Воздействие сточных вод на водные экосистемы

Сточные воды и сточные воды попадают в водные системы из различных источников, от поверхностных стоков и септических систем до очистных сооружений и ливневых стоков. Ежегодно около 3,5 миллионов американцев заболевают в результате таких развлекательных мероприятий, как плавание и катание на лодках, потому что вода загрязнена. Многие не связывают свою болезнь с водой, к которой прикоснулись. Однако воздействие загрязнения воды на водные экосистемы выходит далеко за рамки болезней человека.

Сточные воды можно определить как жидкие и твердые отходы, обычно уносимые канализацией. Согласно "Международному журналу экологических исследований и общественного здравоохранения" сточные воды можно определить как любые ливневые стоки, а также промышленные, бытовые или коммерческие сточные воды или любое их сочетание, переносимые вода."

Четыре основных типа сточных вод: бытовые, промышленные, сельскохозяйственные и городские. Бытовые сточные воды состоят из черных вод, содержащих фекалии людей и животных, а также сточных вод от домашних хозяйств, таких как купание, стирка, приготовление пищи и садоводство. Промышленные сточные воды состоят из промышленных отходов, таких как целлюлоза, бумага, нефтехимические стоки, химикаты, соли и кислоты. Сельскохозяйственные сточные воды образуются в результате сельскохозяйственной деятельности, загрязненных грунтовых вод и методов ведения сельского хозяйства, особенно связанных с удобрениями и пестицидами. Городские сточные воды определяются как сочетание бытовых и промышленных сточных вод в сочетании с просачиванием сточных вод и дождевой водой.

Очистка сточных вод состоит из трех этапов. На первом этапе или первичной очистке сточные воды помещаются в отстойные пруды. Твердые отходы оседают внизу, а материалы с низкой плотностью, такие как жиры и масла, всплывают наверх. Затем эти материалы можно удалить. Вторая фаза или вторичная обработка удаляет растворенный и взвешенный биологический материал. В большинстве систем вторичной очистки используются аэробные бактерии для поглощения органических материалов из сточных вод. Третичная или третья фаза очистки дополнительно очищает сточные воды, которые в конечном итоге попадают в чувствительную среду. Третичная очистка может осуществляться несколькими методами, в зависимости от оставшихся загрязнителей. Песочная фильтрация удаляет твердые частицы. Фосфаты можно удалить с помощью бактерий, называемых полифосфатными, накапливающими организм. Для удаления азота можно использовать нитрифицирующие бактерии. Метод, называемый лагуной, хранит воду в лагуне, где растения, бактерии, водоросли и зоопланктон поглощают оставшиеся загрязнители в результате естественных процессов.

Твердые отходы, называемые шламом, удаляемые во время первичной обработки, также подвергаются вторичной обработке. Ил можно обработать бактериями. Иногда бактерии производят достаточно метана, чтобы использовать его в качестве топлива. Или осадок можно сжигать. Другой метод обработки ила начинается с его конденсации, нагревания для дезинфекции и, наконец, использования обработанного ила в качестве удобрения.

Несмотря на Закон о чистой воде 1972 года, требующий вторичной очистки сточных вод, некоторые муниципалитеты США подали заявки и получили исключения. По оценкам, во всем мире 2,5 миллиарда человек не имеют улучшенных санитарно-технических средств. Рост населения, старение инфраструктуры и стихийные бедствия также влияют на эффективность систем очистки сточных вод.

Бытовые сточные воды содержат загрязняющие вещества от биологических опасностей и микропластических частиц до мыла и жиров. Сельскохозяйственные сточные воды содержат опасные биологические вещества, соли, пестициды и удобрения. Городские сточные воды включают бытовые и промышленные сточные воды, но также содержат сток из ливневых стоков. Ливневые стоки переносят загрязнители со дворов и парков (грязь, отходы домашних животных, пестициды, гербициды и удобрения), а также с улиц и парковок (нефть, бензин, грязь и мусор). Промышленные сточные воды содержат широкий спектр химических веществ, включая нефтехимические и другие химические вещества, кислоты, радиоактивные материалы и соли. Недавние исследования показывают, что сточные воды также загрязняются различными лекарствами.

Мичиганский университет отмечает, что в отчете за 2018 год Агентство по охране окружающей среды США (EPA) заявило, что «53% миль рек и ручьев, 71% акров озера, 79% квадратных миль эстуариев и 98% миль береговой линии Великих озер, которые были оценены, классифицируются как поврежденные (неприемлемо по крайней мере для одного обозначенного использовать)."

Биологические опасности, обнаруженные в сточных водах, включают бактерии, грибки, паразиты и вирусы. Бактерии и бактериальные заболевания варьируются от E. coli, брюшной тиф, сальмонелла, холера и шигеллез. К грибам относятся аспергиллы. Паразиты включают криптоспоридиум, лямблии и круглые черви. Такие вирусы, как гепатит А, также можно найти в сточных водах. Проблемы со здоровьем, вызванные загрязнением сточных вод, ежегодно затрагивают около 3,5 миллионов американцев. По оценкам, 50 процентов сточных вод, попадающих в Средиземное море, составляют неочищенные сточные воды. Биологические отходы с ферм, домов, парков и пляжей вызывают проблемы со здоровьем, которые затрагивают больше, чем люди.

Бактерии и другие организмы в пресной воде используют кислород для метаболизма сточных вод, которые они сопровождают. Разрушая сточные воды, эти микроорганизмы могут вызывать гипоксические (обедненные кислородом) мертвые зоны. В этих мертвых зонах не хватает кислорода, который необходим рыбам и другим местным организмам для выживания. Моллюски, инфицированные бактериями, связанными со сточными водами, вызывают заболевание людей во всем мире. В морской среде кишечные бактерии человека могут заразить кораллы и вызвать болезнь обесцвечивания кораллов. Когда кораллы теряют свои естественные бактерии и водоросли, они умирают, в результате чего возникают зоны, в которых погибает коралловая экосистема, от бактерий до популяций рыб.

В водные экосистемы попали различные лекарственные препараты, от гормонов (влияющих на репродуктивное развитие рыб и земноводных) до легальных и нелегальных амфетаминов и антидепрессантов. Некоторые наркотики попадают в канализацию с мочой и фекалиями потребителей, в то время как некоторые наркотики смываются в канализацию. Одно контролируемое исследование воздействия амфетаминов на водные организмы показало ускоренное размножение насекомых, сокращение популяции водорослей и изменения в разнообразии диатомовых водорослей и микробов.

Богатые питательными веществами материалы из удобрений, особенно азот и фосфор, и отходы вызывают эвтрофикацию как в пресных, так и в морских экосистемах. Цветение водорослей из-за избытка питательных веществ снижает светопропускание в воде, влияя на растения и планктон, уменьшая при этом количество кислорода в воде. Когда водоросли умирают, бактерии-разлагатели потребляют еще больше растворенного кислорода. В крайних случаях потеря кислорода приводит к появлению больших мертвых зон. Сток удобрений и богатых питательными веществами материалов со Среднего Запада Соединенных Штатов привел к образованию мертвой зоны площадью 7728 квадратных миль в Мексиканском заливе, обедненной кислородом.

Промышленные отходы часто проходят через те же канализационные очистные сооружения, что и бытовые отходы. Промышленные отходы часто содержат различные химические вещества, а также могут содержать тяжелые металлы, такие как свинец, ртуть, кадмий и мышьяк. Не все эти химические вещества полностью удаляются на очистных сооружениях, поэтому химические вещества попадают в реки, озера и морские воды. Кроме того, некоторые отходы могут сбрасываться или попадать в водные экосистемы без какой-либо обработки. Воздействие загрязнения сточными водами на морскую жизнь влияет на организмы по всей пищевой цепочке.

Тяжелые металлы накапливаются в тканях рыб, поскольку рыба потребляет планктон, водоросли и более мелкую добычу, содержащую металлы. Этот процесс называется биомагнификацией. Поскольку другие животные, в том числе люди, едят эту рыбу, тяжелые металлы могут достигать концентрации, достаточной для отравления потребителя. Эти тяжелые металлы также могут накапливаться в токсичных количествах для рыб.

Улучшился контроль за выбросами промышленных сточных вод, таких как нефтепродукты, радиоактивные отходы и стойкие органические загрязнители, при этом количество нефтесодержащих отходов сократилось на 90 процентов в период с 1980-х по 2006 год. Эти загрязнители оказали немедленное и долгосрочное воздействие на экосистемы, отравив или задушив планктон, растения и животных.

Загрязнение воздуха и водные экосистемы

Промышленная сажа и дым также влияют на водные экосистемы. Например, диоксид серы в сочетании с водяным паром образует серную кислоту или кислотный дождь. Кислотные дожди и сток снижают pH воды, что мешает рыбам поглощать кислород, соли и питательные вещества. Низкий pH также мешает усвоению кальция. Неправильный баланс кальция у многих рыб означает, что их икра не развивается должным образом, становится слишком хрупкой или слабой. Дефицит кальция также вызывает ослабление позвоночника и костей у рыб и слабый экзоскелет у раков. Кислотный дождь также вымывает алюминий из почвы, препятствуя размножению ракообразных и рыб. Кроме того, когда pH падает ниже 6, такие насекомые, как подёнки и веснянки, не могут выжить, что влияет на пищевую цепочку.

Городские сточные воды включают мусор, смытый в ливневую канализацию и, в конечном итоге, в водные пути. По оценкам, 70 процентов этого мусора попадает на морское дно, около 15 процентов попадает на пляжи и около 15 процентов плавает в океане. Большая часть мусора, 70 процентов, состоит из пластика, при этом металл и стекло составляют большую часть оставшихся 30 процентов. Исследования показывают, что более 1200 водных видов взаимодействуют с подстилкой, поедая ее, живя в ней или на ней или запутываясь в ней. Большая часть пластика находится в форме микропластика, крошечных кусочков, образовавшихся в результате разрушения более крупных пластмасс. Этот помет оказывает воздействие на таких разнообразных животных, как млекопитающие, рыбы, ракообразные и другие.