ผลกระทบของสิ่งปฏิกูลต่อระบบนิเวศทางน้ำ

น้ำเสียและสิ่งปฏิกูลเข้าสู่ระบบน้ำจากแหล่งต่างๆ ตั้งแต่การไหลบ่าของพื้นผิวและระบบบำบัดน้ำเสีย ไปจนถึงระบบบำบัดน้ำเสียและท่อระบายน้ำจากพายุ ทุกๆ ปี ชาวอเมริกันประมาณ 3.5 ล้านคนป่วยจากกิจกรรมสันทนาการ เช่น การว่ายน้ำและการพายเรือ เนื่องจากน้ำมีการปนเปื้อน หลายคนไม่ได้เชื่อมโยงความเจ็บป่วยของพวกเขากับน้ำที่พวกเขาสัมผัส อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของมลพิษทางน้ำต่อระบบนิเวศทางน้ำนั้นกว้างไกลเกินกว่าความเจ็บป่วยของมนุษย์

น้ำเสียสามารถกำหนดได้ว่าเป็นของเหลวและของเสียที่เป็นของเหลวและของแข็งที่มักจะถูกพัดพาไปโดยท่อระบายน้ำ ตาม "วารสารนานาชาติด้านการวิจัยสิ่งแวดล้อมและสาธารณสุข" น้ำเสียสามารถ "กำหนดเป็น น้ำที่ไหลบ่าจากพายุ ตลอดจนสิ่งปฏิกูลอุตสาหกรรม ภายในประเทศ หรือเชิงพาณิชย์ หรือสิ่งอื่นๆ รวมกันที่ดำเนินการโดย น้ำ."

น้ำเสียหลักสี่ประเภท ได้แก่ ในประเทศ อุตสาหกรรม เกษตรกรรม และในเมือง น้ำเสียในครัวเรือนประกอบด้วยน้ำดำที่ประกอบด้วยอุจจาระของมนุษย์และสัตว์ รวมทั้งน้ำสีเทาจากกิจกรรมในครัวเรือน เช่น การอาบน้ำ การล้าง การทำอาหาร และการทำสวน น้ำเสียจากอุตสาหกรรมประกอบด้วยของเสียจากอุตสาหกรรม เช่น เยื่อกระดาษ กระดาษ ปิโตรเคมีที่ไหลบ่า สารเคมี เกลือและกรด น้ำเสียจากการเกษตรมาจากกิจกรรมทางการเกษตร น้ำบาดาลที่ปนเปื้อน และเทคนิคการทำการเกษตร โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับปุ๋ยและยาฆ่าแมลง น้ำเสียในเมืองถูกกำหนดให้เป็นการรวมกันของน้ำเสียในครัวเรือนและอุตสาหกรรมรวมกับการแทรกซึมของสิ่งปฏิกูลและน้ำฝน

การบำบัดน้ำเสียมีสามขั้นตอน ระยะแรกหรือการบำบัดเบื้องต้นจะวางน้ำเสียไว้ในบ่อพัก ขยะมูลฝอยจะตกตะกอนอยู่ที่ด้านล่าง และวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำ เช่น ไขมันและน้ำมันจะลอยขึ้นไปด้านบน วัสดุเหล่านี้สามารถนำออกได้ ระยะที่สองหรือการบำบัดขั้นที่สองจะกำจัดสารชีวภาพที่ละลายและแขวนลอย ระบบบำบัดรองส่วนใหญ่ใช้แบคทีเรียแอโรบิกในการบริโภคสารอินทรีย์ในน้ำเสีย การบำบัดขั้นที่สามหรือสามจะทำความสะอาดน้ำเสียเพิ่มเติมซึ่งจะถูกปล่อยออกสู่สภาพแวดล้อมที่อ่อนไหวในที่สุด การรักษาระดับตติยภูมิสามารถทำได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับสารปนเปื้อนที่เหลืออยู่ การกรองทรายช่วยขจัดฝุ่นละออง ฟอสเฟตอาจถูกกำจัดออกโดยใช้แบคทีเรียที่เรียกว่าโพลีฟอสเฟตสะสมสิ่งมีชีวิต แบคทีเรียไนตริไฟริ่งสามารถใช้กำจัดไนโตรเจนได้ วิธีการที่เรียกว่าลากูนนิ่งเก็บน้ำในทะเลสาบที่พืช แบคทีเรีย สาหร่าย และแพลงก์ตอนสัตว์กินสารปนเปื้อนที่เหลือผ่านกระบวนการทางธรรมชาติ

ขยะมูลฝอยที่เรียกว่ากากตะกอนที่ถูกกำจัดออกระหว่างการบำบัดเบื้องต้นก็จะได้รับการบำบัดขั้นที่สองเช่นกัน กากตะกอนอาจได้รับการบำบัดด้วยแบคทีเรีย บางครั้งแบคทีเรียก็ผลิตก๊าซมีเทนมากพอที่จะใช้เป็นเชื้อเพลิง หรือสามารถเผากากตะกอนได้ อีกวิธีหนึ่งในการบำบัดตะกอนเริ่มต้นด้วยการควบแน่นของกากตะกอน ให้ความร้อนเพื่อฆ่าเชื้อ จากนั้นใช้กากตะกอนที่ผ่านการบำบัดแล้วเป็นปุ๋ย

แม้ว่าพระราชบัญญัติน้ำสะอาดของปี 1972 จะกำหนดให้มีการบำบัดน้ำเสียแบบทุติยภูมิ แต่เทศบาลบางแห่งในสหรัฐฯ ก็ได้ยื่นฟ้องและได้รับการยกเว้น ทั่วโลก ประมาณ 2.5 พันล้านคนขาดสิ่งอำนวยความสะดวกด้านสุขาภิบาลที่ได้รับการปรับปรุง การเพิ่มจำนวนประชากร โครงสร้างพื้นฐานของผู้สูงอายุ และภัยธรรมชาติยังส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบบำบัดน้ำเสีย

น้ำเสียในประเทศมีสารมลพิษตั้งแต่อันตรายทางชีวภาพและอนุภาคไมโครพลาสติก ไปจนถึงสบู่และไขมัน น้ำเสียทางการเกษตรประกอบด้วยอันตรายทางชีวภาพ เกลือ ยาฆ่าแมลง และปุ๋ย น้ำเสียในเมืองรวมถึงน้ำเสียในครัวเรือนและอุตสาหกรรม แต่ยังมีการไหลบ่าจากท่อระบายน้ำพายุ ท่อระบายน้ำพายุมีสารมลพิษจากสนามหญ้าและสวนสาธารณะ (สิ่งสกปรก ขยะสัตว์เลี้ยง ยาฆ่าแมลง สารกำจัดวัชพืช และปุ๋ย) รวมทั้งจากถนนและลานจอดรถ (น้ำมัน น้ำมันเบนซิน สิ่งสกปรก และขยะ) น้ำเสียจากอุตสาหกรรมประกอบด้วยสารเคมีหลายชนิด ซึ่งรวมถึงปิโตรเคมีและสารเคมีอื่นๆ กรด สารกัมมันตภาพรังสี และเกลือ ผลการวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่ายาหลายชนิดปนเปื้อนน้ำเสียด้วย

มหาวิทยาลัยมิชิแกนตั้งข้อสังเกตว่าในรายงานปี 2018 สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA) ระบุว่า "53% ของแม่น้ำและลำธารไมล์ 71% ของพื้นที่ทะเลสาบ 79% ของพื้นที่ปากแม่น้ำตารางไมล์ และ 98% ของไมล์ชายฝั่งทะเลเกรตเลกส์ที่ได้รับการประเมินแล้ว ถูกจัดประเภทว่ามีความบกพร่อง (ไม่สามารถยอมรับได้อย่างน้อยหนึ่งรายการ ใช้)."

อันตรายทางชีวภาพที่พบในน้ำเสีย ได้แก่ แบคทีเรีย เชื้อรา ปรสิต และไวรัส แบคทีเรียและโรคจากแบคทีเรียมีตั้งแต่ E. โคไล ไข้ไทฟอยด์ ซัลโมเนลลา อหิวาตกโรค และโรคชิเกลโลซิส เชื้อรา ได้แก่ แอสเปอร์จิลลัส ปรสิตรวมถึง cryptosporidium, giardia และพยาธิตัวกลม ไวรัสเช่นไวรัสตับอักเสบเอสามารถพบได้ในน้ำเสีย ปัญหาสุขภาพที่เกิดจากมลพิษจากสิ่งปฏิกูลส่งผลกระทบต่อชาวอเมริกันประมาณ 3.5 ล้านคนในแต่ละปี ประมาณร้อยละ 50 ของน้ำเสียที่เข้าสู่ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนเป็นน้ำเสียที่ไม่ผ่านการบำบัด ขยะชีวภาพจากฟาร์ม บ้าน สวนสาธารณะ และชายหาด ก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพที่ส่งผลกระทบมากกว่ามนุษย์

แบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในน้ำจืดใช้ออกซิเจนในการเผาผลาญสิ่งปฏิกูลที่พวกมันมาพร้อมกัน ในขณะที่ทำลายสิ่งปฏิกูล จุลินทรีย์เหล่านี้สามารถทำให้เกิดโซนตายที่ขาดออกซิเจน (ขาดออกซิเจน) เขตตายเหล่านี้ขาดออกซิเจนที่ปลาและสิ่งมีชีวิตพื้นเมืองอื่น ๆ จำเป็นต้องอยู่รอด หอยที่ติดเชื้อแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับสิ่งปฏิกูลทำให้คนทั่วโลกป่วย ในสภาพแวดล้อมทางทะเล แบคทีเรียในลำไส้ของมนุษย์สามารถแพร่เชื้อไปยังปะการังและทำให้เกิดโรคปะการังฟอกขาวได้ เมื่อปะการังสูญเสียแบคทีเรียและสาหร่ายตามธรรมชาติไป พวกมันก็จะตาย ส่งผลให้ระบบนิเวศของปะการังตายจากแบคทีเรียไปจนถึงจำนวนปลา

ยาตั้งแต่ฮอร์โมน (ซึ่งส่งผลต่อการพัฒนาการเจริญพันธุ์ในปลาและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ) ไปจนถึงยาบ้าที่ถูกกฎหมายและผิดกฎหมาย ไปจนถึงยากล่อมประสาทได้เข้าสู่ระบบนิเวศทางน้ำ ยาบางชนิดจะผ่านเข้าสู่ระบบบำบัดน้ำเสียในปัสสาวะและอุจจาระของผู้ใช้ ขณะที่ยาบางตัวถูกชะล้างลงท่อระบายน้ำแล้ว การศึกษาควบคุมผลกระทบของแอมเฟตามีนต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำพบว่ามีการสืบพันธุ์ของแมลงอย่างรวดเร็ว ลดจำนวนสาหร่าย และการเปลี่ยนแปลงในไดอะตอมและความหลากหลายของจุลินทรีย์

วัสดุที่อุดมด้วยสารอาหารจากปุ๋ย โดยเฉพาะไนโตรเจนและฟอสฟอรัส และของเสียทำให้เกิดยูโทรฟิเคชั่นในระบบนิเวศทั้งสดและในทะเล สาหร่ายที่ผลิบานจากสารอาหารที่มากเกินไปจะลดการส่องผ่านของแสงในน้ำ ส่งผลกระทบต่อพืชและแพลงก์ตอนในขณะที่ลดปริมาณออกซิเจนในน้ำ เมื่อสาหร่ายตาย แบคทีเรียที่ย่อยสลายจะกินออกซิเจนที่ละลายในน้ำมากขึ้น ในกรณีร้ายแรง การสูญเสียออกซิเจนส่งผลให้เกิดโซนตายขนาดใหญ่ การไหลบ่าของปุ๋ยและวัสดุที่อุดมด้วยสารอาหารจากแถบมิดเวสต์ของสหรัฐ ทำให้เกิดพื้นที่ตายโดยออกซิเจนขนาด 7,728 ตารางไมล์ในอ่าวเม็กซิโก

ของเสียจากอุตสาหกรรมมักจะผ่านโรงบำบัดน้ำเสียเดียวกันกับขยะในครัวเรือน ของเสียจากอุตสาหกรรมมักประกอบด้วยสารเคมีหลายชนิดและอาจมีโลหะหนัก เช่น ตะกั่ว ปรอท แคดเมียม และสารหนู ไม่ใช่ว่าสารเคมีเหล่านี้ทั้งหมดจะถูกกำจัดออกอย่างสมบูรณ์ในโรงบำบัดน้ำเสีย ดังนั้นสารเคมีจึงถูกปล่อยลงสู่แม่น้ำ ทะเลสาบ และน้ำทะเล นอกจากนี้ ของเสียบางส่วนอาจถูกปล่อยหรือรั่วไหลสู่ระบบนิเวศทางน้ำโดยไม่มีการบำบัดใดๆ ผลกระทบของมลพิษจากสิ่งปฏิกูลต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตตลอดห่วงโซ่อาหาร

โลหะหนักสะสมในเนื้อเยื่อของปลาเมื่อปลากินแพลงตอน สาหร่าย และเหยื่อขนาดเล็กที่มีโลหะ กระบวนการนี้เรียกว่าการขยายภาพทางชีวภาพ เช่นเดียวกับสัตว์อื่นๆ รวมทั้งมนุษย์ ที่กินปลาเหล่านี้ โลหะหนักสามารถเข้าถึงความเข้มข้นเพียงพอที่จะเป็นพิษต่อผู้บริโภค โลหะหนักเหล่านี้อาจสะสมในปริมาณที่เป็นพิษสำหรับปลาเช่นกัน

การควบคุมการปล่อยสิ่งปฏิกูลในอุตสาหกรรม เช่น ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม กากกัมมันตภาพรังสี และสารมลพิษอินทรีย์ที่ตกค้างได้รับการปรับปรุง โดยของเสียที่เป็นน้ำมันลดลง 90 เปอร์เซ็นต์ระหว่างช่วงปี 1980 และ 2006 สารมลพิษเหล่านี้ก่อให้เกิดผลกระทบในทันทีและระยะยาวต่อระบบนิเวศโดยพิษหรือกักเก็บแพลงตอน พืช และสัตว์

มลพิษทางอากาศและระบบนิเวศทางน้ำ

เขม่าและควันจากอุตสาหกรรมยังส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางน้ำ ตัวอย่างเช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์รวมกับไอน้ำทำให้เกิดกรดซัลฟิวริกหรือฝนกรด ฝนกรดและน้ำที่ไหลบ่าจะลดค่า pH ในน้ำ ซึ่งขัดขวางความสามารถของปลาในการดูดซับออกซิเจน เกลือ และสารอาหาร ค่า pH ต่ำยังรบกวนการดูดซึมแคลเซียมอีกด้วย ความสมดุลของแคลเซียมที่ไม่เหมาะสมสำหรับปลาหลายชนิดหมายความว่าไข่ของพวกมันพัฒนาได้ไม่ดีพอ เปราะหรืออ่อนเกินไป การขาดแคลเซียมยังทำให้กระดูกสันหลังและกระดูกอ่อนแอในปลาและโครงกระดูกภายนอกที่อ่อนแอสำหรับกั้ง ฝนกรดยังชะชะอะลูมิเนียมออกจากดิน ขัดขวางการสืบพันธุ์ในกุ้งและปลา นอกจากนี้ เมื่อ pH ลดลงต่ำกว่า 6 แมลงอย่างแมลงเม่าและแมลงสโตนจะไม่สามารถอยู่รอดได้ ซึ่งส่งผลกระทบต่อห่วงโซ่อาหาร

สิ่งปฏิกูลในเมืองรวมถึงขยะที่ถูกชะลงในท่อระบายน้ำของพายุและในที่สุดก็ลงสู่ทางน้ำ ขยะประมาณร้อยละ 70 ลงเอยที่ก้นทะเล ประมาณร้อยละ 15 บนชายหาด และประมาณร้อยละ 15 ลอยอยู่ในมหาสมุทร ขยะมูลฝอยส่วนใหญ่ร้อยละ 70 เป็นพลาสติกที่มีโลหะและแก้วเป็นส่วนที่เหลืออีกร้อยละ 30 การศึกษาแสดงให้เห็นว่าสัตว์น้ำมากกว่า 1,200 สายพันธุ์มีปฏิสัมพันธ์กับครอกโดยการกิน อาศัยอยู่ในหรือบนนั้น หรือเข้าไปยุ่งกับครอก พลาสติกส่วนใหญ่อยู่ในรูปของไมโครพลาสติก ซึ่งเป็นชิ้นเล็ก ๆ จากการสลายของพลาสติกขนาดใหญ่ สัตว์ที่มีความหลากหลายเช่นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ปลา ครัสเตเชียน และอื่นๆ ได้รับผลกระทบจากครอกนี้