Effekterna av avlopp på vattenlevande ekosystem

Avloppsvatten och avloppsvatten kommer in i vattensystem från källor som sträcker sig från ytavrinning och septiska system till avloppsreningsanläggningar och stormavlopp. Varje år blir cirka 3,5 miljoner amerikaner sjuka av fritidsaktiviteter som simning och båtliv eftersom vattnet är förorenat. Många kopplar inte sin sjukdom med vattnet de rörde vid. Effekten av vattenföroreningar på vattenekosystem sträcker sig dock långt bortom människors sjukdom.

Avlopp kan definieras som avfallsvätskor och fasta ämnen som vanligtvis transporteras av avloppsvatten. Enligt "International Journal of Environmental Research and Public Health" kan avloppsvatten definieras som eventuellt avloppsvattenavlopp samt industriellt, hushålls- eller kommersiellt avlopp eller någon kombination därav vatten."

De fyra huvudtyperna av avloppsvatten är hushåll, industri, jordbruk och urbana. Inhemskt avloppsvatten består av svart vatten som innehåller avföring från människor och djur samt gråvatten från hushållsaktiviteter som bad, tvätt, matlagning och trädgårdsarbete. Industriellt avloppsvatten består av industriavfall som massa, papper, petrokemisk avrinning, kemikalier, salter och syror. Jordbruksavloppsvatten kommer från jordbruksverksamhet, förorenat grundvatten och jordbrukstekniker, särskilt relaterade till gödselmedel och bekämpningsmedel. Stadsavloppsvatten definieras som en kombination av hushålls- och industriavloppsvatten kombinerat med avloppsinfiltrering och regnvatten.

Avloppsreningen har tre faser. Den första fasen eller primärreningen placerar avloppsvattnet i dammar. Fast avfall lägger sig i botten och material med låg densitet som fetter och oljor flyter till toppen. Dessa material kan sedan avlägsnas. Den andra fasen eller den sekundära behandlingen avlägsnar upplöst och suspenderat biologiskt material. De flesta sekundära behandlingssystem använder aeroba bakterier för att konsumera organiskt material i avloppsvattnet. Tertiär eller tredje fasbehandling rensar vidare avloppsvatten som så småningom släpps ut i känsliga miljöer. Tertiär behandling kan åstadkommas med flera metoder, beroende på återstående föroreningar. Sandfiltrering avlägsnar partiklar. Fosfater kan avlägsnas med bakterier som kallas polyfosfatackumuleringsorganismer. Nitrifierande bakterier kan användas för att avlägsna kväve. En metod som kallas lagooning lagrar vattnet i en lagun där växter, bakterier, alger och zooplankton konsumerar de återstående föroreningarna genom naturliga processer.

Det fasta avfallet som kallas slam som avlägsnas under primärbehandling får också sekundär behandling. Slammet kan behandlas med bakterier. Ibland genererar bakterierna tillräckligt med metan för att användas som bränsle. Eller slammet kan förbrännas. En annan metod för att behandla slammet börjar med att kondensera slammet, värma det för att desinficera det och sedan slutligen använda det behandlade slammet som gödningsmedel.

Trots Clean Water Act från 1972 som kräver sekundär rening av avloppsvatten lämnade vissa amerikanska kommuner in undantag. Runt om i världen saknar uppskattningsvis 2,5 miljarder människor förbättrade sanitetsfaciliteter. Ökande befolkning, åldrande infrastruktur och naturkatastrofer påverkar också effektiviteten hos avloppsreningssystem.

Inhemskt avloppsvatten innehåller föroreningar som sträcker sig från biologiska faror och mikroplastpartiklar till tvålar och fetter. Jordbruksavloppsvatten innehåller biologiska faror, salter, bekämpningsmedel och gödselmedel. Avloppsvatten från urbana inkluderar avloppsvatten från hushåll och industri men innehåller också avrinning från stormavlopp. Stormavlopp transporterar föroreningar från gårdar och parker (smuts, husdjursavfall, bekämpningsmedel, herbicider och gödselmedel) samt från gator och parkeringsplatser (olja, bensin, smuts och skräp). Industriellt avloppsvatten innehåller ett brett utbud av kemikalier som inkluderar petrokemikalier och andra kemikalier, syror, radioaktiva material och salter. Senaste resultat visar att en mängd olika läkemedel också förorenar avloppsvatten.

University of Michigan konstaterar att US Environmental Protection Agency (EPA) i en rapport från 2018 uppgav att "53% av flod- och strömmil, 71% av sjön tunnland, 79% av flodmynningen och 98% av de kustmiljer som Great Lakes har bedömts klassificeras som nedsatt (oacceptabelt för minst en utsedd använda sig av)."

Biologiska faror som finns i avloppsvatten inkluderar bakterier, svampar, parasiter och virus. Bakterier och bakteriesjukdomar sträcker sig från E. coli, tyfoidfeber, salmonella, kolera och shigellos. Svampar inkluderar aspergillus. Parasiter inkluderar kryptosporidium, giardia och rundmaskar. Virus som hepatit A finns också i avloppsvatten. Hälsoproblem orsakade av avloppsföroreningar påverkar uppskattningsvis 3,5 miljoner amerikaner varje år. Uppskattningsvis 50 procent av avloppsvattnet som kommer in i Medelhavet är obehandlat avlopp. Biologiskt avfall från gårdar, hus, parker och stränder orsakar hälsoproblem som påverkar mer än människor.

Bakterier och andra organismer i sötvatten använder syre för att metabolisera avloppsvatten som de följer med. Under nedbrytning av avloppsvatten kan dessa mikroorganismer orsaka hypoxiska (syreutarmade) döda zoner. Dessa döda zoner saknar syre som fiskar och andra inhemska organismer behöver för att överleva. Skaldjur infekterade med avloppsrelaterade bakterier sjunker människor runt om i världen. I marina miljöer kan mänskliga tarmbakterier infektera koraller och orsaka korallblekningssjukdom. När koraller förlorar sina naturliga bakterier och alger dör de, vilket resulterar i zoner där korallekosystemet, från bakterier till fiskpopulationer, dör.

Läkemedel som sträcker sig från hormoner (som påverkar reproduktionsutvecklingen hos fisk och amfibier) till lagliga och olagliga amfetaminer till antidepressiva medel har kommit in i vattenlevande ekosystem. En del av läkemedlen passerar in i avloppssystemet i urinen och avföring från användarna medan några av drogen har spolats ner i avloppet. En kontrollerad studie av effekterna av amfetaminer på vattenlevande organismer visade påskyndad reproduktion av insekter, minskad algpopulationer och förändringar i diatom- och mikrodiversiteten.

Näringsrika material från gödselmedel, särskilt kväve och fosfor, och avfall orsakar övergödning i både färska och marina ekosystem. Algblomningar från överskottet av näringsämnen minskar ljusöverföringen i vattnet och påverkar växter och plankton samtidigt som mängden syre i vattnet minskar. När algerna dör förbrukar nedbrytningsbakterier ännu mer av det upplösta syret. I extrema fall leder syreförlusten till stora döda zoner. Avrinning av gödselmedel och näringsrikt material från USA i Mellanvästern har orsakat en 7 728 kvadratkilometer syreutarmad död zon i Mexikanska golfen.

Industriavfall passerar ofta genom samma avloppsreningsanläggningar som hushållsavfall. Industriavfall innehåller ofta en mängd olika kemikalier och kan också innehålla tungmetaller som bly, kvicksilver, kadmium och arsenik. Inte alla dessa kemikalier avlägsnas helt i avloppsreningsverk, så kemikalierna släpps ut i floder, sjöar och marina vatten. Dessutom kan en del avfall släppas ut eller spillas ut i vattenlevande ekosystem utan behandling. Effekterna av avloppsföroreningar på marint liv påverkar organismer i hela livsmedelskedjan.

Tungmetaller byggs upp i fiskvävnader då fisken konsumerar plankton, alger och mindre byte som innehåller metallerna. Denna process kallas biomagnifiering. Eftersom andra djur, inklusive människor, äter dessa fiskar kan tungmetallerna nå tillräckliga koncentrationer för att förgifta konsumenten. Dessa tungmetaller kan också ackumuleras i giftiga mängder för fisk.

Kontrollen av utsläpp av industriellt avlopp som oljeprodukter, radioaktivt avfall och långlivade organiska föroreningar har förbättrats, med oljeavfall minskat med 90 procent mellan 1980 och 2006. Dessa föroreningar orsakade omedelbara och långsiktiga effekter på ekosystemen genom förgiftning eller kvävning av plankton, växter och djur.

Luftföroreningar och vattenlevande ekosystem

Industriell sot och rök påverkar också vattenlevande ekosystem. Till exempel bildar svaveldioxid i kombination med vattenånga svavelsyra eller surt regn. Syrregn och avrinning minskar vattenlevande pH, vilket stör fiskens förmåga att absorbera syre, salter och näringsämnen. Ett lågt pH stör också kalciumabsorptionen. Felaktig kalciumbalans för många fiskar gör att deras ägg inte utvecklas ordentligt, blir för spröda eller svaga. Kalciumbrist orsakar också svaga ryggar och ben i fisk och svaga exoskelett för kräftor. Surt regn läcker också ut aluminium från jord, vilket stör reproduktionen i kräftdjur och fisk. Dessutom, när pH sjunker under 6, kan insekter som majflugor och stenflugor inte överleva, vilket påverkar livsmedelskedjan.

Urbana avlopp inkluderar skräp som spolas i stormavlopp och så småningom i vattenvägar. Uppskattningsvis 70 procent av denna kull hamnar på havsbotten, cirka 15 procent landar på stränder och cirka 15 procent flyter i havet. Merparten av kullen, 70 procent, är plast med metall och glas som utgör majoriteten av de återstående 30 procenten. Studier visar att mer än 1200 vattenarter interagerar med kullen genom att äta den, bo i eller på den eller trassla i den. Mycket av plasten är i form av mikroplast, små bitar från nedbrytningen av större plast. Djur så olika som däggdjur, fisk, kräftdjur och andra påverkas av denna kull.