少なくとも 1989 年の間、自然の水質は徐々に悪化し、水の使用が厳しく制限されているか、水が人間に有害である可能性がある汚染レベルに達しています。 この劣化は、河川流域内の社会経済的発展に関連していますが、汚染物質の長距離大気輸送により、この状況が変わりました。遠隔地でさえ間接的に汚染される可能性があります(Meybeck and Helmer XNUMX)。
不適切な排泄物処理、過密都市内の悪臭を放つ水路、およびその他の同様の問題に関する中世の報告と苦情は、都市の水質汚染の初期の兆候でした. 悪い水質と人間の健康への影響との間の明確な因果関係が初めて確立されたのは、ジョン・スノーがロンドンでのコレラの流行の発生を特定の飲料水源にまでさかのぼった1854年でした.
1 世紀半ば以降、産業の急速な発展に伴い、さまざまな種類の水質汚濁問題が立て続けに発生しました。 図 XNUMX は、ヨーロッパの淡水域で明らかになった問題の種類を示しています。
図 1. 水質汚濁問題のタイプ
ヨーロッパの状況を要約すると、(1) 過去の課題 (病原体、酸素バランス、富栄養化、重金属) が認識され、研究され、必要な管理が特定され、多かれ少なかれ実施されている。今日の課題は、一方では「伝統的な」点汚染源と非点汚染源 (硝酸塩) およびユビキタスな環境汚染問題 (合成有機物) であり、他方ではそれを妨げる「第三世代」の問題です。地球規模のサイクル（酸性化、気候変動）。
これまで開発途上国の水質汚染は、主に未処理の廃水の排出が原因でした。 今日では、産業からの有害廃棄物の生成と、農業での殺虫剤の使用の急速な増加の結果として、より複雑になっています。 実際、今日の一部の開発途上国、少なくとも新興工業国では、水質汚染は工業国よりも深刻です (Arceivala 1989)。 残念なことに、発展途上国は、全体として、主要な汚染源の管理において大きく遅れをとっています。 その結果、環境の質は徐々に悪化しています (WHO/UNEP 1991)。
汚染の種類と原因
水質汚染の原因となる可能性のある微生物、要素、および化合物は多数あります。 それらは、微生物、生分解性有機化合物、懸濁物質、硝酸塩、塩、重金属、栄養素、および有機微量汚染物質として分類できます。
微生物学
微生物は、特に未処理の生活廃水の排出によって汚染された淡水域によく見られます。 これらの微生物因子には、病原菌、ウイルス、蠕虫、原生動物、および胃腸の病気を引き起こす可能性のあるいくつかのより複雑な多細胞生物が含まれます。 他の生物は本質的により日和見的であり、汚染された水との身体接触、またはさまざまな起源のエアロゾル中の質の悪い水滴の吸入によって、感受性のある個人に感染します。
生分解性有機化合物
自然起源の有機物質 (異地性の陸生ゴミまたは土着の水生植物の破片) または人為起源の有機物 (家庭、農業、および一部の産業廃棄物) は、川の流れが進むにつれて好気性微生物によって分解されます。 その結果、廃水排出の下流の酸素レベルが低下し、水質と水生生物相、特に高品質の魚の生存が損なわれます。
粒子状物質
粒子状物質は、有機および無機汚染物質の主要なキャリアです。 有毒な重金属、有機汚染物質、病原体、リンなどの栄養素のほとんどは、浮遊物質に含まれています。 河川からの溶存酸素の消費に関与するかなりの量の生分解性有機物質も、浮遊粒子に含まれています。 粒子状物質は、都市化と道路建設、森林伐採、採掘作業、河川での浚渫作業、大陸侵食に関連する自然発生源、または自然災害によって発生します。 より粗い粒子は、川床、貯水池、氾濫原、湿地や湖に堆積します。
硝酸塩
汚染されていない地表水中の硝酸塩の濃度は、0.1 リットルあたり 1 未満から XNUMX ミリグラム (窒素として表される) の範囲であるため、XNUMX ミリグラム/リットルを超える硝酸塩レベルは、都市廃棄物の排出や都市および農業の流出などの人為的影響を示します。 . 大気中の降水も、特に熱帯地域など、直接的な汚染源の影響を受けない地域では、河川流域への硝酸塩とアンモニアの重要な供給源です。 飲料水中の高濃度の硝酸塩は、哺乳瓶で育てられた生後数か月の乳児や、高齢者では、メトヘモグロビン血症と呼ばれる急性毒性につながる可能性があります。
塩
水の塩類化は、水と塩分を含む土壌との地球化学的相互作用などの自然条件、または灌漑農業、島や沿岸地域での地下水の過剰な汲み上げによる海水の浸入、産業廃棄物や油田ブラインの処分などの人為的活動によって引き起こされる可能性があります。 、高速道路の除氷、埋め立て地の浸出水、下水道の漏出。
特に影響を受けやすい作物の灌漑や飲用などの有益な使用を妨げますが、塩分自体は、非常に高いレベルであっても健康に直接害を及ぼすことはありませんが、間接的な影響は劇的なものになる可能性があります. 灌漑地域の湛水や土壌塩類化によって肥沃な農地が失われ、収穫量が減少すると、コミュニティ全体の生活が崩壊し、食糧不足という形で困難が生じます。
重金属
鉛、カドミウム、水銀などの重金属は微量汚染物質であり、その持続性、高い毒性、生物蓄積特性により、健康と環境に重要な意味を持つため、特に注目されています。
水質汚染の原因となる重金属の発生源は基本的に XNUMX つあります。 鉱石および金属の工業処理; なめし工場でのクロム塩、農業での銅化合物、ガソリンのアンチノック剤としての四エチル鉛などの金属および金属化合物の使用。 家庭廃棄物や固形廃棄物からの重金属の浸出。 ヒトおよび動物の排泄物中の重金属、特に亜鉛。 自動車、燃料の燃焼、および産業プロセスの排出物から空気中に放出された金属は、陸地に沈着し、最終的に地表水に流出する可能性があります。
栄養素
富栄養化 植物栄養素、主にリンと窒素で水を豊かにすることで、植物の成長 (藻類と大型植物の両方) が促進され、その結果、目に見える藻類の花、浮遊藻類または大型植物のマット、底生藻類、水中の大型植物の凝集体が得られます。 腐敗すると、この植物材料は水域の酸素貯蔵量の枯渇につながり、魚の死亡や腐食性ガスや炭酸ガス、メタン、硫化水素、官能物質（味と臭いの原因）、毒素など。
リンおよび窒素化合物の発生源は、主に未処理の家庭廃水ですが、人工的に施肥された農地の排水、集中的な畜産からの表面流出、および一部の産業廃水のような他の発生源も、湖や貯水池の栄養レベルを大幅に上昇させる可能性があります。熱帯の発展途上国で。
湖、貯水池、貯水池の富栄養化に伴う主な問題は次のとおりです。 特に味や臭いの原因となる物質の除去に関して、処理が困難になる水質の悪化。 レクリエーションの障害、入浴者の健康被害の増加、見栄えの悪さ。 魚の死亡率と望ましくない低品質の魚資源の開発による漁業の障害。 沈泥による湖や貯水池の老朽化と保持能力の低下。 パイプやその他の構造物における腐食の問題の増加。
有機微量汚染物質
有機微量汚染物質は、その使用方法と環境への分散方法に基づいて、化学製品のグループに分類できます。
- 農薬 作物を保護したり、病原菌を防除したりするために意図的に環境に導入される、一般的には合成物質です。 それらは、有機塩化物殺虫剤、有機リン酸殺虫剤、植物ホルモン型の除草剤、トリアジン、置換尿素など、さまざまな異なるファミリーに含まれています。
- 家庭用・産業用の普及資材 抽出溶剤、金属や衣類のドライクリーニングの脱脂溶剤、エアゾール容器の噴射剤などに使われる揮発性有機物です。 このグループには、メタン、エタン、およびエチレンのハロゲン化誘導体も含まれます。 それらは広く使用されているため、生産量に比べて環境中への拡散率は一般的に高いです。 このグループには多環式芳香族炭化水素も含まれており、石油製品の抽出、輸送、精製、およびそれらの使用 (ガソリンおよび灯油) による燃焼生成物の分散によって環境中に存在します。
- 産業で本質的に使用される材料 フレオンを合成するための四塩化炭素など、化学合成の直接的または中間的な作用物質である物質を含みます。 PVCを重合するための塩化ビニル。 染料製造用のベンゼン、ナフタレン、フェノール、アニリンの塩素化誘導体。 このグループには、熱交換流体や誘電体など、閉鎖系で使用される完成品も含まれています。
有機微量汚染物質は、都市部または農村部の点源および拡散源から生成されます。 大部分は、石油精製、石炭採掘、有機合成、合成製品の製造、鉄鋼産業、繊維産業、木材およびパルプ産業などの主要な産業活動に由来します。 殺虫剤工場からの排水には、これらの製造された製品がかなりの量含まれている可能性があります。 かなりの割合の有機汚染物質が、都市の表面からの流出として水生環境に排出されます。 また、農業地域では、作物に散布された農薬が、雨水の流出や人工的または自然な排水路を通じて地表水に到達する可能性があります。 また、偶発的な放流により、生態系に深刻な損害が発生し、水供給が一時的に閉鎖されました。
都市汚染
この継続的に拡大し、積極的で多面的な汚染シナリオにより、水資源の質を維持する問題は、特に発展途上国のより都市化された地域で深刻になっています。 水質の維持は、1992 つの要因によって妨げられています。主な発生源、特に産業での汚染管理の不履行と、衛生システムとゴミの収集と処分の不備です (WHO XNUMXb)。 発展途上国のさまざまな都市における水質汚染の例をいくつか見てみましょう。
主要都市における水質汚染の例
カラチ（パキスタン）
パキスタン最大の工業都市であるカラチを流れるリャリ川は、化学的および微生物学的観点から見ると、未加工の下水と未処理の産業廃水が混ざり合った開放排水路です。 ほとんどの産業廃水は、約 300 の主要産業とそのほぼ XNUMX 倍の数の小規模ユニットがある工業団地から発生します。 ユニットの XNUMX 分の XNUMX は繊維工場です。 カラチの他のほとんどの産業も、未処理の排水を最寄りの水域に排出しています。
アレクサンドリア (エジプト)
アレクサンドリアの産業は、エジプトの全産業生産量の約 40% を占めており、そのほとんどが未処理の液体廃棄物を海またはマリュート湖に排出しています。 過去 80 年間で、マリュート湖の魚の生産量は、工業排水と生活排水の直接排出により、約 XNUMX% 減少しました。 湖はまた、その状態が悪いため、主要なレクリエーション サイトではなくなりました。 不適切な場所にある排水口からの未処理の廃水の排出の結果として、同様の環境悪化が海岸沿いで起こっています。
中国、上海）
約 3.4 万立方メートルの産業廃棄物と家庭廃棄物が、主に蘇州クリークと市の中心部を流れる黄浦江に流れ込んでいます。 これらは、市の主要な（開放的な）下水道となっています。 水洗トイレを備えている家はほとんどないため、廃棄物のほとんどは産業廃棄物です。 黄埔は 1980 年以来、本質的に死んでいます。全部で、市の廃水の 5% 未満しか処理されていません。 通常高い地下水面は、産業プラントや地域の河川からのさまざまな毒素が地下水に入り込み、井戸を汚染することも意味します。これは、都市の給水にも寄与します。
サンパウロ (ブラジル)
世界最大の都市集積地の 300 つであるサンパウロ大都市圏を流れるチエテ川は、この地域にある 1,200 の産業から毎日 900 トンの排水を受け取ります。 鉛、カドミウム、およびその他の重金属は、主要な汚染物質の 12.5 つです。 また、毎日 XNUMX トンの下水を受け取りますが、この地域にある XNUMX つの下水処理ステーションで処理されるのは、そのうちの XNUMX% のみです。
出典: Hardoy and Satterthwaite 1989 に基づく。
微生物汚染の健康への影響
汚染された水に含まれる病原体の摂取から生じる病気は、世界中で最大の影響を及ぼします。 「すべての病気の推定 80%、発展途上国における死亡の 1992 分の XNUMX 以上は、汚染された水の消費が原因であり、平均して、各人の生産時間の XNUMX 分の XNUMX が水関連の病気によって犠牲にされています。」 (UNCED XNUMX)。 水媒介性疾患は、発展途上国における乳児死亡率の原因となっている伝染病の最大のカテゴリーであり、成人死亡率の原因となっている結核に次いで XNUMX 番目であり、年間 XNUMX 万人が死亡しています。
加盟国から WHO に報告されたコレラの年間総症例数は、595,000 年の 1991 症例のピークで、1993 回目のパンデミック中に前例のないレベルに達しました (WHO 1)。 表 XNUMX は、主要な水関連疾患の世界的な罹患率と死亡率を示しています。 多くの場合、これらの数値は大幅に過小評価されています。これは、多くの国で疾患症例の報告が非常に不規則に行われているためです。
表 1. 水に関連する主な病気の世界的な罹患率と死亡率
|
数/年または報告期間 |
||
|
罹患率 |
ケース |
死亡 |
|
コレラ - 1993 |
297,000 |
4,971 |
|
腸チフス |
500,000 |
25,000 |
|
ランブル鞭毛虫症 |
500,000 |
ロー |
|
アメーバ症 |
48,000,000 |
110,000 |
|
下痢症（5歳未満） |
1,600,000,000 |
3,200,000 |
|
ドラクンキュリア症（ギニアワーム） |
2,600,000 |
- |
|
住血吸虫症 |
200,000,000 |
200,000 |
出典: Galal-Gorchev 1994.
化学汚染の健康への影響
水に溶解した化学物質に関連する健康上の問題は、主に長期間暴露した後に有害な影響を引き起こす能力から生じます。 特に懸念されるのは、重金属や一部の有機微量汚染物質などの累積的な毒性を持つ汚染物質、発がん性物質、生殖および発生への影響を引き起こす可能性のある物質です。 水に溶解している他の物質は、食事摂取の必須成分ですが、人間のニーズに関して中立的なものもあります. 水中、特に飲料水中の化学物質は、健康への影響を目的として、1986 つの典型的なカテゴリーに分類されます (Galal-Gorchev XNUMX)。
- 摂取すると急性または慢性毒性を示す物質. 健康障害の重症度は、飲料水中の濃度の増加とともに増加します。 一方、特定の閾値濃度を下回ると、健康への影響は観察されません。つまり、人間の代謝は、測定可能な長期的な影響なしにこの暴露を処理できます. さまざまな金属、硝酸塩、シアン化物などがこのカテゴリに分類されます。
- 遺伝毒性物質、 発がん性、変異原性、先天性欠損症などの健康への影響を引き起こします。 現在の科学的考え方によれば、摂取された物質の量が癌や同様のリスクの増加に寄与するため、安全と見なすことができる閾値レベルはありません. 疫学的証拠がほとんどないため、複雑な数学的外挿モデルを使用してそのようなリスクを判断します。 合成有機物、多くの塩素系有機微量汚染物質、一部の殺虫剤、およびヒ素は、このカテゴリに分類されます。
- フッ化物、ヨウ素、セレンなどの一部の元素については、飲料水による寄与が重要であり、欠乏すると多かれ少なかれ深刻な健康への影響を引き起こします. しかし、高濃度では、これらの同じ物質が同様に深刻な健康への影響を引き起こしますが、性質は異なります。
環境への影響
淡水の水質に対する環境汚染の影響は数多くあり、長い間存在しています。 産業の発展、集約的農業の出現、人口の急激な増加、何万もの合成化学物質の生産と使用は、地域、国、地球規模での水質悪化の主な原因の XNUMX つです。 水質汚染の主な問題は、実際のまたは計画された水の使用に対する干渉です。
環境劣化の最も深刻で遍在する原因の XNUMX つは、水路への有機廃棄物の排出です (上記の「生分解性有機化合物」を参照)。 この汚染は主に、魚などの多くの生物が高レベルの酸素を必要とする水生環境で懸念されます。 水無酸素症の深刻な副作用は、川や湖の微粒子や底質から有毒物質が放出されることです。 水路や帯水層への生活排水によるその他の汚染効果には、河川や地下水の硝酸塩レベルの上昇、湖や貯水池の富栄養化が含まれます (上記の「硝酸塩」と「塩分」を参照)。 どちらの場合も、汚染は下水流出と農業流出または浸透の相乗効果です。
経済的影響
水質汚染の経済的影響は、人間の健康や環境への悪影響により、かなり深刻になる可能性があります。 健康障害はしばしば人間の生産性を低下させ、環境の悪化は人々が直接使用する水資源の生産性を低下させます。
経済的な病気の負担は、治療費だけでなく、生産性の損失を定量化することでも表すことができます。 これは、下痢やギニアワームなど、主に障害を引き起こす病気に特に当てはまります。 たとえば、インドでは、水関連の病気のために年間約 73 万日の労働日が失われていると推定されています (Arceivala 1989)。
衛生設備の不備とその結果生じる伝染病は、深刻な経済的不利益につながる可能性もあります。 これは、最近ラテンアメリカでコレラが流行した際に最も顕著になりました。 ペルーでコレラが流行している間、農産物の輸出と観光の減少による損失は 1980 億米ドルと見積もられました。 これは、1992 年代に同国が水供給と衛生サービスに投資した金額の XNUMX 倍以上です (World Bank XNUMX)。
公害の影響を受けた水資源は、都市給水の水源として適切ではなくなります。 その結果、高価な処理装置を設置するか、はるかに高いコストで遠く離れた都市にきれいな水を配管する必要があります。
アジア太平洋の発展途上国では、1985 年にアジア太平洋経済社会委員会 (ESCAP) によって環境被害が GNP の約 3%、250 億米ドルに上ると見積もられました。ダメージは約1％の範囲になります。