Проєктування автономної каналізації для віддаленої еко-спільноти

Каналізація — одна з тих систем будівлі, про яку ніхто не думає, поки вона працює. У будинку з центральним підключенням ви викликаєте сантехніка і забуваєте. В автономній будівлі у віддаленій місцевості без муніципальної каналізації питання перетворюється на інженерну задачу з реальними обмеженнями.

Саме з такою ситуацією ми зіткнулися на Unity Hub — триповерховому енергонезалежному громадському центрі, який будується на Теплій Горі, еко-спільноті в Карпатському регіоні України. Будівля обслуговуватиме 4-6 людей щодня і прийматиме зібрання до 40 осіб. Вона стоїть наприкінці кам'янистої гірської дороги довжиною 1 км. Підключення до каналізації немає. І не буде.

Нам потрібно було спроєктувати санітарну систему з нуля. Ось що ми з'ясували.

Початкова пропозиція: замкнений цикл на біогазі

Наш перший проєкт базувався на анаеробному реакторі HomeBiogas 4. Людські відходи та харчові залишки потрапляють у реактор, встановлений у котельні (де температура тримається вище 30°C цілий рік), і виробляють газ для готування та рідке добриво. Безводні пісуари на всіх трьох поверхах обслуговують більшість візитів. Спалювальний туалет Separett працює як резерв.

На папері цикл замикається красиво. Відходи стають енергією та поживними речовинами. Нічого не покидає територію. Система працює без електрики (крім резервного спалювального туалету). Людям з пермакультури таке подобається, і це гарна історія для розповіді.

Ми поділилися цією пропозицією з командою Теплої Гори. Один із партнерів серйозно заперечив.

"Чому просто не зробити біосептик?"

Його аргумент був простий. Він сам використовує септик із бетонних кілець на своїй ділянці. Його друг, який тримає міні-готель у Карпатах, використовує таку саму систему. Працює. Без запаху. Майже без обслуговування. Водою після очистки можна поливати. А оскільки спільнота Теплої Гори і так не використовує агресивну побутову хімію, біосептик працюватиме добре.

В Україні септики з бетонних кілець — скрізь. Дві-три камери зі збірних бетонних кілець, закопані нижче глибини промерзання. Анаеробні бактерії розкладають органіку. Остання камера дренує у ґрунт через гравійний фільтр. Без електрики. Без рухомих частин. Служить 40-60 років. Повна вартість системи на 10-20 людей із монтажем: приблизно $1 700-3 200.

Наша біогазова система базується на установці HomeBiogas 4 з одним туалетом, придбаній у 2022 році за $1 577 з доставкою. Установка вже є в наявності, тож залишкова вартість — це монтаж: газова розводка, модернізація вентиляції та газові детектори — орієнтовно $1 500-1 600. Загальна вартість монтажу потрапляє в аналогічний діапазон із системою бетонних кілець.

Ми поставилися до цього виклику серйозно.

Розбір порівняння

Економіка

Система з бетонних кілець виграє за довговічністю та простотою. Служить у 3-4 рази довше, не потребує електрики, а річні витрати — $50-100 (бактеріальні препарати та періодичне відкачування). Монтаж займає один-два дні з екскаватором і краном.

Біогазова система виробляє газ для готування та рідке добриво — реальна, але скромна цінність. При 4-6 щоденних користувачах реалістичний вихід газу покриває 30-60 хвилин готування на плиті на день лише від людських відходів. Більше — з додаванням харчових залишків. Рідке добриво корисне для городів Теплої Гори. Але жоден із цих виходів суттєво не змінює економіку.

Установку HomeBiogas було придбано ще у 2022 році. Це зміщує розрахунок, хоча не змінює операційне порівняння.

Вплив на довкілля

Обидві системи біологічні й не потребують хімії при нормальній роботі. Обидві гинуть, якщо залити в них хлорку чи антибіотики. Тепла Гора вже використовує еко-засоби для прибирання, тож обидва підходи виграють однаково.

Різниця — у якості очистки та ризиках.

Біогазовий реактор — закрита система. Відходи всередину, газ і рідина назовні. Контакту з ґрунтовими водами немає. Але дигестат все ще містить патогени (мезофільне бродіння не стерилізує повністю), і ви розміщуєте метан та сірководень усередині житлової будівлі. Газові детектори та надійна вентиляція — не опція, а необхідність.

Система з бетонних кілець видаляє 30-70% БСК у резервуарі, а далі покладається на ґрунт. Це працює, коли ґрунтові умови сприятливі і рівень ґрунтових вод глибокий. Коли ні — ви зливаєте частково очищені стоки в землю. Дренажна камера спроєктована так, щоб пропускати воду в ґрунт. У місці, де ніхто не перевіряв гідрогеологію, це припущення, а не гарантія. Без даних нам некомфортно на нього покладатися.

Земляні роботи для системи з бетонних кілець помірні: три котловани, близько двох метрів завглибшки, загалом 10-15 квадратних метрів порушеного ґрунту. Землю засипають назад, і за сезон все відновлюється. Біогазова система уникає зовнішніх робіт, але потребує внутрішніх переробок: реконфігурація котельні, газові лінії через будівлю, модернізована вентиляція.

Обслуговування

Перевага системи з бетонних кілець — у тому, що вона нудна. Нічого не треба перевіряти щотижня чи щомісяця. Єдине регулярне завдання — виклик асенізатора кожні 6-12 місяців при навантаженні Unity Hub.

Біогазова система потребує щотижневої уваги (спорожнення попелу спалювального туалету, протирання пісуарів), щомісячних перевірок реактора та щоквартальних оглядів фільтрів. Якщо котельня охолоне нижче 20°C під час відключення електрики, біологія реактора зупиняється і потребує 2-4 тижнів для перезапуску. Система з бетонних кілець, закопана нижче глибини промерзання, працює через блекаути і морози без перерв.

Зимова продуктивність

Українські зими — серйозне проєктне обмеження. У Карпатах стабільні температури від -10°C до -25°C.

Біогазовий реактор потребує 30-38°C для оптимальної роботи. Наша пропозиція розміщує його в опалювальній котельні, що працює, поки котельня тепла. Тривале відключення електрики взимку ламає це припущення. Якщо реактор охолоне нижче 20°C, відновлення займає тижні.

Система з бетонних кілець взимку сповільнюється. Активність анаеробних бактерій падає до 10-20% від літнього рівня при температурі нижче 10°C. Але не зупиняється. Мул накопичується швидше в холодні місяці і переробляється у теплий сезон. Закопана на 1,2-1,5 метри, ізольована землею, підігріта біологічним теплом від безперервного використання. Жодного зовнішнього енергопостачання.

Обмеження ділянки, яке змінює все

Тепла Гора стоїть наприкінці кілометрової кам'янистої дороги з крутими ділянками. Взимку — сніг і лід. Повнопривідні автомобілі з високим кліренсом проїжджають. Звичайні — часто ні.

Найпоширеніші асенізаторні машини в Україні використовують шасі ГАЗ-3307/3309: задній привід, 7,85-8,2 тонни повної маси, зі стандартним дорожнім просвітом. Існує повнопривідний варіант (шасі ГАЗ-33086 «Земляк», кліренс 265 мм, 8,18 тонни), але він значно менш поширений. Навіть повнопривідний варіант, завантажений 4 тоннами рідини, матиме проблеми на крутих обледенілих ділянках. Більшість операторів відмовляться навіть спробувати.

Система з бетонних кілець потребує відкачування кожні 6-12 місяців. Система, яка залежить від вантажівки, що може не доїхати до об'єкта, — це не план обслуговування. Це помилка проєктування.

Є обхідні шляхи. Тракторна вакуумна бочка впоралася б із рельєфом. Збільшити об'єм системи і планувати одне відкачування на суху літню пору — ще один варіант. Але це додає логістику та невизначеність до того, що мало бути простішим рішенням.

Біогазова система не виробляє відходів, які потребують вивезення. Рідке добриво йде напряму в город. Попіл спалювального туалету виноситься вручну. Вихід з пісуарів дренує в піщаний фільтр на місці. Нічого не потрібно вивозити з Теплої Гори вантажівкою.

Саме тут аргумент партнера, який вигравав за більшістю практичних показників, натикається на конкретну реальність ділянки. Його система працює добре на його території, ймовірно, тому що асенізатор може доїхати до його будинку.

Що бачить спільнота

Тепла Гора — еко-спільнота. Її учасники практикують пермакультуру, йогу, усвідомлене життя. Їм важливий вплив на довкілля. Їм також важливо, щоб речі працювали без зайвих проблем.

Біогазова концепція приваблює ту частину спільноти, якій близьке циркулярне мислення, ідея виробляти газ для готування з відходів. Це гарна тема для воркшопу і вражає гостей.

Септик з бетонних кілець приваблює ту частину спільноти, яка просто хоче туалет, що працює. Партнер, який оспорив нашу пропозицію, живе з цим щодня. Його система працює. Він про неї не думає. Готель його друга працює на такій самій технології.

Ми постійно бачимо цей розрив в еко-спільнотах: привабливість інноваційних систем проти реальності того, що люди справді обслуговують роками. Біогазові установки гарно виглядають на презентаціях. Надійний септик — це те, що потрібно о 6 ранку в грудні.

Що бачать інвестори та грантодавці

Грантові фонди й інноваційні програми реагують на новизну. "Циркулярна біогазова санітарна система для автономної будівлі" добре читається в заявці. "Ми встановили стандартний бетонний септик" не привертає фінансування.

Практичні інвестори й бізнес-орієнтовані партнери реагують на надійність. Перевірена технологія, низький ризик, довгий термін служби.

Це різні аудиторії з різними пріоритетами. Питання в тому, чи можна побудувати систему, яка задовольнить обидві, не пожертвувавши жодною.

Питання інновацій

Ми мали запитати себе: чи кожна підсистема інноваційної будівлі повинна бути інноваційною?

Інновація Unity Hub — в інтегрованому проєктуванні. Нульове споживання енергії, робота без викопного палива, автономні системи, модель для відтворення. Санітарна підсистема повинна працювати. Вона не мусить бути заголовком.

Біогазові технології часто сприймаються як передові, але анаеробне зброджування використовується вже понад століття. Наша пропозиція не вирішує основну проблему біогазу в холодному кліматі. Ми обходимо її, використовуючи котельню. Це обхідний шлях, а не дослідницький внесок.

Реальна прикладна дослідницька цінність — у документуванні фактичної продуктивності системи в українських умовах: журнали температур, вимірювання виходу газу, записи обслуговування, режими відмов. Ці дані корисні незалежно від того, чи система основна, чи допоміжна.

Напрямок, який визначився

Дослідження та зворотний зв'язок спільноти вказують в одному напрямку: розділити надійну каналізацію та експериментальне виробництво енергії.

Основна каналізація використовуватиме перевірену технологію, яка працює цілий рік без електрики, без залежності від зовнішніх служб і без ризиків газової безпеки в житловій будівлі.

Реактор HomeBiogas, який уже придбано, живитиметься кухонними та харчовими відходами, а не підключатиметься до туалетної системи. Він все ще виробляє газ і добриво. Але якщо зупиниться взимку — ніхто не залишиться без туалету.

Це розділення також суттєво спрощує проєкт будівлі. Жодних труб від туалету до реактора через будівлю. Жодних газових ліній від реактора на людських відходах до кухні. Простіша вентиляція. Менше навантаження на безпеку.

Конкретна технологія основної каналізації — септик із бетонних кілець, аеробна станція очистки, штучне болото чи компостуюча система — залежить від досліджень ділянки, які ще потрібно провести: рівень ґрунтових вод, швидкість фільтрації ґрунту, доступний простір на необхідних відстанях, і чи реалістична будь-яка система, що потребує періодичного обслуговування вантажівкою, з огляду на дорогу. Ми оновимо цю статтю в міру просування проєктування та будівництва системи.

Чому це нас навчило

Виклик партнера був корисним, бо ґрунтувався на роках щоденного використання, а не на теорії. Він змусив нас оцінити власну пропозицію на тлі системи, на яку покладаються мільйони людей в Україні. Щось із того, що ми виявили, підтвердило наше початкове бачення. Щось — ні.

Щоденна каналізація та експериментальні енергосистеми не повинні мати спільну точку відмови. Якщо їхнє з'єднання означає, що зупинений реактор залишає людей без туалету, проєкт хибний — незалежно від того, наскільки добрий реактор на папері.

Обмеження ділянки — це проєктні обмеження, а не виноски. Гірська дорога до Теплої Гори виключає будь-яку систему, що потребує регулярного доступу великогабаритного транспорту. Автономний означає автономний, включно з незалежністю від сервісних машин.

А довіра партнера до його власного септика з бетонних кілець, побудована на роках тихої щоденної роботи, — це форма даних, яку специфікації не можуть відтворити. Ми будуємо всередині спільноти. Якщо спільнота не довіряє системі, система провалилася ще до запуску.

Ми ще визначаємо основну санітарну технологію. Дослідження ділянки це вирішать. Але архітектура рішення — розділення того, що має бути надійним, від того, що ми хочемо вивчити, — вже визначена. Ця різниця варта більше за будь-який окремий вибір технології.

---

Це дослідження проведене в рамках проєктування санітарної системи Unity Hub у складі проєкту UA Unity Hub на Теплій Горі.