O tratamento do esgoto municipal reduziu significativamente a poluição dos ecossistemas aquáticos, mas o problema da poluição por esgoto persiste. Fontes de poluição de esgoto são o transbordamento de esgoto bruto de sistemas sobrecarregados ou mal projetados, tratamento ineficiente de esgoto por instalações de tratamento e efluentes agrícolas. Embora amplamente reconhecido como um grande problema, poucos países aplicam rigorosamente as regras relativas à descarga de efluentes agrícolas. A poluição do esgoto altera o equilíbrio dos ecossistemas marinhos e de água doce, fazendo com que eles funcionem com menos eficiência.

Eutrofização

O esgoto contém quantidades muito altas de nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo. Em condições naturais, baixas concentrações desses nutrientes limitam a produtividade dos ecossistemas aquáticos. O esgoto promove o crescimento excessivo de produtores primários aquáticos - plantas, algas e cianobactérias - em um processo conhecido como eutrofização. Com o aumento da biomassa dos produtores primários vem um aumento no número de consumidores primários, como zooplâncton e peixes herbívoros. Produtividade extra é transferida para cima da cadeia alimentar dessa maneira, eventualmente alcançando peixes e mamíferos predadores no topo da cadeia alimentar.

Dinâmica da comunidade

Mudanças no habitat físico que surgem do crescimento excessivo de plantas podem mudar drasticamente a dinâmica da comunidade. Por exemplo, o crescimento excessivo de plantas aquáticas pode reduzir o habitat disponível para os animais que necessitam de água aberta para viver, como os invertebrados que se alimentam por filtração. O crescimento das plantas também pode alterar a dinâmica das espécies, por exemplo, criando mais refúgio para as presas e reduzindo assim a eficiência alimentar dos predadores. A disponibilidade de alimentos extras pode resultar em desigualdade competitiva em todos os níveis da cadeia alimentar, com animais que são mais eficientes em usar a fonte extra de alimento, tornando-se dominantes no ecossistema. Isso normalmente resulta em ecossistemas aquáticos com alta biomassa, mas baixa diversidade de espécies.

Hipóxia

A poluição por esgoto promove a hipóxia, ou o esgotamento de oxigênio, nos ecossistemas aquáticos de duas maneiras. Em primeiro lugar, o próprio esgoto contém grandes quantidades de matéria orgânica que está diretamente disponível para as bactérias na água. Em segundo lugar, promove o crescimento de plantas e algas que se tornam uma fonte de matéria orgânica quando morrem. Quando as bactérias consomem matéria orgânica, elas também consomem oxigênio dissolvido da água. A hipoxia pode matar animais ou causar estresse fisiológico que impede o crescimento e a reprodução. Um famoso exemplo de um ecossistema aquático que sofre de hipóxia é a Zona Morta do Golfo do México. Muitas espécies invasoras, como a carpa asiática, podem tolerar condições de baixo oxigênio. A poluição do esgoto, portanto, facilita a disseminação de espécies invasoras, criando habitat adequado para elas e eliminando a competição.

Antibióticos e hormônios

Antibióticos e hormônios são excretados pelo gado e humanos na urina e nas fezes. As principais fontes de esgoto contendo esses compostos são hospitais, fazendas intensivamente gerenciadas e matadouros. Uma vez na água, os antibióticos podem inibir o crescimento de bactérias que desempenham um papel importante na remoção de nitrogênio da água. Os antibióticos também promovem o crescimento de bactérias resistentes, perturbando o equilíbrio das comunidades bacterianas. Hormônios sintéticos são conhecidos por perturbar o sistema endócrino - um grupo de glândulas que produzem hormônios e controlam sua liberação - de mamíferos, peixes, répteis, anfíbios e invertebrados. Versões sintéticas de hormônios, como o estradiol, podem mimetizar hormônios naturais e alterar a sensibilidade dos receptores hormonais, causando crescimento anormal e reprodução de animais expostos.