Gli effetti delle acque reflue sugli ecosistemi acquatici

Le acque reflue e le acque reflue entrano nei sistemi acquatici da fonti che vanno dal deflusso superficiale e dai sistemi settici agli impianti di trattamento delle acque reflue e agli scarichi delle acque piovane. Ogni anno circa 3,5 milioni di americani si ammalano a causa di attività ricreative come nuotare e andare in barca perché l'acqua è contaminata. Molti non collegano la loro malattia all'acqua che hanno toccato. Tuttavia, l'impatto dell'inquinamento idrico sugli ecosistemi acquatici va ben oltre le malattie umane.

Le acque reflue possono essere definite come i liquidi e i solidi di scarto solitamente portati via dalle fogne. Secondo l'"International Journal of Environmental Research and Public Health", le acque reflue possono essere "definite come qualsiasi deflusso di acqua piovana, nonché liquami industriali, domestici o commerciali o qualsiasi combinazione di questi trasportati da acqua."

I quattro principali tipi di acque reflue sono domestiche, industriali, agricole e urbane. Le acque reflue domestiche sono costituite da acque nere contenenti feci umane e animali, nonché acque grigie provenienti da attività domestiche come fare il bagno, lavarsi, cucinare e fare giardinaggio. Le acque reflue industriali sono costituite da rifiuti industriali come pasta di legno, carta, scarichi petrolchimici, prodotti chimici, sali e acidi. Le acque reflue agricole provengono da attività agricole, acque sotterranee contaminate e tecniche agricole, in particolare legate a fertilizzanti e pesticidi. Le acque reflue urbane sono definite come una combinazione di acque reflue domestiche e industriali combinate con infiltrazioni di acque reflue e acqua piovana.

Il trattamento delle acque reflue ha tre fasi. La prima fase o trattamento primario pone le acque reflue in vasche di contenimento. I rifiuti solidi si depositano sul fondo e i materiali a bassa densità come grassi e oli galleggiano verso l'alto. Questi materiali possono quindi essere rimossi. La seconda fase o trattamento secondario rimuove il materiale biologico disciolto e sospeso. La maggior parte dei sistemi di trattamento secondario utilizza batteri aerobici per consumare materiale organico nelle acque reflue. Il trattamento terziario o di terza fase pulisce ulteriormente le acque reflue che alla fine verranno rilasciate in ambienti sensibili. Il trattamento terziario può essere effettuato con diversi metodi, a seconda dei contaminanti rimanenti. La filtrazione a sabbia rimuove il particolato. I fosfati possono essere rimossi utilizzando batteri chiamati organismi di accumulo di polifosfati. I batteri nitrificanti possono essere utilizzati per rimuovere l'azoto. Un metodo chiamato lagunaggio immagazzina l'acqua in una laguna dove piante, batteri, alghe e zooplancton consumano i contaminanti rimanenti attraverso processi naturali.

Anche i rifiuti solidi chiamati fanghi rimossi durante il trattamento primario ricevono un trattamento secondario. I fanghi possono essere trattati con batteri. A volte i batteri generano abbastanza metano da essere usato come combustibile. Oppure, i fanghi possono essere inceneriti. Un altro metodo per trattare i fanghi inizia condensando il fango, riscaldandolo per disinfettarlo e infine utilizzando il fango trattato come fertilizzante.

Nonostante il Clean Water Act del 1972 richieda il trattamento secondario delle acque reflue, alcuni comuni degli Stati Uniti hanno presentato e ricevuto esenzioni. In tutto il mondo, circa 2,5 miliardi di persone non dispongono di strutture sanitarie migliorate. Anche l'aumento della popolazione, l'invecchiamento delle infrastrutture e i disastri naturali influiscono sull'efficacia dei sistemi di trattamento delle acque reflue.

Le acque reflue domestiche contengono inquinanti che vanno da rischi biologici e particelle di microplastiche a saponi e grassi. Le acque reflue agricole contengono rischi biologici, sali, pesticidi e fertilizzanti. Le acque reflue urbane comprendono le acque reflue domestiche e industriali, ma contengono anche il deflusso dei tombini. I tombini trasportano inquinanti da cortili e parchi (sporco, rifiuti di animali domestici, pesticidi, erbicidi e fertilizzanti) nonché da strade e parcheggi (olio, benzina, sporcizia e spazzatura). Le acque reflue industriali contengono un'ampia gamma di sostanze chimiche che includono prodotti petrolchimici e altre sostanze chimiche, acidi, materiali radioattivi e sali. Recenti scoperte mostrano che una varietà di farmaci contamina anche le acque reflue.

L'Università del Michigan osserva che in un rapporto del 2018, l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA) ha dichiarato che "il 53% delle miglia di fiumi e torrenti, il 71% degli acri di laghi, Il 79% delle miglia quadrate degli estuari e il 98% delle miglia costiere dei Grandi Laghi che sono state valutate sono classificate come compromesse (inaccettabile per almeno un uso)."

I rischi biologici riscontrati nelle acque reflue includono batteri, funghi, parassiti e virus. I batteri e le malattie batteriche vanno da E. coli, febbre tifoide, salmonella, colera e shigellosi. I funghi includono l'aspergillus. I parassiti includono cryptosporidium, giardia e nematodi. Virus come l'epatite A si possono trovare anche nelle acque reflue. I problemi di salute causati dall'inquinamento delle acque reflue colpiscono circa 3,5 milioni di americani ogni anno. Si stima che il 50 per cento delle acque reflue che entrano nel Mediterraneo siano acque reflue non trattate. I rifiuti biologici provenienti da fattorie, case, parchi e spiagge causano problemi di salute che hanno un impatto maggiore rispetto agli esseri umani.

I batteri e altri organismi nelle acque dolci usano l'ossigeno per metabolizzare le acque reflue che accompagnano. Mentre abbattono le acque reflue, questi microrganismi possono causare zone morte ipossiche (povere di ossigeno). Queste zone morte mancano di ossigeno di cui i pesci e altri organismi nativi hanno bisogno per sopravvivere. I crostacei infettati da batteri legati alle acque reflue fanno ammalare le persone in tutto il mondo. Negli ambienti marini, i batteri intestinali umani possono infettare i coralli e causare malattie da sbiancamento dei coralli. Quando i coralli perdono i loro batteri e alghe naturali, muoiono, determinando zone in cui muore l'ecosistema corallino, dai batteri alle popolazioni di pesci.

Farmaci che vanno dagli ormoni (che influenzano lo sviluppo riproduttivo nei pesci e negli anfibi) alle anfetamine legali e illegali agli antidepressivi sono entrati negli ecosistemi acquatici. Alcuni dei farmaci passano nel sistema fognario nelle urine e nelle feci degli utenti mentre alcuni dei farmaci sono stati scaricati nello scarico. Uno studio controllato degli effetti delle anfetamine sugli organismi acquatici ha mostrato una riproduzione accelerata degli insetti, una diminuzione delle popolazioni di alghe e cambiamenti nella diversità delle diatomee e dei microbi.

I materiali ricchi di nutrienti provenienti dai fertilizzanti, in particolare azoto e fosforo, e il materiale di scarto causano l'eutrofizzazione sia negli ecosistemi freschi che in quelli marini. Le fioriture algali dovute all'eccesso di nutrienti diminuiscono la trasmissione della luce nell'acqua, colpendo piante e plancton e riducendo la quantità di ossigeno nell'acqua. Quando le alghe muoiono, i batteri decompositori consumano ancora più ossigeno disciolto. In casi estremi, la perdita di ossigeno provoca ampie zone morte. Il deflusso di fertilizzante e materiale ricco di sostanze nutritive dal Midwest degli Stati Uniti ha causato una zona morta impoverita di ossigeno di 7.728 miglia quadrate nel Golfo del Messico.

I rifiuti industriali passano spesso attraverso gli stessi impianti di trattamento fognario dei rifiuti domestici. I rifiuti industriali spesso contengono una varietà di sostanze chimiche e possono anche contenere metalli pesanti come piombo, mercurio, cadmio e arsenico. Non tutte queste sostanze chimiche vengono completamente rimosse negli impianti di trattamento delle acque reflue, quindi le sostanze chimiche vengono rilasciate nei fiumi, nei laghi e nelle acque marine. Inoltre, alcuni rifiuti possono essere rilasciati o riversati negli ecosistemi acquatici senza alcun trattamento. Gli effetti dell'inquinamento delle acque reflue sulla vita marina hanno un impatto sugli organismi lungo tutta la catena alimentare.

I metalli pesanti si accumulano nei tessuti dei pesci mentre i pesci consumano plancton, alghe e prede più piccole contenenti i metalli. Questo processo è chiamato biomagnificazione. Poiché altri animali, compreso l'uomo, mangiano questi pesci, i metalli pesanti possono raggiungere concentrazioni sufficienti per avvelenare il consumatore. Questi metalli pesanti possono accumularsi in quantità tossiche anche per i pesci.

Il controllo dei rilasci di liquami industriali come prodotti petroliferi, rifiuti radioattivi e inquinanti organici persistenti è migliorato, con rifiuti oleosi ridotti del 90% tra gli anni '80 e il 2006. Questi inquinanti hanno causato effetti immediati ea lungo termine sugli ecosistemi avvelenando o soffocando plancton, piante e animali.

Inquinamento atmosferico ed ecosistemi acquatici

Anche la fuliggine e il fumo industriali hanno un impatto sugli ecosistemi acquatici. Ad esempio, l'anidride solforosa combinata con il vapore acqueo forma acido solforico o piogge acide. La pioggia acida e il deflusso riducono il pH acquatico, che interferisce con la capacità dei pesci di assorbire ossigeno, sali e sostanze nutritive. Un pH basso interferisce anche con l'assorbimento del calcio. Un equilibrio scorretto del calcio per molti pesci significa che le loro uova non si sviluppano correttamente, diventando troppo fragili o deboli. La carenza di calcio causa anche spine e ossa deboli nei pesci e esoscheletri deboli per i gamberi. Le piogge acide percolano anche l'alluminio dai suoli, interferendo con la riproduzione nei crostacei e nei pesci. Inoltre, quando il pH scende al di sotto di 6, insetti come effimere e flebotomi non possono sopravvivere, influendo sulla catena alimentare.

Le acque reflue urbane includono i rifiuti lavati nelle fognature e infine nei corsi d'acqua. Si stima che circa il 70 percento di questi rifiuti finisca sul fondo del mare, circa il 15 percento atterra sulle spiagge e circa il 15 percento galleggia nell'oceano. La maggior parte dei rifiuti, il 70%, è costituita da plastica con metallo e vetro che costituiscono la maggior parte del restante 30%. Gli studi dimostrano che più di 1.200 specie acquatiche interagiscono con la lettiera mangiandola, vivendoci dentro o sopra o rimanendovi impigliata. Gran parte della plastica è sotto forma di microplastiche, piccoli pezzi provenienti dalla rottura di plastiche più grandi. Animali diversi come mammiferi, pesci, crostacei e altri sono colpiti da questa cucciolata.