De effecten van afvalwater op aquatische ecosystemen

Afvalwater en rioolwater komen in aquatische systemen terecht vanuit bronnen variërend van oppervlakte-afvoer en septische systemen tot afvalwaterzuiveringsinstallaties en regenafvoerafvoeren. Elk jaar worden ongeveer 3,5 miljoen Amerikanen ziek van recreatieve activiteiten zoals zwemmen en varen omdat het water vervuild is. Velen brengen hun ziekte niet in verband met het water dat ze aanraakten. De impact van watervervuiling op aquatische ecosystemen gaat echter veel verder dan menselijke ziekten.

Riolering kan worden gedefinieerd als de afvalvloeistoffen en vaste stoffen die gewoonlijk door riolen worden afgevoerd. Volgens het "International Journal of Environmental Research and Public Health" kan afvalwater worden "gedefinieerd als" alle regenwaterafvoer, evenals industrieel, huishoudelijk of commercieel afvalwater of een combinatie daarvan vervoerd door: water."

De vier belangrijkste soorten afvalwater zijn huishoudelijk, industrieel, agrarisch en stedelijk. Huishoudelijk afvalwater bestaat uit zwart water dat menselijke en dierlijke uitwerpselen bevat, evenals grijs water van huishoudelijke activiteiten zoals baden, wassen, koken en tuinieren. Industrieel afvalwater bestaat uit industrieel afval zoals pulp, papier, petrochemisch afvalwater, chemicaliën, zouten en zuren. Landbouwafvalwater is afkomstig van landbouwactiviteiten, verontreinigd grondwater en landbouwtechnieken, vooral in verband met meststoffen en pesticiden. Stedelijk afvalwater wordt gedefinieerd als een combinatie van huishoudelijk en industrieel afvalwater gecombineerd met rioolinfiltratie en regenwater.

Afvalwaterzuivering kent drie fasen. De eerste fase of primaire behandeling plaatst het afvalwater in opvangvijvers. Vast afval bezinkt op de bodem en materialen met een lage dichtheid zoals vetten en oliën drijven naar de top. Deze materialen kunnen vervolgens worden verwijderd. De tweede fase of secundaire behandeling verwijdert opgelost en gesuspendeerd biologisch materiaal. De meeste secundaire behandelingssystemen gebruiken aerobe bacteriën om organisch materiaal in het afvalwater te consumeren. Tertiaire of derde fase zuivering zorgt voor een verdere reiniging van afvalwater dat uiteindelijk in gevoelige omgevingen terecht zal komen. Tertiaire behandeling kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, afhankelijk van de resterende verontreinigingen. Zandfiltratie verwijdert fijnstof. Fosfaten kunnen worden verwijderd met behulp van bacteriën die polyfosfaataccumulerende organismen worden genoemd. Nitrificerende bacteriën kunnen worden gebruikt om stikstof te verwijderen. Een methode die laguneratie wordt genoemd, slaat het water op in een lagune waar planten, bacteriën, algen en zoöplankton de resterende verontreinigingen via natuurlijke processen consumeren.

Het vaste afval, slib genaamd, dat tijdens de primaire behandeling wordt verwijderd, krijgt ook een secundaire behandeling. Het slib kan worden behandeld met bacteriën. Soms genereren de bacteriën genoeg methaan om als brandstof te gebruiken. Of het slib kan worden verbrand. Een andere methode om het slib te behandelen, begint door het slib te condenseren, het te verhitten om het te desinfecteren en vervolgens het behandelde slib als meststof te gebruiken.

Ondanks dat de Clean Water Act van 1972 secundaire behandeling van afvalwater voorschreef, hebben sommige Amerikaanse gemeenten vrijstellingen aangevraagd en gekregen. Wereldwijd hebben naar schatting 2,5 miljard mensen geen verbeterde sanitaire voorzieningen. Toenemende bevolkingsgroepen, verouderende infrastructuur en natuurrampen hebben ook invloed op de effectiviteit van afvalwaterzuiveringssystemen.

Huishoudelijk afvalwater bevat verontreinigende stoffen, variërend van biologische gevaren en microplastic deeltjes tot zepen en vetten. Landbouwafvalwater bevat biologische gevaren, zouten, pesticiden en meststoffen. Stedelijk afvalwater omvat huishoudelijk en industrieel afvalwater, maar bevat ook afvoer van regenwaterafvoeren. Stormafvoeren voeren verontreinigende stoffen van werven en parken (vuil, afval van huisdieren, pesticiden, herbiciden en meststoffen) en van straten en parkeerterreinen (olie, benzine, vuil en afval). Industrieel afvalwater bevat een breed scala aan chemicaliën, waaronder petrochemicaliën en andere chemicaliën, zuren, radioactieve materialen en zouten. Recente bevindingen tonen aan dat een verscheidenheid aan medicijnen ook het afvalwater vervuilen.

De Universiteit van Michigan merkt op dat het U.S. Environmental Protection Agency (EPA) in een rapport uit 2018 verklaarde dat "53% van de rivier- en stroommijlen, 71% van het meer acres, 79% van de estuariene vierkante mijlen en 98% van de kustlijnmijlen van de Grote Meren die zijn beoordeeld, zijn geclassificeerd als aangetast (onaanvaardbaar voor ten minste één aangewezen gebruik)."

Biologische gevaren die in afvalwater worden aangetroffen, zijn onder meer bacteriën, schimmels, parasieten en virussen. Bacteriën en bacteriële ziekten variëren van E. coli, buiktyfus, salmonella, cholera en shigellose. Schimmels omvatten aspergillus. Parasieten zijn onder meer cryptosporidium, giardia en rondwormen. Virussen zoals hepatitis A komen ook voor in afvalwater. Gezondheidsproblemen veroorzaakt door rioolvervuiling treffen jaarlijks naar schatting 3,5 miljoen Amerikanen. Naar schatting 50 procent van het afvalwater dat de Middellandse Zee binnenkomt, is onbehandeld rioolwater. Biologisch afval van boerderijen, huizen, parken en stranden veroorzaakt gezondheidsproblemen die meer dan mensen treffen.

Bacteriën en andere organismen in zoet water gebruiken zuurstof om het afvalwater dat ze vergezellen te metaboliseren. Bij het afbreken van het afvalwater kunnen deze micro-organismen hypoxische (zuurstofarme) dode zones veroorzaken. Deze dode zones hebben geen zuurstof die vissen en andere inheemse organismen nodig hebben om te overleven. Schelpdieren die besmet zijn met rioolgerelateerde bacteriën maken mensen over de hele wereld ziek. In mariene omgevingen kunnen menselijke darmbacteriën koraal infecteren en koraalverblekingsziekte veroorzaken. Wanneer koraal zijn natuurlijke bacteriën en algen verliest, sterven ze, wat resulteert in zones waar het koraalecosysteem, van bacteriën tot vispopulaties, sterft.

Geneesmiddelen, variërend van hormonen (die de reproductieve ontwikkeling bij vissen en amfibieën beïnvloeden) tot legale en illegale amfetaminen tot antidepressiva, zijn in aquatische ecosystemen terechtgekomen. Een deel van de drugs komt in het riool terecht via de urine en uitwerpselen van gebruikers, terwijl een deel van de drugs door de afvoer is weggespoeld. Een gecontroleerd onderzoek naar de effecten van amfetaminen op in het water levende organismen toonde een versnelde reproductie van insecten, verminderde algenpopulaties en veranderingen in de diversiteit van diatomeeën en microben.

Voedingsrijke materialen uit meststoffen, met name stikstof en fosfor, en afvalmateriaal veroorzaken eutrofiëring in zowel verse als mariene ecosystemen. Algenbloei door het teveel aan voedingsstoffen vermindert de lichttransmissie in het water, beïnvloedt planten en plankton en vermindert de hoeveelheid zuurstof in het water. Naarmate de algen afsterven, verbruiken ontbindende bacteriën nog meer van de opgeloste zuurstof. In extreme gevallen resulteert het verlies van zuurstof in grote dode zones. Afvloeiing van kunstmest en voedselrijk materiaal uit het middenwesten van de Verenigde Staten heeft geleid tot een zuurstofarme dode zone van 7.728 vierkante mijl in de Golf van Mexico.

Industrieel afval gaat vaak door dezelfde rioolwaterzuiveringsinstallaties als huishoudelijk afval. Industrieel afval bevat vaak een verscheidenheid aan chemicaliën en kan ook zware metalen zoals lood, kwik, cadmium en arseen bevatten. Niet al deze chemicaliën worden volledig verwijderd in rioolwaterzuiveringsinstallaties, dus de chemicaliën komen vrij in rivieren, meren en zeewateren. Bovendien kan een deel van het afval zonder enige behandeling vrijkomen of in aquatische ecosystemen terechtkomen. De effecten van rioolvervuiling op het leven in zee hebben invloed op organismen in de hele voedselketen.

Zware metalen hopen zich op in visweefsels als de vissen plankton, algen en kleinere prooien consumeren die de metalen bevatten. Dit proces wordt biomagnificatie genoemd. Aangezien andere dieren, waaronder mensen, deze vissen eten, kunnen de zware metalen voldoende concentraties bereiken om de consument te vergiftigen. Deze zware metalen kunnen zich ook in giftige hoeveelheden ophopen voor vissen.

De beheersing van de lozingen van industrieel afvalwater, zoals aardolieproducten, radioactief afval en persistente organische verontreinigende stoffen, is verbeterd, waarbij het olieafval tussen de jaren tachtig en 2006 met 90 procent is verminderd. Deze verontreinigende stoffen veroorzaakten onmiddellijke en langdurige effecten op ecosystemen door plankton, planten en dieren te vergiftigen of te verstikken.

Luchtvervuiling en aquatische ecosystemen

Industrieel roet en rook hebben ook invloed op aquatische ecosystemen. Zo vormt zwaveldioxide in combinatie met waterdamp zwavelzuur of zure regen. Zure regen en afvoer verlagen de pH van het water, wat het vermogen van vissen om zuurstof, zouten en voedingsstoffen te absorberen verstoort. Een lage pH verstoort ook de opname van calcium. Een slechte calciumbalans voor veel vissen betekent dat hun eieren zich niet goed ontwikkelen en te broos of zwak worden. Calciumtekort veroorzaakt ook zwakke stekels en botten bij vissen en zwakke exoskeletten voor rivierkreeften. Zure regen loogt ook aluminium uit de bodem, wat de voortplanting bij schaaldieren en vissen verstoort. Bovendien, wanneer de pH onder de 6 daalt, kunnen insecten zoals eendagsvliegen en steenvliegen niet overleven, wat gevolgen heeft voor de voedselketen.

Stedelijk rioolwater omvat afval dat in regenafvoeren en uiteindelijk in waterwegen wordt gespoeld. Naar schatting 70 procent van dit afval komt op de zeebodem terecht, ongeveer 15 procent belandt op het strand en ongeveer 15 procent drijft in de oceaan. Het grootste deel van het zwerfvuil, 70 procent, bestaat uit plastic, waarbij metaal en glas het grootste deel van de resterende 30 procent uitmaken. Studies tonen aan dat meer dan 1200 waterdieren interactie hebben met het afval door het op te eten, erin of erop te leven of erin verstrikt te raken. Veel van het plastic is in de vorm van microplastics, kleine stukjes afkomstig van de afbraak van grotere plastics. Dieren zo divers als zoogdieren, vissen, schaaldieren en anderen worden beïnvloed door dit nest.