Die Auswirkungen von Abwasser auf aquatische Ökosysteme

Abwasser und Abwasser gelangen aus Quellen, die von Oberflächenabflüssen und Kläranlagen bis hin zu Abwasserbehandlungsanlagen und Regenwasserabflüssen reichen, in aquatische Systeme. Jedes Jahr werden etwa 3,5 Millionen Amerikaner durch Freizeitaktivitäten wie Schwimmen und Bootfahren krank, weil das Wasser verunreinigt ist. Viele verbinden ihre Krankheit nicht mit dem Wasser, das sie berührt haben. Die Auswirkungen der Wasserverschmutzung auf aquatische Ökosysteme gehen jedoch weit über menschliche Krankheiten hinaus.

Abwasser kann als die Abfallflüssigkeiten und -feststoffe definiert werden, die normalerweise von der Kanalisation abgeführt werden. Laut "International Journal of Environmental Research and Public Health" kann Abwasser "definiert werden als jeglicher Niederschlagswasserabfluss sowie industrielles, häusliches oder gewerbliches Abwasser oder eine Kombination davon, die von Wasser."

Die vier Hauptabwässer sind häusliches, industrielles, landwirtschaftliches und städtisches Abwasser. Häusliches Abwasser besteht aus Schwarzwasser mit menschlichen und tierischen Fäkalien sowie Grauwasser aus Haushaltsaktivitäten wie Baden, Waschen, Kochen und Gartenarbeit. Industrieabwässer bestehen aus Industrieabfällen wie Zellstoff, Papier, petrochemischen Abwässern, Chemikalien, Salzen und Säuren. Landwirtschaftliches Abwasser stammt aus landwirtschaftlichen Tätigkeiten, kontaminiertem Grundwasser und landwirtschaftlichen Techniken, insbesondere im Zusammenhang mit Düngemitteln und Pestiziden. Städtisches Abwasser ist definiert als eine Kombination aus häuslichem und industriellem Abwasser in Kombination mit Abwasserversickerung und Regenwasser.

Die Abwasserbehandlung hat drei Phasen. Die erste Phase oder Vorbehandlung bringt das Abwasser in Auffangbecken. Feste Abfälle setzen sich unten ab, Materialien geringer Dichte wie Fette und Öle schwimmen nach oben. Diese Materialien können dann entfernt werden. Die zweite Phase oder Nachbehandlung entfernt gelöstes und suspendiertes biologisches Material. Die meisten Nachbehandlungssysteme verwenden aerobe Bakterien, um organisches Material im Abwasser zu verbrauchen. Die Tertiär- oder Drittphasenbehandlung reinigt das Abwasser weiter, das schließlich in empfindliche Umgebungen gelangt. Die Tertiärbehandlung kann in Abhängigkeit von den verbleibenden Verunreinigungen durch verschiedene Verfahren erfolgen. Die Sandfiltration entfernt Feinstaub. Phosphate können mit Bakterien namens Polyphosphat entfernt werden, die Organismen ansammeln. Nitrifizierende Bakterien können verwendet werden, um Stickstoff zu entfernen. Eine Methode namens Lagunenspeicherung speichert das Wasser in einer Lagune, in der Pflanzen, Bakterien, Algen und Zooplankton die verbleibenden Schadstoffe durch natürliche Prozesse verbrauchen.

Der während der Primärbehandlung entfernte feste Abfall, der Schlamm genannt wird, wird ebenfalls einer Sekundärbehandlung unterzogen. Der Schlamm kann mit Bakterien behandelt werden. Manchmal erzeugen die Bakterien genug Methan, um als Brennstoff verwendet zu werden. Oder der Schlamm kann verbrannt werden. Eine andere Methode der Schlammbehandlung beginnt damit, dass der Schlamm kondensiert, erhitzt wird, um ihn zu desinfizieren und schließlich den behandelten Schlamm als Dünger zu verwenden.

Trotz des Clean Water Act von 1972, der eine Sekundärbehandlung von Abwasser vorschreibt, haben einige US-Gemeinden Ausnahmen beantragt und erhalten. Weltweit mangelt es schätzungsweise 2,5 Milliarden Menschen an verbesserten sanitären Einrichtungen. Wachsende Bevölkerungen, alternde Infrastrukturen und Naturkatastrophen wirken sich auch auf die Wirksamkeit von Abwasserbehandlungssystemen aus.

Häusliches Abwasser enthält Schadstoffe, die von biologischen Gefahren über Mikroplastikpartikel bis hin zu Seifen und Fetten reichen. Landwirtschaftliches Abwasser enthält biologische Gefahren, Salze, Pestizide und Düngemittel. Zu den kommunalen Abwässern zählen häusliche und industrielle Abwässer, aber auch Abwässer aus Regenwasserkanälen. Regenwasserkanäle führen Schadstoffe aus Höfen und Parks (Schmutz, Tierabfälle, Pestizide, Herbizide und Düngemittel) sowie aus Straßen und Parkplätzen (Öl, Benzin, Schmutz und Müll). Industrielles Abwasser enthält eine breite Palette von Chemikalien, darunter Petrochemikalien und andere Chemikalien, Säuren, radioaktive Stoffe und Salze. Jüngste Erkenntnisse zeigen, dass eine Vielzahl von Medikamenten auch Abwässer kontaminieren.

Die University of Michigan stellt fest, dass die U.S. Environmental Protection Agency (EPA) in einem Bericht aus dem Jahr 2018 feststellte, dass „53 % der Fluss- und Bachmeilen, 71 % der See Morgen, 79 % der Mündungs-Quadratmeilen und 98 % der bewerteten Küstenkilometer der Großen Seen werden als beeinträchtigt eingestuft (inakzeptabel für mindestens einen ausgewiesenen benutzen)."

Zu den biologischen Gefahren, die im Abwasser gefunden werden, gehören Bakterien, Pilze, Parasiten und Viren. Bakterien und bakterielle Erkrankungen reichen von E. coli, Typhus, Salmonellen, Cholera und Shigellose. Pilze umfassen Aspergillus. Parasiten umfassen Cryptosporidium, Giardia und Spulwürmer. Auch im Abwasser sind Viren wie Hepatitis A zu finden. Gesundheitsprobleme, die durch Abwasserverschmutzung verursacht werden, betreffen jedes Jahr schätzungsweise 3,5 Millionen Amerikaner. Schätzungsweise 50 Prozent des Abwassers, das ins Mittelmeer gelangt, ist unbehandeltes Abwasser. Biologische Abfälle von Farmen, Häusern, Parks und Stränden verursachen Gesundheitsprobleme, die mehr als den Menschen betreffen.

Bakterien und andere Organismen im Süßwasser verwenden Sauerstoff, um das Abwasser, das sie begleiten, zu verstoffwechseln. Beim Abbau des Abwassers können diese Mikroorganismen hypoxische (sauerstoffarme) Totzonen verursachen. Diesen toten Zonen fehlt der Sauerstoff, den Fische und andere einheimische Organismen zum Überleben brauchen. Mit abwasserbedingten Bakterien infizierte Schalentiere erkranken Menschen auf der ganzen Welt. In Meeresumgebungen können menschliche Darmbakterien Korallen infizieren und Korallenbleichkrankheiten verursachen. Wenn Korallen ihre natürlichen Bakterien und Algen verlieren, sterben sie ab, was zu Zonen führt, in denen das Korallenökosystem, von Bakterien bis hin zu Fischpopulationen, stirbt.

Medikamente, die von Hormonen (die die Fortpflanzungsentwicklung bei Fischen und Amphibien beeinflussen) über legale und illegale Amphetamine bis hin zu Antidepressiva reichen, sind in Gewässerökosysteme eingedrungen. Einige der Drogen gelangen mit dem Urin und den Fäkalien der Benutzer in die Kanalisation, während einige der Drogen in den Abfluss gespült wurden. Eine kontrollierte Studie über die Auswirkungen von Amphetaminen auf Wasserorganismen zeigte eine beschleunigte Insektenvermehrung, verringerte Algenpopulationen und Veränderungen der Diatomeen- und Mikrobenvielfalt.

Nährstoffreiche Materialien aus Düngemitteln, insbesondere Stickstoff und Phosphor, sowie Abfallstoffe verursachen eine Eutrophierung sowohl in frischen als auch in marinen Ökosystemen. Algenblüten aufgrund des Überschusses an Nährstoffen verringern die Lichtdurchlässigkeit im Wasser, wirken sich auf Pflanzen und Plankton aus und reduzieren gleichzeitig die Sauerstoffmenge im Wasser. Wenn die Algen absterben, verbrauchen Zersetzungsbakterien noch mehr des gelösten Sauerstoffs. Im Extremfall führt der Sauerstoffverlust zu großen Totzonen. Der Abfluss von Dünger und nährstoffreichem Material aus dem Mittleren Westen der Vereinigten Staaten hat eine 7.728 Quadratmeilen große sauerstoffarme Totzone im Golf von Mexiko verursacht.

Industrieabfälle passieren oft die gleichen Kläranlagen wie Hausmüll. Industrieabfälle enthalten oft eine Vielzahl von Chemikalien und können auch Schwermetalle wie Blei, Quecksilber, Cadmium und Arsen enthalten. Nicht alle dieser Chemikalien werden in Kläranlagen vollständig entfernt, sodass die Chemikalien in Flüsse, Seen und Meerwasser gelangen. Darüber hinaus können einige Abfälle ohne Behandlung in aquatische Ökosysteme freigesetzt oder verschüttet werden. Die Auswirkungen der Abwasserverschmutzung auf Meereslebewesen wirken sich auf Organismen in der gesamten Nahrungskette aus.

Schwermetalle sammeln sich im Fischgewebe an, wenn die Fische Plankton, Algen und kleinere Beutetiere verzehren, die die Metalle enthalten. Dieser Vorgang wird als Biomagnifikation bezeichnet. Da andere Tiere, einschließlich des Menschen, diese Fische essen, können die Schwermetalle ausreichende Konzentrationen erreichen, um den Verbraucher zu vergiften. Diese Schwermetalle können sich auch für Fische in giftigen Mengen anreichern.

Die Kontrolle der Freisetzung von Industrieabwässern wie Erdölprodukten, radioaktiven Abfällen und persistenten organischen Schadstoffen hat sich verbessert, wobei die ölhaltigen Abfälle zwischen den 1980er Jahren und 2006 um 90 Prozent reduziert wurden. Diese Schadstoffe verursachten unmittelbare und langfristige Auswirkungen auf Ökosysteme, indem sie Plankton, Pflanzen und Tiere vergifteten oder erstickten.

Luftverschmutzung und aquatische Ökosysteme

Industrieruß und Rauch wirken sich auch auf aquatische Ökosysteme aus. So bildet beispielsweise Schwefeldioxid in Verbindung mit Wasserdampf Schwefelsäure oder sauren Regen. Saurer Regen und Abfluss senken den pH-Wert des Wassers, was die Fähigkeit der Fische beeinträchtigt, Sauerstoff, Salze und Nährstoffe aufzunehmen. Ein niedriger pH-Wert stört auch die Calciumaufnahme. Ein falscher Kalziumhaushalt vieler Fische führt dazu, dass sich ihre Eier nicht richtig entwickeln und zu spröde oder schwach werden. Kalziummangel verursacht auch schwache Stacheln und Knochen bei Fischen und schwache Exoskelette bei Krebsen. Durch sauren Regen wird auch Aluminium aus Böden ausgewaschen, was die Fortpflanzung bei Krebstieren und Fischen beeinträchtigt. Darüber hinaus können Insekten wie Eintagsfliegen und Steinfliegen bei einem pH-Wert unter 6 nicht überleben und die Nahrungskette beeinträchtigen.

Städtisches Abwasser umfasst Abfälle, die in Regenabflüsse und schließlich in Wasserstraßen gespült werden. Schätzungsweise 70 Prozent dieses Mülls landen auf dem Meeresboden, etwa 15 Prozent landen an Stränden und etwa 15 Prozent treiben im Meer. Der größte Teil des Abfalls, 70 Prozent, besteht aus Kunststoff, wobei Metall und Glas den Großteil der verbleibenden 30 Prozent ausmachen. Studien zeigen, dass mehr als 1.200 aquatische Arten mit der Einstreu interagieren, indem sie sie fressen, darin oder darauf leben oder sich darin verheddern. Ein Großteil des Plastiks liegt in Form von Mikroplastik vor, winzige Stücke aus dem Abbau größerer Kunststoffe. So unterschiedliche Tiere wie Säugetiere, Fische, Krebstiere und andere sind von diesem Abfall betroffen.