Οι επιπτώσεις των λυμάτων στα υδάτινα οικοσυστήματα

Τα λύματα και τα λύματα εισέρχονται σε υδάτινα συστήματα από πηγές που κυμαίνονται από επιφανειακή απορροή και σηπτικά συστήματα έως εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και εξερχόμενες καταιγίδες. Κάθε χρόνο περίπου 3,5 εκατομμύρια Αμερικανοί αρρωσταίνουν από ψυχαγωγικές δραστηριότητες, όπως κολύμπι και βαρκάδα, επειδή το νερό είναι μολυσμένο. Πολλοί δεν συνδέουν την ασθένειά τους με το νερό που άγγιξαν. Ωστόσο, ο αντίκτυπος της ρύπανσης των υδάτων στα υδάτινα οικοσυστήματα υπερβαίνει κατά πολύ τις ανθρώπινες ασθένειες.

Τα λύματα μπορούν να οριστούν ως τα απόβλητα υγρά και στερεά που συνήθως μεταφέρονται από υπονόμους. Σύμφωνα με το "International Journal of Environmental Research and Public Health," τα λύματα μπορούν να οριστούν ως τυχόν απορροή υδάτων, καθώς και βιομηχανικά, οικιακά ή εμπορικά λύματα ή οποιονδήποτε συνδυασμό αυτών που μεταφέρονται από νερό."

Οι τέσσερις κύριοι τύποι λυμάτων είναι οικιακοί, βιομηχανικοί, γεωργικοί και αστικοί. Τα οικιακά λύματα αποτελούνται από μαύρο νερό που περιέχει ανθρώπινα και ζωικά περιττώματα καθώς και γκρίζο νερό από οικιακές δραστηριότητες όπως κολύμβηση, πλύσιμο, μαγείρεμα και κηπουρική. Τα βιομηχανικά λύματα αποτελούνται από βιομηχανικά απόβλητα όπως πολτός, χαρτί, πετροχημική απορροή, χημικά, άλατα και οξέα. Τα γεωργικά λύματα προέρχονται από γεωργικές δραστηριότητες, μολυσμένα υπόγεια ύδατα και τεχνικές καλλιέργειας, που σχετίζονται ιδίως με λιπάσματα και φυτοφάρμακα. Τα αστικά λύματα ορίζονται ως συνδυασμός οικιακών και βιομηχανικών λυμάτων σε συνδυασμό με διήθηση λυμάτων και νερό βροχής.

Η επεξεργασία λυμάτων έχει τρεις φάσεις. Η πρώτη φάση ή η πρωτοβάθμια επεξεργασία τοποθετεί τα λύματα σε δεξαμενές συγκράτησης. Τα στερεά απόβλητα καθίστανται στο κάτω μέρος, και υλικά χαμηλής πυκνότητας όπως λίπη και λάδια επιπλέουν στην κορυφή. Αυτά τα υλικά μπορούν στη συνέχεια να αφαιρεθούν. Η δεύτερη φάση ή η δευτερογενής επεξεργασία αφαιρεί διαλυμένο και αιωρούμενο βιολογικό υλικό. Τα περισσότερα συστήματα δευτεροβάθμιας επεξεργασίας χρησιμοποιούν αερόβια βακτήρια για την κατανάλωση οργανικών υλικών στα λύματα Η τριτοβάθμια ή τρίτη φάση καθαρίζει περαιτέρω τα λύματα που τελικά θα απελευθερωθούν σε ευαίσθητα περιβάλλοντα. Η τριτοβάθμια επεξεργασία μπορεί να επιτευχθεί με διάφορες μεθόδους, ανάλογα με τους υπόλοιπους μολυσματικούς παράγοντες. Η διήθηση με άμμο αφαιρεί τα σωματίδια. Τα φωσφορικά άλατα μπορούν να απομακρυνθούν χρησιμοποιώντας βακτήρια που ονομάζονται πολυφωσφορικά σώματα. Τα νιτροποιητικά βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απομάκρυνση του αζώτου. Μια μέθοδος που ονομάζεται lagooning αποθηκεύει το νερό σε μια λιμνοθάλασσα όπου τα φυτά, τα βακτήρια, τα φύκια και το ζωοπλαγκτόν καταναλώνουν τους υπόλοιπους ρύπους μέσω φυσικών διεργασιών.

Τα στερεά απόβλητα που ονομάζονται λάσπη απομακρύνονται κατά την πρωτογενή επεξεργασία λαμβάνουν επίσης δευτερεύουσα επεξεργασία. Η λάσπη μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία με βακτήρια. Μερικές φορές τα βακτήρια παράγουν αρκετό μεθάνιο για να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο. Ή, η λάσπη μπορεί να αποτεφρωθεί. Μια άλλη μέθοδος για την επεξεργασία της ιλύος ξεκινά με συμπύκνωση της λάσπης, θέρμανση της για απολύμανση και στη συνέχεια χρήση της επεξεργασμένης λάσπης ως λίπασμα.

Παρά το γεγονός ότι ο νόμος περί καθαρού νερού του 1972 απαιτούσε δευτεροβάθμια επεξεργασία λυμάτων, ορισμένοι δήμοι των ΗΠΑ υπέβαλαν και έλαβαν εξαιρέσεις. Σε όλο τον κόσμο, περίπου 2,5 δισεκατομμύρια άνθρωποι στερούνται βελτιωμένων εγκαταστάσεων υγιεινής. Η αύξηση του πληθυσμού, η γήρανση των υποδομών και οι φυσικές καταστροφές επηρεάζουν επίσης την αποτελεσματικότητα των συστημάτων επεξεργασίας λυμάτων.

Τα οικιακά λύματα περιέχουν ρύπους που κυμαίνονται από βιολογικούς κινδύνους και μικροπλαστικά σωματίδια έως σαπούνια και λίπη. Τα γεωργικά λύματα περιέχουν βιολογικούς κινδύνους, άλατα, φυτοφάρμακα και λιπάσματα. Τα αστικά λύματα περιλαμβάνουν οικιακά και βιομηχανικά λύματα, αλλά και απορροή από καταιγίδες. Οι αποχετεύσεις με καταιγίδες μεταφέρουν ρύπους από αυλές και πάρκα (βρωμιά, απορρίμματα κατοικίδιων ζώων, φυτοφάρμακα, ζιζανιοκτόνα και λιπάσματα) καθώς και από δρόμους και χώρους στάθμευσης (πετρέλαιο, βενζίνη, βρωμιά και σκουπίδια). Τα βιομηχανικά λύματα περιέχουν ένα ευρύ φάσμα χημικών που περιλαμβάνουν πετροχημικά και άλλα χημικά, οξέα, ραδιενεργά υλικά και άλατα. Πρόσφατα ευρήματα δείχνουν ότι μια ποικιλία φαρμάκων μολύνουν επίσης τα λύματα.

Το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν σημειώνει ότι σε μια έκθεση του 2018, ο Οργανισμός Προστασίας Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (EPA) δήλωσε ότι "το 53% των ποταμών και των μιλίων, 71% των στρεμμάτων στη λίμνη Το 79% των τετραγωνικών μιλίων των εκβολών και το 98% των ακτογραμμών των Μεγάλων Λιμνών που έχουν αξιολογηθεί ταξινομούνται ως εξασθενημένα (απαράδεκτα για τουλάχιστον ένα καθορισμένο χρήση)."

Οι βιολογικοί κίνδυνοι που εντοπίζονται στα λύματα περιλαμβάνουν βακτήρια, μύκητες, παράσιτα και ιούς. Τα βακτήρια και οι βακτηριακές ασθένειες κυμαίνονται από E. coli, τυφοειδής πυρετός, σαλμονέλα, χολέρα και σιγέλλωση. Οι μύκητες περιλαμβάνουν aspergillus. Τα παράσιτα περιλαμβάνουν cryptosporidium, giardia και roundworms. Ιοί όπως η ηπατίτιδα Α μπορούν επίσης να βρεθούν στα λύματα. Τα προβλήματα υγείας που προκαλούνται από τη ρύπανση των λυμάτων επηρεάζουν περίπου 3,5 εκατομμύρια Αμερικανούς κάθε χρόνο. Υπολογίζεται ότι το 50% των λυμάτων που εισέρχονται στη Μεσόγειο είναι ακατέργαστα λύματα. Τα βιολογικά απόβλητα από αγροκτήματα, σπίτια, πάρκα και παραλίες προκαλούν προβλήματα υγείας που επηρεάζουν περισσότερο τους ανθρώπους.

Τα βακτήρια και άλλοι οργανισμοί στο γλυκό νερό χρησιμοποιούν οξυγόνο για να μεταβολίσουν τα λύματα που συνοδεύουν. Κατά τη διάσπαση των λυμάτων, αυτοί οι μικροοργανισμοί μπορούν να προκαλέσουν υποξικές (εξαντλημένες σε οξυγόνο) νεκρές ζώνες. Αυτές οι νεκρές ζώνες δεν διαθέτουν οξυγόνο που χρειάζονται για να επιβιώσουν τα ψάρια και άλλοι φυσικοί οργανισμοί. Τα οστρακοειδή που έχουν μολυνθεί με βακτηρίδια που σχετίζονται με τα λύματα έχουν προσβληθεί από ανθρώπους σε όλο τον κόσμο. Σε θαλάσσια περιβάλλοντα, τα βακτήρια του εντέρου του ανθρώπου μπορούν να μολύνουν τα κοράλλια και να προκαλέσουν ασθένεια λεύκανσης κοραλλιών. Όταν τα κοράλλια χάνουν τα φυσικά βακτήρια και τα φύκια τους, πεθαίνουν, με αποτέλεσμα ζώνες όπου πεθαίνει το οικοσύστημα των κοραλλιών, από βακτήρια έως πληθυσμούς ψαριών.

Φάρμακα που κυμαίνονται από ορμόνες (που επηρεάζουν την αναπαραγωγική ανάπτυξη στα ψάρια και τα αμφίβια) έως τις νόμιμες και παράνομες αμφεταμίνες έως τα αντικαταθλιπτικά έχουν εισέλθει σε υδάτινα οικοσυστήματα. Μερικά από τα φάρμακα περνούν στο σύστημα αποχέτευσης στα ούρα και τα περιττώματα των χρηστών, ενώ μερικά από τα φάρμακα έχουν ξεπλυθεί κάτω από την αποχέτευση. Μία ελεγχόμενη μελέτη των επιπτώσεων των αμφεταμινών στους υδρόβιους οργανισμούς έδειξε επιταχυνόμενη αναπαραγωγή εντόμων, μειωμένους πληθυσμούς φυκών και μεταβολές στη διατομία και την ποικιλομορφία των μικροβίων.

Υλικά πλούσια σε θρεπτικά συστατικά από λιπάσματα, ειδικά άζωτο και φώσφορο, και τα απόβλητα προκαλούν ευτροφισμό τόσο στα φρέσκα όσο και στα θαλάσσια οικοσυστήματα. Τα φύκια που ανθίζουν από την περίσσεια των θρεπτικών ουσιών μειώνουν τη μετάδοση του φωτός στο νερό, επηρεάζοντας τα φυτά και το πλαγκτόν μειώνοντας ταυτόχρονα την ποσότητα οξυγόνου στο νερό. Καθώς τα φύκια πεθαίνουν, τα βακτηρίδια αποσύνθεσης καταναλώνουν ακόμη περισσότερο από το διαλυμένο οξυγόνο. Σε ακραίες περιπτώσεις, η απώλεια οξυγόνου οδηγεί σε μεγάλες νεκρές ζώνες. Η απορροή λιπασμάτων και πλούσιων σε θρεπτικά συστατικών υλικών από τις μεσοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες προκάλεσε μια νεκρή ζώνη με έλλειψη οξυγόνου 7,728 τετραγωνικών μιλίων στον Κόλπο του Μεξικού.

Τα βιομηχανικά απόβλητα περνούν συχνά από τις ίδιες εγκαταστάσεις επεξεργασίας υπονόμων με τα οικιακά απόβλητα. Τα βιομηχανικά απόβλητα συχνά περιέχουν μια ποικιλία χημικών και μπορεί επίσης να περιέχουν βαρέα μέταλλα όπως μόλυβδο, υδράργυρο, κάδμιο και αρσενικό. Δεν αφαιρούνται εντελώς όλες αυτές οι χημικές ουσίες σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, έτσι οι χημικές ουσίες απελευθερώνονται σε ποτάμια, λίμνες και θαλάσσια ύδατα. Επιπλέον, ορισμένα απόβλητα μπορεί να απελευθερωθούν ή να χυθούν σε υδρόβια οικοσυστήματα χωρίς καμία επεξεργασία. Οι επιπτώσεις της ρύπανσης των λυμάτων στην θαλάσσια ζωή επηρεάζουν τους οργανισμούς σε όλη την τροφική αλυσίδα.

Τα βαρέα μέταλλα συσσωρεύονται σε ιστούς ψαριών καθώς τα ψάρια καταναλώνουν πλαγκτόν, φύκια και μικρότερα θηράματα που περιέχουν τα μέταλλα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται βιομαγνητισμός. Καθώς άλλα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, τρώνε αυτά τα ψάρια, τα βαρέα μέταλλα μπορούν να φτάσουν σε επαρκείς συγκεντρώσεις για να δηλητηριάσουν τον καταναλωτή. Αυτά τα βαρέα μέταλλα μπορεί να συσσωρεύονται σε τοξικές ποσότητες και για τα ψάρια.

Ο έλεγχος των εκλύσεων βιομηχανικών λυμάτων όπως πετρελαιοειδών, ραδιενεργών αποβλήτων και ανθεκτικών οργανικών ρύπων έχει βελτιωθεί, ενώ τα λιπαρά απόβλητα μειώθηκαν κατά 90% μεταξύ της δεκαετίας του 1980 και του 2006. Αυτοί οι ρύποι προκάλεσαν άμεσες και μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στα οικοσυστήματα με δηλητηρίαση ή πνιγμό πλαγκτόν, φυτών και ζώων.

Ατμοσφαιρική ρύπανση και υδρόβια οικοσυστήματα

Η βιομηχανική αιθάλη και ο καπνός επηρεάζουν επίσης τα υδάτινα οικοσυστήματα. Για παράδειγμα, το διοξείδιο του θείου σε συνδυασμό με υδρατμούς σχηματίζει θειικό οξύ ή όξινη βροχή. Η όξινη βροχή και η απορροή μειώνουν το υδάτινο pH, το οποίο παρεμβαίνει στην ικανότητα των ψαριών να απορροφούν οξυγόνο, άλατα και θρεπτικά συστατικά. Ένα χαμηλό pH παρεμβαίνει επίσης στην απορρόφηση ασβεστίου. Η ακατάλληλη ισορροπία ασβεστίου για πολλά ψάρια σημαίνει ότι τα αυγά τους δεν αναπτύσσονται σωστά, γίνονται πολύ εύθραυστα ή αδύναμα. Η ανεπάρκεια ασβεστίου προκαλεί επίσης αδύναμες αγκάθια και οστά στα ψάρια και αδύναμους εξωσκελετούς για καραβίδες. Η όξινη βροχή εκπλένει επίσης αλουμίνιο από εδάφη, παρεμποδίζοντας την αναπαραγωγή σε καρκινοειδή και ψάρια. Επιπλέον, όταν το pH πέφτει κάτω από το 6, έντομα όπως μύγες και πεταλούδες δεν μπορούν να επιβιώσουν, επηρεάζοντας την τροφική αλυσίδα.

Τα αστικά λύματα περιλαμβάνουν απορρίμματα που ξεπλένονται σε αποχετεύσεις καταιγίδας και τελικά σε υδάτινες οδούς. Υπολογίζεται ότι το 70 τοις εκατό αυτών των απορριμμάτων καταλήγει στον βυθό, περίπου 15 τοις εκατό προσγειώνεται σε παραλίες και περίπου 15 τοις εκατό αιωρείται στον ωκεανό. Τα περισσότερα από τα απορρίμματα, 70 τοις εκατό, είναι πλαστικά με μέταλλο και γυαλί που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου 30 τοις εκατό. Μελέτες δείχνουν ότι περισσότερα από 1.200 υδρόβια είδη αλληλεπιδρούν με τα απορρίμματα τρώγοντας, ζώντας μέσα ή πάνω σε αυτό, ή μπλέκονται σε αυτό. Μεγάλο μέρος του πλαστικού έχει τη μορφή μικροπλαστικών, μικροσκοπικά κομμάτια από τη διάσπαση μεγαλύτερων πλαστικών. Ζώα τόσο διαφορετικά όσο τα θηλαστικά, τα ψάρια, τα καρκινοειδή και άλλα επηρεάζονται από αυτά τα σκουπίδια.