie barkami wywozili zabytki prawie że w całości, łącznie na przykład ze schodami wejściowymi. Płynąc barkami po Wiśle przenosili całe posiadłości z Polski do Szwecji. Zdarzało się więc, że tak załadowane barki topiły się na Wiśle i teraz poszczególne zabytki w związku z płyciznami jakie powstają są odsłaniane. Płycizny na Wiśle nie są problemem jednoznacznym. Oczywiście poza brakiem zagospodarowania rzeki, wpływ na to mają zmiany klimatyczne. Statystyki pokazują, że mamy dużo mniej opadów niż kiedyś, a jeśli się pojawiają, to są bardzo silne, a później przez długi czas ich nie ma.

Prof. Maria Elektorowicz: Właśnie ta intensywność opadów powoduje erozję brzegów, w związku z czym tworzą się tak zwane zakola i łachy, a rzeka w pewnym sensie zmienia swój kierunek. Dlatego właśnie jej odpowiednia regulacja jest konieczna. Rzeka jest jak żywy organizm, bardzo dynamicznie reaguje na wszystkie zmiany, również te klimatyczne.

Prof. Elżbieta Niemirycz: Z różnych względów, nie kontynuowano budowy zapór na Wiśle (jedyna z planowanych siedmiu została wybudowana w 1970 roku).  Dopiero od kilu lat podjęty został ponownie ten ważny aspekt gospodarczy. W 2023 roku ma zostać wybudowana druga po Włocławku zapora, w Siarzewie. Doprowadzimy niedługo do tego, że brak wody pitnej będzie po prostu bardzo dużo kosztował. Woda nadal będzie dostępna, ale jeżeli litr będzie kosztować kilkadziesiąt złotych, to proszę sobie wyobrazić ile zapłacimy za kąpiel. Nie wiem, czy Pani Profesor się ze mną zgodzi?

Prof. Maria Elektorowicz: W tej chwili na świecie buduje się wiele zapór i zbiorników na wodę. Trzeba jednak, bardziej niż w przeszłości, zwracać uwagę na zwiększającą się intensywność zmian klimatycznych. Mamy też duży problem z oceną jakości i ilości opadów w perspektywie pięćdziesięciu czy stu lat.  Kanały ściekowe z uwagi na intensywność opadów są pod ciśnieniem, chociaż nigdy pod ciśnieniem być nie powinny. Nie ma już takich pięknych lekkich majowych deszczyków jak kiedyś. Opady, które kiedyś były rozłożone na miesiąc, obecnie występują w ciągu 2-3 dni. Takie zjawisko powoduje erozję, a z gleby wymywają się związki organiczne i nie tylko. Ulewy powodują też niekontrolowane emisje z obiektów przemysłowych, prowadzące do powstania kwaśnych deszczy, które z kolei infiltrując, zmieniają strukturę gleby. Obserwuje się wymywanie miedzi i innych mineralnych. W rezultacie łańcuch niekontrolowanych reakcji wpływa na pogorszenie jakość i ilość wody.

Prof. Elżbieta Niemirycz: Wydaje się, że w ostatnich dziesiątkach lat świat nie docenił w wystarczającym stopniu hydrologii i hydrotechniki. Pan profesor Szymkiewicz z Politechniki Gdańskiej, jako jeden z najlepszych hydrotechników w Polsce zauważa, a ja się z nim zgadzam, że kiedyś Polską współrządzili inżynierowie, a w tej chwili są oni mniej widoczni.

Prof. Maria Elektorowicz: Marzy się nam grupa technokratów, która byłaby włączona do podejmowania decyzji gospodarczych. Takie mamy marzenia.

- W wywiadzie dla Polskiej Agencji Prasowej z 2019 roku, prof. Piotr Stepnowski mówił o niewystarczająco skutecznych możliwościach oczyszczalni ścieków do usuwania ze ścieków substancji farmaceutycznych. Prof. Stepnowski powiedział wówczas „stwierdzamy jednak ponad wszelką wątpliwość, że wydalane przez nas leki zarówno w formie niezmienionej, jak i biologicznie przetworzonej dostają się do środowiska i mogą się tam długo utrzymywać”. Chciałabym zapytać, czy według Pani Profesor rosnąca liczba chorób cywilizacyjnych, takich jak niepłodność wśród młodych kobiet, może być efektem obecności w ekosystemie zbyt dużej ilości substancji chemicznych czy hormonów obecnych na przykład w środkach antykoncepcyjnych?

Prof. Maria Elektorowicz: Branża farmaceutyczna jest jednym z najszybciej rozwijających się sektorów produkcyjnych zarówno w Polsce, jak i na świecie, więc pan rektor słusznie widzi problem w nadmiarze leków w środowisku. Wpływ farmaceutyków na rozwój człowieka analizuje się na przestrzeni wielu lat, mniej więcej siedemdziesięciu. Na razie więc trudno jest odpowiedzieć na to pytanie. Wpływ na zmiany hormonalne powinien być oceniany na dużej grupie i przez dłuższy okres czasu. Aktualnie w ściekach dopływających do oczyszczalni wykrywana jest znacząca ilość związków zaburzających gospodarkę hormonalną badanych organizmów, a oczyszczalnie nie są w stanie ich utylizować. W Kanadzie, jak i na świecie, prowadzi się wiele badań na organizmach wodnych w okolicach oczyszczalni ścieków, które ewidentnie udowodniły niekorzystne zmiany. Na przykład, przed zrzutem do oczyszczalni wykryto około 50% żeńskich i 50% męskich organizmów tego samego gatunku ryb. Natomiast po zrzucie było już więcej organizmów, które wykazywały cechy żeńskie, bardzo mało z cechami  męskimi i bardzo dużo z gruczołami obojnaczymi. Do chwili obecnej nie wprowadza się jednak technologii, które powodowałyby usuwanie substancji niebezpiecznych dla badanych ryb. Natomiast na Uniwersytecie Concordia były prowadzone w skali laboratoryjnej i pilotowej  metodą o tzw. wysokiej utlenialności, gdzie zastosowano kombinacje UV ze związkami podwyższającymi utlenialność. Oczywiście usuwały ona podstawowy środek farmaceutyczny, ale związki rozkładu pozostawały w znacznych ilościach. Zastosowane dodatkowe oczyszczanie nie rozwiązywało wystarczająco problemu. Badania naukowców kanadyjskich wykazały, że największą ilość środków farmaceutycznych jakie wykrywa się w odpływach po oczyszczaniu ścieków, stanowią środki psychotropowe i antydepresyjne. Tych substancji niestety nie można oczyścić metodami biologicznymi. Rozważa się zastosowanie technologii uwzględniającej podwyższoną utlenialność o przedłużonym czasowo działaniu. Na dzień dzisiejszy nie ma jeszcze możliwości zastosowania wody ściekowej w gospodarstwach domowych.

Prof. Elżbieta Niemirycz: Producenci farmaceutyczni mają tak olbrzymie wpływy, że rządy dużych europejskich krajów bardzo się z nimi liczą. Pamiętam, jak na początku XXI wieku mówiło się o niebezpiecznych związkach chloroorganicznych, których spadek produkcji jest wprost powiązany ze spadkiem  produkcji chloru. Naukowcy analizujący niebezpieczne dioksyny uważali, że  ten spadek nastąpi po 2001 roku. Niestety od połowy ubiegłego wieku, światowa produkcja chloru wzrosła od 2 do około 60 mln ton rocznie i nadal utrzymuje trend wzrostowy. To oczywiście troszkę inna kwestia niż farmacja, ale również jego produkcja i wykorzystywanie właściwie wszędzie jest kwestią pieniędzy. Dużą rolę odgrywają tu przede wszystkim Chiny. W Stanach Zjednoczonych dobrowolnie zamyka się produkcję związków chloroorganicznych. I proszę zgadnąć gdzie ona się później znajduje? Właśnie w Chinach. W ten sposób świat doprowadził do wzrostu potęgi chińskiej.

Prof. Maria Elektorowicz: Wracając jeszcze do związków farmakologicznych, nasuwa się pytanie dlaczego nie kontrolujemy wszystkich tych związków na oczyszczalniach? Niestety metody badań i aparatura, jeszcze nie są dostosowane do użycia w tych miejscach. Sprzęt na oczyszczalni powinien być przystosowany do analiz niskich stężeń i uwarunkowań tam panujących. Istotna jest więc przede wszystkim chemia analityczna i nowocześnie wyposażone laboratoria.  Do dnia dzisiejszego nie ma opracowanych zasad monitoringu i standardowych metod na oznaczanie  substancji niebezpiecznych w ściekach odpływających. Ponadto powinny być równolegle przeprowadzone badania toksykologiczne  i ustalony bezpieczny zakres stężeń tych substancji w wodzie dla środowiska i zdrowia człowieka.

- Czy ograniczenie konsumpcji - również tej medycznej - jest jednym ze sposobów na poprawę sytuacji wód gruntowych? Czy od nas, jednostek, też coś zależy?

Prof. Maria Elektorowicz: Jeszcze w połowie ubiegłego wieku istniało bardzo dużo produktów farmaceutycznych na bazie roślin. Obecnie zostały one zastąpione produktami chemicznymi. Produkty roślinne są oczywiście bardziej przyjazne dla środowiska, inaczej w tym środowisku się zachowują. Mamy mnóstwo eko-produktów, które mogą pomóc w walce z depresją, nie zawsze potrzebne są do tego związki farmaceutyczne sugerowane przez lekarzy. Studia medyczne nie uczą możliwości zastąpienia produktów farmaceutycznych produktami naturalnymi. Czasami, nie mówię oczywiście, że zawsze, zamiast brać antydepresanty, wystarczy pójść na dłuższy spacer do lasu. Społeczeństwo przywykło do tego, że na wszystko, na każdy ból głowy jest gotowa pigułka. Często oglądam polską telewizję i obserwuję, że osiemdziesiąt procent reklam jest związanych z farmaceutyką. I tak jest na całym świecie.

Prof. Elżbieta Niemirycz: Farmakologia jest dla państwa dosyć pewnym źródłem dochodu, natomiast nie uwzględnia kosztu odnowy zniszczonego środowiska  i zdrowia.

Prof. Maria Elektorowicz: Tak, a przecież przetwórstwo roślin na starych i sprawdzonych recepturach też mogłoby być dużym ekonomicznym zastrzykiem.

- Nie mogę nie zapytać Pani o pandemię i jej wpływ na szeroko pojętą gospodarkę wodną nie tylko naszego kraju, ale i Europy. Czy SARS-CoV2 ma również wpływ na całą sytuację wód gruntowych? Publikacje mówią o wykryciu fragmentów koronawirusa w ściekach.

Prof. Maria Elektorowicz: W Kanadzie, aby ocenić liczbę chorych w danym mieście badano właśnie ścieki, ponieważ inne testy nie dawały całościowego obrazu liczby chorych na Covid-19. Jednak uwzględniając, że koronawirus jest bardzo wrażliwy na mydło, stwierdziliśmy, że badanie ścieków również nie jest adekwatne do ilości wirusa, który się w nich znajduje. Podsumowując, najważniejsza jest separacja i higiena. Okazuje się, że nie potrzeba wcale wyszukanych środków do dezynfekcji, wystarczy woda i zwykłe mydło. Niestety część ludzi nie lubi myć rąk i nie przestrzega podstawowych zasad higieny. Nawet jeżeli Covid-19 jest obecny w ściekach, to i tak nie przeżyje w nich długo i nie będzie się mutował dopóki nie ma dostępu do krwi. Proszę pamiętać, że aby wirus się rozprzestrzeniał i mutował, potrzebuje żywiciela. Dlatego jeżeli wszyscy się zaszczepimy, wirus Covid-19 zniknie. Obawiam się jednak warunków dla pojawienia się formy zmutowanej, która może być jeszcze groźniejsza.

- Dziękuję za rozmowę.

Prof. Maria Elektorowicz jest znanym w wielu krajach świata ekspertem w zakresie zaopatrzenia w wodę oraz oczyszczania ścieków i gleby. Urodzona w Polsce, po ukończeniu studiów na Wydziale Inżynierii Sanitarnej i Wodnej, stopień naukowy doktora uzyskała na Politechnice Warszawskiej. Potem kontynuowała prace w zakresie inżynierii środowiska na uczelniach zagranicznych, głównie w Algierii i Kanadzie. Od lat dziewięćdziesiątych pracuje jako profesor na Uniwersytecie Concordia w Montrealu, na Wydziale Budownictwa, Inżynierii Lądowej i Środowiska. Jest członkiem prestiżowego Canadian Society for Civil Engineering. Od kilku lat współpracuje z Katedrą Chemii Analitycznej Uniwersytetu Gdańskiego.