Ett stort antal nya avloppsreningsverk i utvecklingsländer har lett till en obalans mellan fosfor och kväve i ytvatten. Resultatet kan bli överdriven tillväxt av potentiellt giftiga alger med en preferens för kväve. En ny studie kräver bättre näringsreduktion för att bibehålla ekosystemets biologiska mångfald i sjöar och andra ytvattenförekomster.

Som ett av FN:s 17 mål för hållbar utveckling, rent vatten och sanitet får mycket uppmärksamhet. För att nå detta övergripande mål, effektiv kommunal avloppshantering spelar en stor roll. De flesta mänskliga aktiviteter producerar avloppsvatten - och den årliga produktionen av kommunalt avloppsvatten över hela världen överstiger nu mängden som det vatten som släpps ut av den enorma Amazonfloden till Atlanten på ungefär 12 dagar.

"Mängden avloppsvatten fortsätter att växa med urbaniseringen och den tillhörande befolkningsökningen. Ökad avloppsvattenproduktion, tillsammans med otillräckliga insamlings- och behandlingsmöjligheter, har lett till negativa effekter på vattenkvaliteten, ", sa NIVA-forskaren Yan Lin.

Enligt Lin, många utvecklingsländer tar itu med problemet genom att snabbt bygga nya reningsverk för avloppsvatten.

"Skillnaden i effektivitet för borttagning av kväve och fosfor, dock, har resulterat i obalans av kväve i förhållande till fosfor i vattendrag. Detta kan ha negativa konsekvenser för den biologiska mångfalden och det övergripande funktionen hos det mottagande akvatiska ekosystemet, " sa Lin.

I den här artikeln, vi kommer att titta närmare på kväve och fosfor och dessa två elements inverkan på akvatiska ekosystem. Både kväve och fosfor är viktiga element för organismer att växa. Dock, eftersom överskott av näringsämnen kan orsaka eutrofiering av vattendrag, det är mycket viktigt att kontrollera näringsflödena till dessa vatten.

Avloppsreningsboom i Kina

Många länder tar itu med problemet med överskott av näringsämnen genom att öka den kommunala reningskapaciteten för avloppsvatten. Detta är ofta mer uppnåeligt än att reducera icke-punktvärde näringskällor, till exempel genom att minska spridningen av gödselmedel och bevarande av vattendelar. I Kina, som kommer att stå i fokus i den här artikeln, byggandet av avloppsreningsverk har vuxit snabbt de senaste femton åren.

Under 2005, andelen kommunalt avloppsvatten som renades på nationell nivå i Kina var endast cirka 40 %. Under 2017, den nådde mer än 90 %.

Dock, Resultaten av denna förändring av mått i förhållande till näringshalter i sjöar är okända.

Kan leda till algblomning

I den PNAS publikation "Förbättring av kommunal rening av avloppsvatten förändrar förhållandet mellan kväve och fosfor i sjön i befolkade regioner, "ett brett konsortium av forskare, inklusive experter från Norwegian Institute of Water Research (NIVA) visar att denna kommunala reningsboom för avloppsvatten i Kina är en viktig drivkraft för ökningar av kväve/fosfor-masskvoterna i landets sjöar. Detta är särskilt viktigt i det mer befolkade östra Kina.

Det främsta skälet är att fosfor avlägsnas mer effektivt än kväve från avloppsvattnet i de flesta av de nuvarande reningsverken, hävdar forskarna.

"Vi undersökte förändringarna av näringstillståndet i 46 större sjöar i Kina. Medan vattnet i allmänhet blir renare, fynden visar att fosforn minskar i en mycket snabbare takt, ", sa NIVA-forskaren Lin.

Resultaten visar att under det senaste decenniet, Fosforkoncentrationen i de flesta sjöar i östra Kina har sjunkit avsevärt. Kvävekoncentration, å andra sidan, har mestadels varit stabil. Således, förhållandet mellan kväve och fosfor har fortsatt att öka.

Enligt Lin, detta kan få några oväntade konsekvenser för funktionen hos vattenlevande näringsnät, som den ökande förekomsten av vissa typer av cyanobakterier i de övergödda sjöarna.

"Våra resultat visar på behovet av mer effektiv kvävereduktion utöver fosforreduktion i avloppsvattenrening för att minska risken för växtplanktonblomningar och toxinproduktion och för att upprätthålla ekosystemets biologiska mångfald i nedströms vattendrag, " sa Lin.

Bra balans är viktigt

Inte bekant med termen näringsstökiometri? Termen kan beskrivas som en vetenskap som utforskar balansen mellan viktiga livselement som kol, kväve, och fosfor i olika ekologiska processer. Dess kärna är att avslöja effekterna av förändringar i livsmiljön och den biologiska elementsammansättningen på den övergripande funktionen av terrestra och akvatiska ekosystem.

Precis som människor trivs bäst med en diet med en bra balans mellan kolhydrater, protein och fett, naturen har också vissa preferenser. En bra balans mellan näringsämnen som kväve och fosfor är avgörande.

För att upprätthålla friska vatten med god biologisk mångfald, avloppsreningsverk har installerats för att förhindra att alltför mycket näringsämnen deponeras i naturen. Dock, i den färska PNAS-artikeln hävdar forskarna att det är dags för avloppsreningsverken att utveckla effektivare teknik för borttagning av kväve.

"Att bemästra den långsiktiga utvecklingen av de stökiometriska egenskaperna hos kväve och fosfor i vattendrag är en förutsättning för att klargöra förändringar i primärproduktiviteten för akvatisk ekologi och upptäcka potentiella drivkrafter för negativa ekologiska konsekvenser, " sa Lin.

Efterlyser nya regler

NIVA-forskaren menar att projektets resultat bör beaktas när man utvärderar genomförandet av miljöledningsåtgärder och formulerar framtida näringshushållnings- och kontrollmål.

"Den växande obalansen mellan kväve och fosfor har viktiga konsekvenser för akvatisk ekologi som fortfarande är dåligt övervägd och förstådd, " sa Lin.

"De nuvarande reglerna måste uppdateras för att inkludera näringsstökiometriparametrarna snarare än enskilda näringsgränsvärden, " han sa.

Särskilt, resultaten av studien borde få stora konsekvenser för beslutet om rening av avloppsvatten i utvecklingsländer, där massiv infrastruktur utvecklas, inklusive avloppsreningsverk, genomgår.

"Utformningen av avloppsreningsverk bör mer effektivt minska kväve utöver fosfor, för att hålla förhållandet kväve/fosfor i balans, " avslutade Lin.