Virkningerne af spildevand på vandøkosystemer

Spildevand og spildevand kommer ind i akvatiske systemer fra kilder, der spænder fra overfladeafstrømning og septiske systemer til spildevandsrensningsfaciliteter og stormafløb. Hvert år bliver omkring 3,5 millioner amerikanere syge af rekreative aktiviteter som svømning og sejlads, fordi vandet er forurenet. Mange forbinder ikke deres sygdom med det vand, de rørte ved. Virkningen af ​​vandforurening på akvatiske økosystemer strækker sig imidlertid langt ud over menneskelig sygdom.

Spildevand kan defineres som affaldsvæsker og faste stoffer, der normalt transporteres af kloakker. I henhold til "International Journal of Environmental Research and Public Health" kan spildevand defineres som " ethvert regnvandsvand, såvel som industrielt, husholdnings- eller kommercielt spildevand eller enhver kombination deraf, der bæres af vand."

De fire hovedtyper af spildevand er indenlandske, industrielle, landbrugsmæssige og bymæssige. Spildevand til husholdninger består af sort vand, der indeholder fækalt stof fra mennesker og dyr samt gråvand fra husholdningsaktiviteter som badning, vask, madlavning og havearbejde. Industrielt spildevand består af industriaffald som papirmasse, papir, petrokemisk afstrømning, kemikalier, salte og syrer. Spildevand fra landbruget kommer fra landbrugsaktiviteter, forurenet grundvand og landbrugsteknikker, især relateret til gødning og pesticider. Spildevand fra byer defineres som en kombination af husholdnings- og industrielt spildevand kombineret med spildevandsinfiltration og regnvand.

Spildevandsrensning har tre faser. Den første fase eller den primære behandling placerer spildevandet i damme. Fast affald lægger sig i bunden, og materialer med lav densitet som fedt og olier flyder til toppen. Disse materialer kan derefter fjernes. Den anden fase eller sekundær behandling fjerner opløst og suspenderet biologisk materiale. De fleste sekundære behandlingssystemer bruger aerobe bakterier til at forbruge organisk materiale i spildevandet. Tertiær eller tredje fase behandling renser spildevand yderligere, der til sidst frigives i følsomme miljøer. Tertiær behandling kan udføres ved flere metoder afhængigt af de resterende forurenende stoffer. Sandfiltrering fjerner partikler. Fosfater kan fjernes ved hjælp af bakterier kaldet polyphosphat akkumulerer organismer. Nitrifierende bakterier kan bruges til at fjerne kvælstof. En metode kaldet lagooning lagrer vandet i en lagune, hvor planter, bakterier, alger og zooplankton forbruger de resterende forurenende stoffer gennem naturlige processer.

Det faste affald kaldet slam fjernet under den primære behandling modtager også sekundær behandling. Slammet kan behandles med bakterier. Nogle gange genererer bakterierne nok metan til at blive brugt som brændstof. Eller slammet kan forbrændes. En anden metode til behandling af slammet starter ved at kondensere slammet, opvarme det til desinficering og derefter til sidst bruge det behandlede slam som gødning.

På trods af Clean Water Act fra 1972, der kræver sekundær behandling af spildevand, indgav nogle amerikanske kommuner og fik undtagelser. Overalt i verden mangler anslået 2,5 milliarder mennesker forbedrede sanitetsfaciliteter. Stigende befolkning, aldrende infrastruktur og naturkatastrofer påvirker også effektiviteten af ​​spildevandsbehandlingssystemer.

Spildevand fra husholdningerne indeholder forurenende stoffer, der spænder fra biologiske farer og mikroplastiske partikler til sæber og fedt. Spildevand fra landbruget indeholder biologiske farer, salte, pesticider og gødning. Spildevand fra byer omfatter spildevand til husholdninger og industri, men indeholder også afstrømning fra stormafløb. Stormafløb transporterer forurenende stoffer fra værfter og parker (snavs, kæledyrsaffald, pesticider, herbicider og gødning) samt fra gader og parkeringspladser (olie, benzin, snavs og affald). Industrielt spildevand indeholder en bred vifte af kemikalier, der inkluderer petrokemiske stoffer og andre kemikalier, syrer, radioaktive materialer og salte. Nylige fund viser, at en række stoffer også forurener spildevand.

University of Michigan bemærker, at det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur (EPA) i en rapport fra 2018 udtalte, at "53% af flod- og vandløbsmiljøer, 71% af søhektar, 79% af flodmundingsmiljøet og 98% af de store søers kystmiljøer, der er blevet vurderet, klassificeres som nedsat (uacceptabelt for mindst en udpeget brug)."

Biologiske farer, der findes i spildevand, inkluderer bakterier, svampe, parasitter og vira. Bakterier og bakterielle sygdomme spænder fra E. coli, tyfusfeber, salmonella, kolera og shigellose. Svampe inkluderer aspergillus. Parasitter inkluderer cryptosporidium, giardia og rundorm. Virus som hepatitis A kan også findes i spildevand. Sundhedsmæssige problemer forårsaget af spildevandsforurening påvirker anslået 3,5 millioner amerikanere hvert år. Anslået 50 procent af spildevandet, der kommer ind i Middelhavet, er ubehandlet spildevand. Biologisk affald fra gårde, huse, parker og strande forårsager sundhedsmæssige problemer, der påvirker mere end mennesker.

Bakterier og andre organismer i ferskvand bruger ilt til at metabolisere det spildevand, de ledsager. Mens mikroorganismerne nedbrydes, kan de forårsage hypoxiske (iltforarmede) døde zoner. Disse døde zoner mangler ilt, som fisk og andre indfødte organismer har brug for for at overleve. Skaldyr inficeret med spildevandsrelaterede bakterier sårer mennesker over hele verden. I havmiljøer kan humane tarmbakterier inficere koraller og forårsage koralblegningssygdom. Når koraller mister deres naturlige bakterier og alger, dør de, hvilket resulterer i zoner, hvor koraløkosystemet, fra bakterier til fiskpopulationer, dør.

Lægemidler, der spænder fra hormoner (som påvirker reproduktiv udvikling hos fisk og padder) til lovlige og ulovlige amfetaminer til antidepressiva, er kommet ind i akvatiske økosystemer. Nogle af stofferne passerer ind i kloaksystemet i urinen og fæces fra brugerne, mens nogle af stofferne er skyllet ned i afløbet. En kontrolleret undersøgelse af amfetaminers virkning på akvatiske organismer viste fremskyndet insektreproduktion, nedsat algepopulation og ændringer i diatom og mikrobediversitet.

Næringsrige materialer fra gødning, især kvælstof og fosfor, og affald forårsager eutrofiering i både friske og marine økosystemer. Alge blomstrer fra overskuddet af næringsstoffer nedsætter lystransmissionen i vandet og påvirker planter og plankton og reducerer iltmængden i vandet. Da algerne dør, forbruger nedbrydningsbakterier endnu mere af det opløste ilt. I ekstreme tilfælde resulterer ilttabet i store døde zoner. Afstrømning af gødning og næringsstofholdigt materiale fra det midvestlige USA har forårsaget en 7.728 kvadratkilometer iltforarmet død zone i Den Mexicanske Golf.

Industriaffald passerer ofte gennem de samme kloakbehandlingsfaciliteter som husholdningsaffald. Industriaffald indeholder ofte en række kemikalier og kan også indeholde tungmetaller som bly, kviksølv, cadmium og arsen. Ikke alle disse kemikalier fjernes fuldstændigt i rensningsanlæg, så kemikalierne frigives i floder, søer og marine farvande. Derudover kan noget affald frigives eller spildes i vandøkosystemer uden nogen behandling. Virkningerne af spildevandsforurening på marine liv påvirker organismer i hele fødekæden.

Tungmetaller opbygges i fiskevæv, da fisken spiser plankton, alger og mindre bytte, der indeholder metallerne. Denne proces kaldes biomagnifikation. Da andre dyr, inklusive mennesker, spiser disse fisk, kan tungmetaller nå tilstrækkelige koncentrationer til at forgifte forbrugeren. Disse tungmetaller kan også akkumuleres i giftige mængder for fisk.

Kontrol med udslip af industrielt spildevand som olieprodukter, radioaktivt affald og persistente organiske forurenende stoffer er forbedret med olieaffald reduceret med 90 procent mellem 1980'erne og 2006. Disse forurenende stoffer forårsagede øjeblikkelige og langsigtede virkninger på økosystemer ved forgiftning eller kvævning af plankton, planter og dyr.

Luftforurening og akvatiske økosystemer

Industriel sod og røg påvirker også vandøkosystemer. For eksempel danner svovldioxid kombineret med vanddamp svovlsyre eller sur regn. Sur regn og afstrømning nedsætter vandets pH, hvilket interfererer med fiskens evne til at absorbere ilt, salte og næringsstoffer. En lav pH interfererer også med calciumabsorptionen. Forkert calciumbalance for mange fisk betyder, at deres æg ikke udvikler sig ordentligt, bliver for skøre eller svage. Calciummangel forårsager også svage rygsøjler og knogler i fisk og svage eksoskeletter til krebs. Sur regn udvaskes også aluminium fra jord og forstyrrer reproduktion hos krebsdyr og fisk. Når pH falder til under 6, kan insekter som fluer og stenfluer ikke overleve, hvilket påvirker fødekæden.

Spildevand fra byer inkluderer affald, der skylles i stormafløb og til sidst i vandveje. Anslået 70 procent af dette kuld ender på havbunden, ca. 15 procent lander på strande og ca. 15 procent flyder i havet. Det meste af kuldet, 70 procent, er plast med metal og glas, der udgør størstedelen af ​​de resterende 30 procent. Undersøgelser viser, at mere end 1.200 akvatiske arter interagerer med kuldet ved at spise det, bo i eller på det eller blive viklet ind i det. Meget af plasten er i form af mikroplast, små stykker fra nedbrydningen af ​​større plast. Dyr så forskellige som pattedyr, fisk, krebsdyr og andre påvirkes af dette kuld.