Wpływ ścieków na ekosystemy wodne

Ścieki i ścieki dostają się do systemów wodnych ze źródeł od spływów powierzchniowych i szamb po oczyszczalnie ścieków i kanalizacje burzowe. Każdego roku około 3,5 miliona Amerykanów choruje z powodu zajęć rekreacyjnych, takich jak pływanie i pływanie łódką, ponieważ woda jest zanieczyszczona. Wielu nie łączy swojej choroby z wodą, której dotknęli. Wpływ zanieczyszczenia wody na ekosystemy wodne wykracza jednak daleko poza chorobę człowieka.

Ścieki można zdefiniować jako odpady płynne i stałe zwykle odprowadzane przez ścieki. Według „International Journal of Environmental Research and Public Health” ścieki można „zdefiniować jako wszelkie odpływy wód opadowych, a także ścieki przemysłowe, bytowe lub handlowe lub ich kombinacje przewożone woda."

Cztery główne rodzaje ścieków to ścieki domowe, przemysłowe, rolnicze i miejskie. Ścieki domowe składają się z czarnej wody zawierającej ludzkie i zwierzęce odchody, a także szarej wody z czynności domowych, takich jak kąpiel, pranie, gotowanie i ogrodnictwo. Ścieki przemysłowe składają się z odpadów przemysłowych, takich jak pulpa, papier, ścieki petrochemiczne, chemikalia, sole i kwasy. Ścieki rolnicze pochodzą z działalności rolniczej, zanieczyszczonych wód gruntowych i technik rolniczych, zwłaszcza związanych z nawozami i pestycydami. Ścieki komunalne definiuje się jako kombinację ścieków bytowych i przemysłowych w połączeniu z infiltracją ścieków i wodami opadowymi.

Oczyszczanie ścieków ma trzy fazy. Pierwsza faza lub oczyszczanie wstępne umieszcza ścieki w stawach retencyjnych. Odpady stałe osadzają się na dole, a materiały o małej gęstości, takie jak tłuszcze i oleje, unoszą się na górze. Materiały te można następnie usunąć. Druga faza lub obróbka wtórna usuwa rozpuszczony i zawieszony materiał biologiczny. Większość systemów oczyszczania wtórnego wykorzystuje bakterie tlenowe do zużywania materiału organicznego zawartego w ściekach. Oczyszczanie trzeciego lub trzeciego etapu dodatkowo oczyszcza ścieki, które ostatecznie zostaną uwolnione do wrażliwych środowisk. Oczyszczanie trzeciego stopnia można przeprowadzić kilkoma metodami, w zależności od pozostałych zanieczyszczeń. Filtracja piaskowa usuwa cząstki stałe. Fosforany można usunąć za pomocą bakterii zwanych organizmami gromadzącymi polifosforany. Do usuwania azotu można użyć bakterii nitryfikacyjnych. Metoda zwana lagunowaniem przechowuje wodę w lagunie, gdzie rośliny, bakterie, glony i zooplankton zużywają pozostałe zanieczyszczenia w naturalnych procesach.

Odpady stałe, zwane szlamami, usunięte podczas pierwotnego oczyszczania, również podlegają wtórnemu oczyszczaniu. Osad można traktować bakteriami. Czasami bakterie wytwarzają wystarczającą ilość metanu do wykorzystania jako paliwo. Lub szlam można spalić. Inna metoda obróbki osadu zaczyna się od jego kondensacji, ogrzewania w celu jego dezynfekcji, a następnie wykorzystania przetworzonego osadu jako nawozu.

Pomimo ustawy o czystej wodzie z 1972 r. wymagającej wtórnego oczyszczania ścieków, niektóre gminy w USA złożyły i otrzymały zwolnienia. Szacuje się, że na całym świecie 2,5 miliarda ludzi nie ma lepszych urządzeń sanitarnych. Rosnąca populacja, starzejąca się infrastruktura i klęski żywiołowe również wpływają na skuteczność systemów oczyszczania ścieków.

Ścieki domowe zawierają zanieczyszczenia, od zagrożeń biologicznych i mikroplastików po mydła i tłuszcze. Ścieki rolnicze zawierają zagrożenia biologiczne, sole, pestycydy i nawozy. Ścieki komunalne obejmują ścieki domowe i przemysłowe, ale także ścieki z kanalizacji burzowej. Kanały burzowe przenoszą zanieczyszczenia z placów i parków (brud, odchody zwierząt domowych, pestycydy, herbicydy i nawozy), a także z ulic i parkingów (olej, benzyna, brud i śmieci). Ścieki przemysłowe zawierają szeroką gamę chemikaliów, w tym petrochemikalia i inne chemikalia, kwasy, materiały radioaktywne i sole. Ostatnie odkrycia pokazują, że różne leki również zanieczyszczają ścieki.

University of Michigan zauważa, że ​​w raporcie z 2018 r. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) stwierdziła, że ​​„53% mil rzek i strumieni, 71% akrów jezior, 79% mil kwadratowych ujścia rzeki i 98% mil brzegowych Wielkich Jezior, które zostały ocenione, sklasyfikowano jako uszkodzone (niedopuszczalne dla co najmniej jednego wyznaczonego posługiwać się)."

Zagrożenia biologiczne występujące w ściekach obejmują bakterie, grzyby, pasożyty i wirusy. Bakterie i choroby bakteryjne wahają się od E. coli, dur brzuszny, salmonella, cholera i Shigelloza. Grzyby obejmują kropidlak. Pasożyty obejmują cryptosporidium, giardia i glisty. Wirusy, takie jak wirusowe zapalenie wątroby typu A, można również znaleźć w ściekach. Problemy zdrowotne spowodowane zanieczyszczeniem ściekami dotykają każdego roku około 3,5 miliona Amerykanów. Szacuje się, że 50 procent ścieków wpływających do Morza Śródziemnego to nieoczyszczone ścieki. Odpady biologiczne z gospodarstw rolnych, domów, parków i plaż powodują problemy zdrowotne, które dotykają więcej niż ludzi.

Bakterie i inne organizmy żyjące w wodzie słodkiej wykorzystują tlen do metabolizowania towarzyszących im ścieków. Podczas rozkładania ścieków mikroorganizmy te mogą powodować niedotlenienie (ubogie w tlen) martwe strefy. W tych martwych strefach brakuje tlenu potrzebnego do przeżycia rybom i innym rodzimym organizmom. Skorupiaki zakażone bakteriami związanymi ze ściekami zarażają ludzi na całym świecie. W środowisku morskim ludzkie bakterie jelitowe mogą infekować koralowce i powodować ich bielenie. Kiedy koralowce tracą swoje naturalne bakterie i glony, giną, co skutkuje strefami, w których ginie ekosystem koralowców, od bakterii po populacje ryb.

Do ekosystemów wodnych przedostały się różne leki, od hormonów (które wpływają na rozwój rozrodczy ryb i płazów), przez legalną i nielegalną amfetaminę, po antydepresanty. Niektóre narkotyki przedostają się do kanalizacji wraz z moczem i kałem użytkowników, podczas gdy niektóre z nich zostały spłukane do kanalizacji. Jedno kontrolowane badanie wpływu amfetamin na organizmy wodne wykazało przyspieszone rozmnażanie owadów, zmniejszenie populacji glonów oraz zmiany w różnorodności okrzemek i drobnoustrojów.

Bogate w składniki odżywcze materiały z nawozów, zwłaszcza azot i fosfor, oraz odpady powodują eutrofizację zarówno ekosystemów świeżych, jak i morskich. Zakwity glonów z nadmiaru składników odżywczych zmniejszają przepuszczalność światła w wodzie, wpływając na rośliny i plankton, jednocześnie zmniejszając ilość tlenu w wodzie. Gdy glony umierają, bakterie rozkładające zużywają jeszcze więcej rozpuszczonego tlenu. W skrajnych przypadkach utrata tlenu powoduje powstawanie dużych martwych stref. Odpływ materiału bogatego w nawozy i składniki odżywcze ze środkowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych spowodował w Zatoce Meksykańskiej martwą strefę zubożoną w tlen o powierzchni 7728 mil kwadratowych.

Odpady przemysłowe często przechodzą przez te same oczyszczalnie ścieków, co odpady domowe. Odpady przemysłowe często zawierają różne chemikalia i mogą również zawierać metale ciężkie, takie jak ołów, rtęć, kadm i arsen. Nie wszystkie te chemikalia są całkowicie usuwane w oczyszczalniach ścieków, więc chemikalia są uwalniane do rzek, jezior i wód morskich. Ponadto niektóre odpady mogą być uwalniane lub rozlewane do ekosystemów wodnych bez żadnego oczyszczania. Skutki zanieczyszczenia ścieków na organizmy morskie wpływają na organizmy w całym łańcuchu pokarmowym.

Metale ciężkie gromadzą się w tkankach ryb, gdy ryby spożywają plankton, glony i mniejsze ofiary zawierające te metale. Ten proces nazywa się biomagnifikacją. Ponieważ inne zwierzęta, w tym ludzie, jedzą te ryby, metale ciężkie mogą osiągnąć stężenie wystarczające do zatrucia konsumenta. Te metale ciężkie mogą również gromadzić się w toksycznych ilościach dla ryb.

Poprawiła się kontrola uwalniania ścieków przemysłowych, takich jak produkty ropopochodne, odpady radioaktywne i trwałe zanieczyszczenia organiczne, a ilość odpadów oleistych zmniejszyła się o 90 procent w latach 1980-2006. Zanieczyszczenia te spowodowały natychmiastowy i długotrwały wpływ na ekosystemy poprzez zatrucie lub przyduszenie planktonu, roślin i zwierząt.

Zanieczyszczenie powietrza i ekosystemy wodne

Sadza przemysłowa i dym mają również wpływ na ekosystemy wodne. Na przykład dwutlenek siarki w połączeniu z parą wodną tworzy kwas siarkowy lub kwaśne deszcze. Kwaśne deszcze i spływy obniżają pH wody, co zaburza zdolność ryb do wchłaniania tlenu, soli i składników odżywczych. Niskie pH zakłóca również wchłanianie wapnia. Niewłaściwa równowaga wapnia u wielu ryb oznacza, że ​​ich jaja nie rozwijają się prawidłowo, stają się zbyt kruche lub słabe. Niedobór wapnia powoduje również słabe kręgosłupy i kości u ryb oraz słabe szkielety zewnętrzne u raków. Kwaśny deszcz wypłukuje również aluminium z gleb, zakłócając rozmnażanie skorupiaków i ryb. Co więcej, gdy pH spada poniżej 6, owady, takie jak jętki i widelnice, nie mogą przetrwać, wpływając na łańcuch pokarmowy.

Ścieki miejskie obejmują ściółkę odprowadzaną do kanalizacji deszczowej i ostatecznie do cieków wodnych. Szacuje się, że 70 procent tych śmieci ląduje na dnie morskim, około 15 procent ląduje na plażach, a około 15 procent unosi się w oceanie. Większość śmieci, 70 procent, to tworzywa sztuczne, a pozostałe 30 procent to metal i szkło. Badania pokazują, że ponad 1200 gatunków wodnych wchodzi w interakcję ze ściółką, jedząc ją, mieszkając w niej lub na niej lub zaplątując się w nią. Duża część plastiku ma postać mikrodrobin plastiku, maleńkich kawałków powstałych w wyniku rozpadu większych plastików. Ściółka ta wpływa na zwierzęta tak różne jak ssaki, ryby, skorupiaki i inne.