De behandeling van gemeentelijk rioolwater heeft de vervuiling van aquatische ecosystemen aanzienlijk verminderd, maar het probleem van rioleringsverontreiniging blijft bestaan. Bronnen van rioolvervuiling zijn overloop van onbehandeld rioolwater van overbelaste of slecht ontworpen systemen, inefficiënte behandeling van rioolwater door zuiveringsinstallaties en afvalwater van landbouwbedrijven. Hoewel algemeen erkend als een groot probleem, handhaven slechts weinig landen de regels met betrekking tot de lozing van afvalwater van bedrijven streng. Rioolverontreiniging verandert de balans van ecosystemen op zee en in zoet water, waardoor ze minder efficiënt werken.

Eutrofiëring

Rioolwater bevat zeer veel nutriënten, voornamelijk stikstof en fosfor. Onder natuurlijke omstandigheden beperken lage concentraties van deze voedingsstoffen de productiviteit van aquatische ecosystemen. Riolering bevordert de overmatige groei van primaire waterproducenten - planten, algen en cyanobacteriën - in een proces dat bekend staat als eutrofiëring. Met toenemende biomassa van primaire producenten komt een toename van het aantal primaire verbruikers, zoals zoöplankton en herbivore vis. Extra productiviteit wordt op deze manier in de voedselketen overgebracht en bereikt uiteindelijk roofvissen en zoogdieren aan de top van de voedselketen.

Community Dynamics

Fysieke veranderingen in de habitat die het gevolg zijn van overmatige plantengroei verander de dynamiek van de gemeenschap drastisch. Overmatige groei van waterplanten kan bijvoorbeeld de beschikbare habitat verminderen voor dieren die open water nodig hebben om te leven, zoals filtervoedende ongewervelden. Plantengroei kan ook de dynamiek van soorten veranderen, bijvoorbeeld door meer toevlucht te bieden aan prooidieren en zo de voederefficiëntie van roofdieren te verminderen. De beschikbaarheid van extra voedsel kan leiden tot concurrentiële ongelijkheid op alle niveaus van de voedselketen, waarbij dieren die efficiënter zijn in het gebruik van de extra voedselbron dominant worden in het ecosysteem. Dit resulteert meestal in aquatische ecosystemen met een hoge biomassa, maar met een lage soortendiversiteit.

Hypoxia

Rioolvervuiling bevordert op twee manieren hypoxie of zuurstofuitputting in aquatische ecosystemen. Ten eerste bevat rioolwater zelf grote hoeveelheden organische stof die direct beschikbaar is voor bacteriën in het water. Ten tweede bevordert het de groei van planten en algen die een bron van organische stoffen worden als ze dood gaan. Wanneer bacteriën organisch materiaal consumeren, consumeren ze ook opgeloste zuurstof uit het water. Hypoxie kan dieren doden of fysiologische stress veroorzaken die groei en voortplanting belemmert. Een bekend voorbeeld van een aquatisch ecosysteem dat lijdt aan hypoxie is de Dead Zone in de Golf van Mexico. Veel invasieve soorten, zoals Aziatische karper, kunnen zuurstofarme omstandigheden verdragen. Rioolverontreiniging vergemakkelijkt dus de verspreiding van invasieve soorten door het creëren van geschikte habitat voor hen en het elimineren van concurrentie.

Antibiotica en hormonen

Antibiotica en hormonen worden uitgescheiden door vee en mens in urine en uitwerpselen. Belangrijke bronnen van afvalwater met deze verbindingen zijn ziekenhuizen, intensief beheerde boerderijen en slachthuizen. Eenmaal in het water kunnen antibiotica de groei van bacteriën remmen die een belangrijke rol spelen bij het verwijderen van stikstof uit water. Antibiotica bevorderen ook de groei van resistente bacteriën, die de balans van bacteriële gemeenschappen verstoren. Het is bekend dat synthetische hormonen het endocriene systeem verstoren - een groep klieren die hormonen produceren en hun vrijlating controleren - van zoogdieren, vissen, reptielen, amfibieën en ongewervelden. Synthetische versies van hormonen, zoals estradiol, kunnen natuurlijke hormonen nabootsen en de gevoeligheid van hormoonreceptoren veranderen, waardoor abnormale groei en reproductie van blootgestelde dieren wordt veroorzaakt.