Informatie

7.3: Watervervuiling - Biologie


De wereldwijde watercrisis brengt ook watervervuiling met zich mee. Wereldwijd zou het verbeteren van de waterveiligheid, sanitaire voorzieningen en hygiëne tot 9% van alle ziekten en 6% van alle sterfgevallen kunnen voorkomen.

Naast de wereldwijde door water overgedragen ziekte, bedreigt chemische vervuiling door landbouw, industrie, steden en mijnbouw de mondiale waterkwaliteit. Sommige chemische verontreinigende stoffen hebben ernstige en bekende gezondheidseffecten, terwijl vele andere slecht bekende gezondheidseffecten op de lange termijn hebben. In de VS voldoen momenteel meer dan 40.000 waterlichamen aan de definitie van "verslechterd" van EPA, wat betekent dat ze geen gezond ecosysteem kunnen ondersteunen en evenmin kunnen voldoen aan de waterkwaliteitsnormen. In openbare opiniepeilingen van Gallup die de afgelopen tien jaar zijn gehouden, plaatsen Amerikanen watervervuiling en watervoorziening consequent als de belangrijkste milieuproblemen bij kwesties als luchtvervuiling, ontbossing, het uitsterven van soorten en het broeikaseffect.

Elk natuurlijk water bevat opgeloste chemicaliën, waarvan sommige belangrijke menselijke voedingsstoffen zijn, terwijl andere schadelijk kunnen zijn voor de menselijke gezondheid. De concentratie van een waterverontreinigende stof wordt gewoonlijk gegeven in zeer kleine eenheden, zoals delen per miljoen (ppm) of zelfs delen per miljard (ppb). Een arseenconcentratie van 1 ppm betekent 1 deel arseen per miljoen delen water. Dit komt overeen met één druppel arseen in 50 liter water. Om u een ander perspectief te geven op het waarderen van kleine concentratie-eenheden: het converteren van 1 ppm naar lengte-eenheden is 1 cm (0,4 inch) in 10 km (6 mijl) en het converteren van 1 ppm naar tijdseenheden is 30 seconden per jaar. Hoeveelheid opgeloste stoffen (TDS) staat voor de totale hoeveelheid opgelost materiaal in water. Gemiddelde TDS-waarden voor regenwater, rivierwater en zeewater zijn respectievelijk ongeveer 4 ppm, 120 ppm en 35.000 ppm.

Overzicht watervervuiling

Watervervuiling is de verontreiniging van water door een overmatige hoeveelheid van een stof die schade kan toebrengen aan de mens en/of het ecosysteem. De mate van waterverontreiniging hangt af van de hoeveelheid van de verontreinigende stof, de ecologische impact van de verontreinigende stof en het gebruik van het water. Verontreinigende stoffen zijn afgeleid van biologische, chemische of fysische processen. Hoewel natuurlijke processen zoals vulkaanuitbarstingen of verdamping soms watervervuiling kunnen veroorzaken, is de meeste vervuiling afkomstig van menselijke activiteiten op het land (Figuur (PageIndex{2})). Waterverontreinigende stoffen kunnen door verschillende waterreservoirs bewegen, terwijl het water dat ze vervoert door stadia van de watercyclus gaat (Figuur (PageIndex{3})). Water verblijftijd (de gemiddelde tijd die een watermolecuul in een waterreservoir doorbrengt) is erg belangrijk voor vervuilingsproblemen omdat het het vervuilingspotentieel beïnvloedt. Water in rivieren heeft een relatief korte verblijftijd, waardoor vervuiling er meestal maar kort is. Natuurlijk kan vervuiling in rivieren eenvoudigweg naar een ander reservoir, zoals de oceaan, worden verplaatst, waar het verdere problemen kan veroorzaken. Grondwater wordt typisch gekenmerkt door een langzame stroming en een langere verblijftijd, wat grondwaterverontreiniging bijzonder problematisch kan maken. Eindelijk, verblijftijd vervuiling kan veel groter zijn dan de verblijftijd van het water, omdat een verontreinigende stof gedurende lange tijd in het ecosysteem kan worden opgenomen of op sediment kan worden geabsorbeerd.

Verontreinigende stoffen komen in de watervoorziening van puntbronnen, die gemakkelijk identificeerbare en relatief kleine locaties zijn, of niet-puntbronnen, die grote en meer diffuse gebieden zijn. Puntbronnen van vervuiling zijn onder meer veehouderijen (Figuur (PageIndex{4})) die een groot aantal en hoge veedichtheid houden, zoals koeien, varkens en kippen. Ook inbegrepen zijn pijpen uit een fabriek of rioolwaterzuiveringsinstallatie. Gecombineerde rioleringssystemen met een enkele set ondergrondse leidingen om zowel afvalwater als regenwater van straten op te vangen voor afvalwaterzuivering, kunnen belangrijke puntbronnen van verontreinigende stoffen zijn. Tijdens hevige regenval kan de afvoer van regenwater de rioolcapaciteit overschrijden, waardoor het terugstroomt en onbehandeld afvalwater rechtstreeks in het oppervlaktewater terechtkomt (Figuur (PageIndex{5})).

Niet-puntige bronnen van vervuiling zijn onder meer landbouwvelden, steden en verlaten mijnen. Neerslag stroomt over het land en door de grond en neemt verontreinigende stoffen zoals herbiciden, pesticiden en kunstmest van landbouwvelden en gazons op; olie, antivries, dierlijk afval en strooizout uit stedelijke gebieden; en zure en giftige elementen uit verlaten mijnen. Vervolgens wordt deze verontreiniging afgevoerd naar oppervlaktewaterlichamen en grondwater. Vervuiling door andere bronnen, de belangrijkste oorzaak van watervervuiling in de VS, is meestal veel moeilijker en duurder te beheersen dan vervuiling door puntbronnen vanwege de lage concentratie, meerdere bronnen en een veel groter watervolume.

Soorten waterverontreinigende stoffen

Zuurstofverslindend afval is een uiterst belangrijke vervuiler voor ecosystemen. Het meeste oppervlaktewater dat in contact komt met de atmosfeer bevat een kleine hoeveelheid opgeloste zuurstof, die waterorganismen nodig hebben voor cellulaire ademhaling. Bacteriën breken dood organisch materiaal af en verwijderen opgeloste zuurstof (O2) volgens de volgende reactie:

[ ext{organic matter} + O_{2} ightarrow CO_{2} + H_{2} O]

Te veel rottend organisch materiaal in water is een verontreinigende stof omdat het zuurstof uit het water verwijdert, wat vissen, schaaldieren en waterinsecten kan doden. De hoeveelheid zuurstof die wordt gebruikt door aerobics (in aanwezigheid van zuurstof) bacteriële afbraak van organisch materiaal heet biochemisch zuurstofverbruik (BOD). De belangrijkste bron van dood organisch materiaal in veel natuurlijke wateren is rioolwater; gras en bladeren zijn kleinere bronnen. Een niet-verontreinigd waterlichaam met betrekking tot BZV is een turbulente rivier die door een natuurlijk bos stroomt. Turbulentie brengt water voortdurend in contact met de atmosfeer waar de O2 inhoud wordt hersteld. Het gehalte aan opgeloste zuurstof in zo'n rivier varieert van 10 tot 14 ppm O2, BOD is laag, en schoonwatervissen zoals forel. Een zuurstofarm waterlichaam is een stilstaand diep meer in een stedelijke omgeving met een gemengd rioolstelsel. Dit systeem bevordert een hoge toevoer van dode organische koolstof uit riooloverstorten en een beperkte kans op watercirculatie en contact met de atmosfeer. In zo'n meer wordt de opgeloste O2 inhoud is ≤5 ppm O2, BOD is hoog, en lage O2-tolerante vissen, zoals karpers en meervallen domineren.

Overmatige voedingsstoffen voor planten, met name stikstof (N) en fosfor (P), zijn verontreinigende stoffen die nauw verwant zijn aan zuurstofverslindend afval. Waterplanten hebben ongeveer 15 voedingsstoffen nodig om te groeien, waarvan de meeste overvloedig aanwezig zijn in water. N en P heten beperkende voedingsstoffen, echter omdat ze meestal in lage concentraties in water aanwezig zijn en daardoor de totale hoeveelheid plantengroei beperken. Dit verklaart waarom N en P belangrijke ingrediënten zijn in de meeste meststoffen. Hoge concentraties N en P uit menselijke bronnen (voornamelijk agrarische en stedelijke afvoer, inclusief kunstmest, afvalwater en wasmiddel op fosforbasis) kunnen culturele eutrofiëring, wat leidt tot de snelle groei van aquatische producenten, met name algen. Dikke matten van zweefalgen of gewortelde planten leiden tot een vorm van watervervuiling die het ecosysteem beschadigt door de kieuwen van vissen te verstoppen en zonlicht te blokkeren. Een klein percentage van de algensoorten produceert gifstoffen die dieren, inclusief mensen, kunnen doden. Exponentiële groei van deze algen worden genoemd schadelijke algenbloei. Wanneer de vruchtbare algenlaag afsterft, wordt het zuurstofverslindend afval, waardoor een zeer lage O . kan ontstaan2 concentraties in het water (< 2 ppm O2), een aandoening genaamd hypoxie. Dit resulteert in een dode zone omdat het de dood veroorzaakt door verstikking aan organismen die die omgeving niet kunnen verlaten. Naar schatting wordt 50% van de meren in Noord-Amerika, Europa en Azië negatief beïnvloed door culturele eutrofiëring. Bovendien zijn de grootte en het aantal mariene hypoxische zones de afgelopen 50 jaar dramatisch gegroeid, waaronder een zeer grote dode zone voor de kust van Louisiana in de Golf van Mexico. Culturele eutrofiëring en hypoxie zijn moeilijk te bestrijden, omdat ze voornamelijk worden veroorzaakt door niet-puntbronverontreiniging, die moeilijk te reguleren is, en N en P, die moeilijk uit afvalwater te verwijderen zijn.

pathogenen zijn ziekteverwekkende micro-organismen, bijvoorbeeld virussen, bacteriën, parasitaire wormen en protozoa, die een verscheidenheid aan darmziekten veroorzaken, zoals dysenterie, buiktyfus en cholera. Ziekteverwekkers zijn de belangrijkste oorzaak van de watervervuilingscrisis die aan het begin van deze paragraaf is besproken. Helaas worden bijna een miljard mensen over de hele wereld dagelijks blootgesteld aan door water overgedragen ziekteverwekkers en sterven jaarlijks ongeveer 1,5 miljoen kinderen, voornamelijk in onderontwikkelde landen, aan door water overgedragen ziekten door ziekteverwekkers. Ziekteverwekkers komen voornamelijk in het water terecht uit fecaal afval van mensen en dieren als gevolg van een ontoereikende rioolwaterzuivering. In veel onderontwikkelde landen wordt afvalwater geloosd in lokale wateren, hetzij onbehandeld of na slechts een rudimentaire behandeling. In ontwikkelde landen kan onbehandeld rioolwater worden geloosd door overstorten van gemengde rioolstelsels, slecht beheerde veehouderijen en lekkende of kapotte rioleringssystemen. Water met ziekteverwekkers kan worden gesaneerd door toevoeging van chloor of ozon, door te koken of door het rioolwater te behandelen.

Olie lekken zijn een ander soort organische vervuiling. Olielozingen kunnen het gevolg zijn van ongelukken met supertankers, zoals de Exxon Valdez in 1989, die 10 miljoen gallons olie in het rijke ecosysteem van de kust van Alaska heeft gemorst en enorme aantallen dieren heeft gedood. De grootste olieramp op zee was de ramp met de Deepwater Horizon, die begon met een aardgasexplosie (Figuur (PageIndex{6})) in een oliebron 65 km uit de kust van Louisiana en in 2010 gedurende 3 maanden stroomde, waarbij naar schatting 200 miljoen liter olie. De ergste olieramp ooit vond plaats tijdens de Perzische Golfoorlog van 1991, toen Irak opzettelijk ongeveer 200 miljoen gallons olie in de kust van Koeweit dumpte en meer dan 700 oliebronbranden stichtte die gedurende meer dan negen maanden enorme rookwolken en zure regen veroorzaakten.

Tijdens een olielek op water drijft olie naar de oppervlakte omdat het minder dicht is dan water, en de lichtste koolwaterstoffen verdampen, waardoor de lekkage kleiner wordt maar de lucht vervuilt. Vervolgens beginnen bacteriën de resterende olie af te breken, in een proces dat vele jaren kan duren. Na enkele maanden kan er nog maar ongeveer 15% van het oorspronkelijke volume overblijven, maar het zit in dikke asfaltbrokken, een vorm die vooral schadelijk is voor vogels, vissen en schaaldieren. Opruimingsoperaties kunnen onder meer skimmerschepen zijn die olie van het wateroppervlak zuigen (alleen effectief voor kleine lekkages), gecontroleerde verbranding (werkt alleen in een vroeg stadium voordat het lichte, ontvlambare deel verdampt, maar vervuilt ook de lucht), dispergeermiddelen (reinigingsmiddelen die olie afbreken om de ontbinding ervan te versnellen, maar sommige dispergeermiddelen kunnen giftig zijn voor het ecosysteem) en bioremediatie (toevoegen van micro-organismen die gespecialiseerd zijn in het snel afbreken van olie, maar dit kan het natuurlijke ecosysteem verstoren).

Bij giftige chemicaliën zijn veel verschillende soorten en bronnen betrokken, voornamelijk uit de industrie en de mijnbouw. Algemene soorten giftige chemicaliën omvatten gevaarlijke chemicaliën en persistente organische verontreinigende stoffen, waaronder DDT (pesticide), dioxine (herbicide-bijproduct) en PCB's (polychloorbifenylen, die werden gebruikt als vloeibare isolator in elektrische transformatoren). Persistente organische verontreinigende stoffen (POP's) hebben een lange levensduur in het milieu, biomagniseren door de voedselketen en kunnen giftig zijn. Een andere categorie giftige chemicaliën omvat radioactieve materialen zoals cesium, jodium, uranium en radongas, dat kan leiden tot langdurige blootstelling aan radioactiviteit als het in het lichaam terechtkomt. Een laatste groep giftige chemicaliën zijn zware metalen zoals lood, kwik, arseen, cadmium en chroom, die zich via de voedselketen kunnen ophopen. Zware metalen worden gewoonlijk geproduceerd door de industrie en in metaalertsmijnen. Arseen en kwik worden hieronder in meer detail besproken.

Arseen (As) is al eeuwenlang beroemd als middel tegen de dood. Pas onlangs hebben wetenschappers erkend dat gezondheidsproblemen kunnen worden veroorzaakt door het langdurig drinken van kleine arseenconcentraties in water. Het komt op natuurlijke wijze in de watervoorziening terecht door verwering van arseenrijke mineralen en door menselijke activiteiten zoals het verbranden van kolen en het smelten van metaalertsen. Het ergste geval van arseenvergiftiging deed zich voor in het dichtbevolkte, verarmde land Bangladesh, waar jaarlijks 100.000 doden vielen als gevolg van diarree en cholera door het drinken van oppervlaktewater dat besmet was met ziekteverwekkers als gevolg van onjuiste rioolwaterzuivering. In de jaren zeventig verleenden de Verenigde Naties hulp aan miljoenen ondiepe waterputten, wat resulteerde in een dramatische daling van pathogene ziekten. Helaas produceerden veel van de bronnen water dat van nature rijk is aan arseen. Tragisch genoeg zijn er naar schatting 77 miljoen mensen (ongeveer de helft van de bevolking) die als gevolg daarvan mogelijk per ongeluk zijn blootgesteld aan giftige hoeveelheden arseen in Bangladesh. De Wereldgezondheidsorganisatie heeft het de grootste massale vergiftiging van een bevolking in de geschiedenis genoemd.

Kwik (Hg) wordt gebruikt in een verscheidenheid aan elektrische producten, zoals droge celbatterijen, fluorescerende lampen en schakelaars, maar ook bij de vervaardiging van verf, papier, vinylchloride en fungiciden. Kwik werkt in op het centrale zenuwstelsel en kan verlies van gezichtsvermogen, gevoel en gehoor veroorzaken, evenals nervositeit, beverigheid en de dood. Net als arseen komt kwik op natuurlijke wijze in de watervoorziening terecht door verwering van kwikrijke mineralen en door menselijke activiteiten zoals het verbranden van kolen en metaalverwerking. Een beroemd geval van kwikvergiftiging in Minamata, Japan, betrof methylkwikrijke industriële lozingen die hoge Hg-waarden in vissen veroorzaakten. Mensen in de lokale vissersdorpen aten meer dan 30 jaar tot drie keer per dag vis, wat resulteerde in meer dan 2.000 doden. Gedurende die tijd hebben het verantwoordelijke bedrijf en de nationale overheid weinig gedaan om het probleem te verzachten, te helpen verlichten of zelfs maar te erkennen.

Hard water bevat overvloedig calcium en magnesium, wat het vermogen om zeepsop te ontwikkelen vermindert en de vorming van kalkaanslag (calcium- en magnesiumcarbonaatmineralen) op warmwaterapparatuur verbetert. Waterontharders verwijderen calcium en magnesium, waardoor het water gemakkelijk schuimt en kalkvorming tegengaat. Hard water ontstaat van nature door het oplossen van calcium- en magnesiumcarbonaatmineralen in de bodem; het heeft geen negatieve gezondheidseffecten bij mensen.

Grondwaterverontreiniging kan voorkomen uit ondergrondse bronnen en alle bronnen van verontreiniging die oppervlaktewateren verontreinigen. Veelvoorkomende bronnen van grondwaterverontreiniging zijn lekkende ondergrondse opslagtanks voor brandstof, septic tanks, landbouwactiviteiten, stortplaatsen en winning van fossiele brandstoffen. Veel voorkomende grondwaterverontreinigende stoffen zijn nitraat, pesticiden, vluchtige organische stoffen en aardolieproducten. Een ander lastig kenmerk van grondwaterverontreiniging is dat kleine hoeveelheden van bepaalde verontreinigende stoffen, bijvoorbeeld aardolieproducten en organische oplosmiddelen, grote gebieden kunnen verontreinigen. In Denver, Colorado, verontreinigde 80 liter van verschillende organische oplosmiddelen 4,5 biljoen liter grondwater en produceerde een 5 km lange verontreinigingspluim. Een grote bedreiging voor de grondwaterkwaliteit wordt gevormd door ondergrondse brandstofopslagtanks. Brandstoftanks worden gewoonlijk ondergronds opgeslagen bij benzinestations om explosiegevaar te verminderen. Vóór 1988 konden deze opslagtanks in de VS van metaal worden gemaakt, dat plaatselijk grondwater kan aantasten, lekken en snel kan verontreinigen. Nu zijn lekdetectoren vereist en moeten de metalen opslagtanks worden beschermd tegen corrosie of worden vervangen door tanks van glasvezel. Momenteel zijn er ongeveer 600.000 ondergrondse brandstofopslagtanks in de VS en meer dan 30% voldoet nog steeds niet aan de EPA-voorschriften met betrekking tot het voorkomen van vrijkomen of lekdetectie.


Impact van laagwaterverontreiniging op sommige biologische aspecten van Redbelly tilapia (Coptodon zillii) in de rivier de Nijl, Egypte

De mortaliteit van vissen wordt al lang erkend als de duidelijke indicatie van vervuiling, niettemin kan de toenemende lage vervuiling leiden tot een langdurige achteruitgang en uiteindelijk uitsterven van de visbestanden. Deze studie onderzoekt de impact van een puntbronvervuiling (El-Sail Drain) op de biologische parameters van roodbuiktilapia (Coptodon zillii) in de rivier de Nijl bij Aswan, Egypte. De huidige resultaten lieten een significante variatie zien van de fysisch-chemische parameters en zware metalen van de rivier de Nijl in de buurt van El-Sail Drain. Aan de andere kant, metaalconcentraties in de geslachtsklieren van C. zillii stroomafwaarts van de verontreinigingsbron beduidend hoger waren dan die van het onaangetaste stroomopwaartse gebied. De geslachtsverhoudingen van C. zillii varieerde in de twee onderzochte gebieden, waar het 1:1,38 was in het onaangetast gebied en 1:0,9 in het beïnvloede gebied. Hoewel de GSI-waarden van het getroffen gebied aanzienlijk waren verlaagd (P < 0,01) vergeleken met die van het onaangetast gebied. Ook de vruchtbaarheid van C. zillii bleek af te nemen vanwege hun blootstelling aan verschillende metalen in het getroffen gebied. Op basis van de resultaten van de huidige studie bleek de bewezen laagwaterverontreiniging door El-Sail Drain een negatief effect te hebben op de biologische en reproductieve kenmerken van C. zillii.


Een overzicht van microplastics in keukenzout, drinkwater en lucht: directe menselijke blootstelling

De alomtegenwoordigheid van microplastics in aquatische en terrestrische omgevingen en de bijbehorende ecologische effecten hebben wereldwijde aandacht gekregen. Er zijn microplastics aangetroffen in keukenzout, drinkwater en lucht, wat een onvermijdelijk risico voor menselijke blootstelling met zich meebrengt. Strenge analytische methoden voor detectie en karakterisering van microplastics blijven echter schaars. De kennis over de mogelijke nadelige effecten op de menselijke gezondheid via blootstelling via de voeding en de luchtwegen is eveneens beperkt. Om deze problemen aan te pakken, hebben we 46 publicaties beoordeeld over abundanties, potentiële bronnen en analysemethoden van microplastics in keukenzout, drinkwater en lucht. We hebben ook de waarschijnlijke translocatie- en accumulatieroutes van microplastics in het menselijk lichaam samengevat. De belasting van microplastics door het menselijk lichaam via keukenzout, drinkwater en inademing werd geschat op (0-7,3)×10 4 , (0-4,7)×10 3 en (0-3,0)×10 7 items per persoon per jaar , respectievelijk. De inname van microplastics via inademing, vooral via binnenlucht, was veel hoger dan die via andere blootstellingsroutes. Bovendien vormen microplastics in de lucht een bedreiging voor zowel het ademhalings- als het spijsverteringsstelsel door middel van ademhaling en inname. Gezien de levenslange onvermijdelijke blootstelling aan microplastics, roepen we dringend op tot een beter begrip van de mogelijke gevaren van microplastics voor de menselijke gezondheid.


Journal of Bioresource Management

De biodiversiteit en kwaliteit van de ondergrondse wateren werden vergelijkend bestudeerd in de Tarf-vlakte bij Oum-El-Bouaghi en in de Ksar S'bahi in Oum-El-Bouaghi, in het noordoosten van Algerije. Voor dit doel werden fysisch-chemische en faunistische analyses uitgevoerd op het water van tien stations in het gebied van Tarf en dertien in het gebied van S'bahi. In de putten van Tarf was de gemiddelde stygobiologische diversiteit relatief hoog in de putten die zich stroomopwaarts van de stortplaats van de stad bevonden, waar het grondwater een laag gehalte aan nitraten en orthofosfaten vertoonde. Daarentegen werden de putten in de verspreidingszone van het Tarf-afvalwater gekenmerkt door de schaarste of afwezigheid van stygobe soorten in deze laatste putten, het water was sterk vervuild. Het was rijk aan nitraten, nitrieten, ammonium en de geleidbaarheid was vrij hoog. In het gebied van S'bahi werden in de faunistische inventaris tien soorten geregistreerd, waarvan sommige in warmwaterbronnen leefden. Het ondergrondse water was sterk gemineraliseerd. In de twee onderzochte gebieden nam de biodiversiteit af als bronwater plaatselijk vervuild was.


Boek informatie

Boek beschrijving

Dit open leerboek behandelt de meest in het oog springende milieukwesties, vanuit een biologisch perspectief. De tekst is bedoeld voor een wetenschappelijke cursus op inleidend niveau. Onderwerpen zijn onder meer de fundamenten van ecologie, biodiversiteit, vervuiling, klimaatverandering, voedselproductie en de groei van de menselijke bevolking.

Dit werk valt onder de Creative Commons Attribution 4.0 International License. Ga naar http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ om een ​​kopie van deze licentie te bekijken.

Auteurs

Vergunning

Milieubiologie door Matthew R. Fisher en redacteur is gelicentieerd onder een Creative Commons Attribution 4.0 International-licentie, tenzij anders vermeld.


Bekijk de video: Biologie: Mavo3 - : Duurzaam leven (December 2021).