Otpadne vode i kanalizacija ulaze u vodene sustave od izvora u rasponu od površinskog otjecanja i septičkih sustava do postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda i odljeva olujnih odvoda. Svake godine oko 3,5 milijuna Amerikanaca oboli od rekreativnih aktivnosti poput plivanja i vožnje čamcem jer je voda onečišćena. Mnogi svoju bolest ne povezuju s vodom koju su dodirnuli. Učinak onečišćenja vode na vodene ekosustave širi se daleko dalje od ljudskih bolesti.
Što je kanalizacija?
Kanalizacija se može definirati kao otpadne tekućine i krute tvari koje obično odvode kanalizacija. Prema "Međunarodnom časopisu za istraživanje okoliša i javno zdravstvo," otpadne vode mogu se "definirati kao bilo koje otjecanje oborinske vode, kao i industrijska, kućanska ili komercijalna kanalizacija ili bilo koja njihova kombinacija koju prevozi voda."
Četiri glavne vrste otpadnih voda su kućanske, industrijske, poljoprivredne i urbane. Kućne otpadne vode sastoje se od crne vode koja sadrži fekalije čovjeka i životinja, kao i sive vode iz kućanskih aktivnosti poput kupanja, pranja, kuhanja i vrtlarenja. Industrijska otpadna voda sastoji se od industrijskog otpada poput celuloze, papira, petrokemijskog otjecanja, kemikalija, soli i kiselina. Poljoprivredne otpadne vode potječu od poljoprivrednih aktivnosti, onečišćene podzemne vode i poljoprivrednih tehnika, posebno povezanih s gnojivima i pesticidima. Gradske otpadne vode definirane su kao kombinacija otpadnih voda iz domaćinstava i industrije u kombinaciji s infiltracijom kanalizacije i kišnicom.
Odvođenje otpadnih voda i otpadnih voda
Pročišćavanje otpadnih voda ima tri faze. Prva faza ili primarni pročišćavanje otpadne vode stavlja u bare. Čvrsti otpad taloži se na dnu, a materijali male gustoće poput masti i ulja plutaju na vrhu. Tada se ti materijali mogu ukloniti. Druga faza ili sekundarni tretman uklanja otopljeni i suspendirani biološki materijal. Većina sustava sekundarnog pročišćavanja koriste aerobne bakterije za trošenje organskog materijala u otpadnoj vodi. Tercijarno ili trećefazno pročišćavanje dalje čisti otpadne vode koje će se na kraju ispustiti u osjetljivo okruženje. Tercijarna obrada može se provesti na nekoliko metoda, ovisno o preostalim onečišćenjima. Filtriranje pijeskom uklanja čestice. Fosfati se mogu ukloniti pomoću bakterija koje se nazivaju polifosfatni akumulirajući organizmi. Nitrificirajuće bakterije mogu se koristiti za uklanjanje dušika. Metoda koja se naziva laguna skladišti vodu u laguni gdje biljke, bakterije, alge i zooplanktoni troše preostale onečišćenja prirodnim procesima.
Čvrsti otpad zvan mulj koji se uklanja tijekom primarne obrade dobiva i sekundarnu obradu. Mulj se može tretirati bakterijama. Ponekad bakterije stvaraju dovoljno metana koji se koristi kao gorivo. Ili se mulj može spaliti. Druga metoda za obradu mulja započinje kondenzacijom mulja, zagrijavanjem za dezinfekciju i konačno korištenjem obrađenog mulja kao gnojiva.
Unatoč Zakonu o čistoj vodi iz 1972. godine koji zahtijeva sekundarni tretman otpadnih voda, neke američke općine podnijele su prijave i dobile izuzeća. Procjenjuje se da diljem svijeta 2,5 milijarde ljudi nema poboljšane sanitarne uređaje. Povećanje broja stanovništva, starenje infrastrukture i prirodne katastrofe također utječu na učinkovitost sustava za pročišćavanje otpadnih voda.
Otpadne vode u vodenim sredinama
Kućne otpadne vode sadrže onečišćujuće tvari u rasponu od bioloških opasnosti i mikroplastičnih čestica do sapuna i masti. Poljoprivredne otpadne vode sadrže biološke opasnosti, soli, pesticide i gnojiva. Gradske otpadne vode uključuju kućne i industrijske otpadne vode, ali sadrže i otjecanje iz olujnih odvoda. Olujni odvodi prenose zagađivače s dvorišta i parkova (prljavština, otpad od kućnih ljubimaca, pesticidi, herbicidi i gnojiva), kao i s ulica i parkirališta (ulje, benzin, prljavština i smeće). Industrijske otpadne vode sadrže širok spektar kemikalija koje uključuju petrokemiju i druge kemikalije, kiseline, radioaktivne materije i soli. Nedavna otkrića pokazuju da razni lijekovi također kontaminiraju otpadne vode.
Sveučilište u Michiganu primjećuje da je u izvješću iz 2018. godine Američka agencija za zaštitu okoliša (EPA) izjavila da je "53% riječnih i potočnih milja, 71% hektara, 79% estuarinskih kvadratnih milja i 98% obalnih milja Velikih jezera koje su procijenjene klasificiraju se kao oštećene (neprihvatljivo za barem jednu naznačenu koristiti)."
Biološke opasnosti u vodenim okolišima
Biološke opasnosti pronađene u otpadnim vodama uključuju bakterije, gljivice, parazite i viruse. Bakterije i bakterijske bolesti kreću se od E. coli, trbušni tifus, salmonela, kolera i šigeloza. Gljivice uključuju aspergillus. Paraziti uključuju kriptosporidij, giardije i okrugle crve. Virusi poput hepatitisa A mogu se naći i u otpadnim vodama. Zdravstveni problemi uzrokovani zagađenjem otpadnih voda utječu na oko 3,5 milijuna Amerikanaca svake godine. Procjenjuje se da 50 posto otpadnih voda koje ulaze u Sredozemlje predstavljaju nepročišćene kanalizacije. Biološki otpad s farmi, kuća, parkova i plaža uzrokuje zdravstvene probleme koji utječu više od ljudi.
Bakterije i drugi organizmi u slatkoj vodi koriste kisik za metabolizaciju kanalizacije koju prate. Dok razgrađuju kanalizaciju, ti mikroorganizmi mogu uzrokovati hipoksična (osiromašena) mrtva područja. Ovim mrtvim zonama nedostaje kisika koji je ribi i drugim izvornim organizmima potreban da bi preživjeli. Školjke zaražene bakterijama povezanim s kanalizacijom obolijevaju ljude širom svijeta. U morskom okruženju, ljudske crijevne bakterije mogu zaraziti koralj i izazvati bolest izbjeljivanja koralja. Kad koralji izgube svoje prirodne bakterije i alge, oni umiru, što rezultira zonama u kojima koraljni ekosustav, od bakterija do populacija riba, umire.
Lijekovi u rasponu od hormona (koji utječu na reproduktivni razvoj riba i vodozemaca) preko legalnih i ilegalnih amfetamina do antidepresiva ušli su u vodene ekosustave. Neki od lijekova prolaze u kanalizacijski sustav mokraćom i izmetom korisnika, dok se neki lijekovi ispuste u odvod. Jedno kontrolirano istraživanje učinaka amfetamina na vodene organizme pokazalo je ubrzanu reprodukciju insekata, smanjenu populaciju algi i promjene u raznolikosti dijatoma i mikroba.
Opasnosti od hranjivih sastojaka u vodenom okruženju
Materijali iz gnojiva bogati hranjivim tvarima, posebno dušikom i fosforom, te otpadni materijal uzrokuju eutrofikaciju u svježim i morskim ekosustavima. Alga cvjeta zbog viška hranjivih sastojaka, smanjuje propuštanje svjetlosti u vodi, utječući na biljke i plankton, istovremeno smanjujući količinu kisika u vodi. Kako alge odumiru, bakterije koje razgrađuju troše još više otopljenog kisika. U ekstremnim slučajevima gubitak kisika rezultira velikim mrtvim zonama. Otjecanje gnojiva i hranjivih sastojaka sa sjeverozapada Sjedinjenih Država prouzročilo je mrtvu zonu osiromašenu kisikom u Meksičkom zaljevu od 7.728 četvornih kilometara.
Industrijski otpad u vodenim okolišima
Industrijski otpad često prolazi kroz iste uređaje za pročišćavanje kanalizacije kao i domaći otpad. Industrijski otpad često sadrži razne kemikalije, a može sadržavati i teške metale poput olova, žive, kadmija i arsena. Nisu sve ove kemikalije potpuno uklonjene u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, pa se one ispuštaju u rijeke, jezera i morske vode. Uz to, dio otpada može se osloboditi ili izliti u vodene ekosustave bez ikakvog tretmana. Učinci onečišćenja otpadnih voda na morski život utječu na organizme u čitavom prehrambenom lancu.
Teški metali nakupljaju se u ribljim tkivima dok riba konzumira plankton, alge i manji plijen koji sadrži metale. Taj se proces naziva biomagnifikacija. Dok ove životinje jedu druge životinje, uključujući ljude, teški metali mogu doseći dovoljne koncentracije da otrovaju potrošača. Ti se teški metali mogu akumulirati u otrovnim količinama i za ribu.
Poboljšana je kontrola ispuštanja industrijske kanalizacije poput naftnih derivata, radioaktivnog otpada i postojanih organskih zagađivača, a uljni otpad smanjen je za 90 posto između 1980-ih i 2006. Ta onečišćivaća prouzročila su trenutne i dugoročne učinke na ekosustave trovanjem ili ugušivanjem planktona, biljaka i životinja.
Onečišćenje zraka i vodeni ekosustavi
Industrijska čađa i dim također utječu na vodene ekosustave. Na primjer, sumpor-dioksid u kombinaciji s vodenom parom stvara sumpornu kiselinu ili kiselu kišu. Kisela kiša i otjecanje smanjuju pH vode u vodi, što ometa sposobnost ribe da apsorbira kisik, soli i hranjive sastojke. Nizak pH također ometa apsorpciju kalcija. Nepravilna ravnoteža kalcija za mnoge ribe znači da se njihova jajašca ne razvijaju pravilno, postaju previše krhka ili slaba. Nedostatak kalcija također uzrokuje slabe kralježnice i kosti kod riba i slabe egzoskelete za rakove. Kisela kiša također izlužuje aluminij iz tla, ometajući reprodukciju rakova i riba. Nadalje, kada pH padne ispod 6, insekti poput muha i kamenaca ne mogu preživjeti, što utječe na prehrambeni lanac.
Leglo u vodenim ekosustavima
Urbana kanalizacija uključuje smeće koje se ispire u odvode za oluje i na kraju u vodene putove. Procjenjuje se da 70 posto ovog legla završava na morskom dnu, oko 15 posto slijeće na plaže, a oko 15 posto pluta u oceanu. Veći dio smeća, 70 posto, čini plastika s metalom i staklom koja čini većinu od preostalih 30 posto. Studije pokazuju da više od 1.200 vodenih vrsta komunicira s leglom tako što ga jedu, žive u njemu ili na njemu ili se u njega zapetljavaju. Veći dio plastike je u obliku mikroplastike, sitnih komadića od raspadanja većih plastika. Ovo leglo utječe na životinje raznolike poput sisavaca, riba, rakova i drugih.