Integrated Assessment of Heavy Metal Concentrations and Current Pollution Status: A case study of Nworie River, Southeastern Nigeria

Resumen Técnico: Evaluación Integrada de las Concentraciones de Metales Pesados y el Estado Actual de la Contaminación del Río Nworie, Sureste de Nigeria

Planteamiento del Problema
El río Nworie, un importante tributario del río Otamiri en Owerri, estado de Imo, sirve como una fuente de agua crítica para fines domésticos, agrícolas y recreativos. Sin embargo, el río enfrenta una degradación ambiental significativa debido a la rápida urbanización, el crecimiento de la población y las actividades antropogénicas. Los estresores clave incluyen la descarga de aguas residuales sin tratar de instituciones (por ejemplo, el Centro Médico Federal, el Colegio Federal de Educación Alvan Ikoku), efluentes industriales y desechos domésticos. Una preocupación específica destacada en el estudio es el impacto ambiental de las recientes actividades de dragado realizadas por el Gobierno del Estado de Imo y la Comisión de Desarrollo del Delta del Níger (NDDC). Si bien estas tienen como objetivo mitigar la eutrofización y la sedimentación, el proceso de dragado implica la remoción y disposición en las márgenes de los sedimentos y la vegetación, lo que puede conducir a la resuspensión de contaminantes, la acidificación y la liberación de metales pesados en la columna de agua. A pesar de estudios previos (Mgbudem et al., Okere et al., Umunnakwe et al.) que evaluaron la calidad del río, se requiere un monitoreo continuo para rastrear los cambios dinámicos en la distribución de contaminantes impulsados por el aumento de la actividad humana.

Metodología
El estudio se llevó a cabo desde enero de 2022 hasta enero de 2023, cubriendo tanto la estación seca como la lluviosa. Se recolectaron muestras de agua mensualmente en tres estaciones distintas a lo largo del curso bajo del río:

1. Puente de Egbeada (Punto 1): Aguas arriba.
2. Puente del Hospital Umezuruike (Punto 2): Aguas medias.
3. Puente de Akanchawa (Punto 3): Aguas abajo.

Las muestras se recolectaron a 10 cm por debajo de la superficie, se acidificaron con ácido nítrico (HNO₃) al 10%, se preservaron a 4 °C y se filtraron utilizando papel Whatman No. 1. El análisis de metales pesados se realizó mediante Espectrofotometría de Absorción Atómica (AAS) siguiendo los métodos estándar de la USEPA, que incluyen la digestión ácida con HNO₃ y HCl concentrados.

Para evaluar el estado de la contaminación, el estudio empleó índices de contaminación individuales:

• Factor de Contaminación (Cf): Calculado como la relación entre la concentración medida del metal y la concentración de fondo ($Cf = C_{metal} / C_{fondo}$).
• Factor de Riesgo Ecológico (Er): Calculado como el producto del factor de respuesta tóxica ($Tr$) y el factor de contaminación ($Er = Tr \times Cf$).
• Índice de Riesgo Ecológico (ERI): La suma de los factores de riesgo ecológico individuales para evaluar el riesgo combinado.

Los datos se analizaron mediante ANOVA y la prueba LSD de Fisher a un nivel de probabilidad del 0.05%, realizando las separaciones de medias mediante pruebas t de Student a través del software SAS.

Resultos Clave

• Concentraciones de Metales Pesados:
  • Plomo (Pb) y Hierro (Fe): Las concentraciones excedieron los límites permisibles de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y del Ministerio Federal de Medio Ambiente (FMEnv). El estudio encontró explícitamente que el Plomo (0.05 mg/l) y el Hierro (0.71 mg/l) están por encima del valor estándar, una condición atribuida a la presencia de escombros de material de dragado hallados a lo largo de las márgenes del río. Las mediciones de la estación seca en Egbeada (Punto 1) alcanzaron 0.082 mg/l para el Plomo, y las concentraciones de Hierro excedieron los límites en los Puntos 2 y 3.
  • Mercurio (Hg): El estudio encontró que las concentraciones de Mercurio excedieron el límite permisible de la FMEnv (0.001 mg/l) en todos los puntos de muestreo en ambas estaciones. Mientras que el resumen sintetiza un valor específico de 0.001 mg/l, la sección de resultados aclara que los valores medidos, como 0.021 mg/l en Egbeada durante la estación seca, estuvieron por encima del estándar. En consecuencia, el Mercurio registró el Factor de Contaminación (Cf) y el Factor de Riesgo Ecológico (Er) más altos durante períodos y ubicaciones específicas, como 0.60 Cf y 3.52 Er en Umezuruike y Egbada respectivamente durante la estación seca.
  • Cadmio (Cd), Cromo (Cr) y Arsénico (As): Estos metales se encontraron por debajo del estándar de la OMS/FMEnv. Específicamente, el Cadmio (0.014 mg/l) y el Cromo (0.03 mg/l) se encontraron por debajo del valor estándar.
  • Níquel (Ni): No fue detectado en las estaciones de aguas arriba y aguas medias durante la estación seca, pero fue detectado en la estación de aguas abajo (Punto 3) dentro de los límites permisibles.
• Índices de Contaminación:
  • El Mercurio registró consistentemente los Factores de Contaminación (Cf) y de Riesgo Ecológico (Er) más altos en todas las estaciones y estaciones, reflejando su elevado riesgo a pesar de que el resumen presenta un único valor bajo. Por ejemplo, en Umezuruike (Punto 2), el Cf de la estación seca para el Mercurio fue de 0.60.
  • El Cromo exhibió los valores de Cf y Er más bajos.
  • A pesar de algunos valores bajos de Cf, el estudio señala que estos índices dependen fuertemente de la concentración de fondo seleccionada y no deben interpretarse como una ausencia total de riesgo.
• Tendencias Temporales:
  • La comparación con datos históricos (2010–2019) indica un deterioro en la calidad del agua. El Mercurio, el Arsénico y el Cromo, que no fueron detectados o estaban por debajo de los límites en estudios previos, fueron detectados en el presente estudio.
  • Las concentraciones de Plomo en el presente estudio fueron mayores que las reportadas en estudios previos, señalando el resumen que se encontraron por encima del valor estándar.
  • Las concentraciones de Hierro excedieron los límites permisibles, citando el resumen un valor de 0.71 mg/l, el cual está por encima del estándar.

Contribuciones Clave
El estudio proporciona una línea base actualizada de las concentraciones de metales pesados en el río Nworie, abordando específicamente el período post-dragado. Cuantifica las variaciones espaciales y estacionales de los contaminantes, identificando al Mercurio como aquel con los factores de riesgo ecológico más altos debido a su toxicidad y concentraciones elevadas que exceden los límites permisibles. La investigación vincula actividades antropogénicas específicas —particularmente la disposición inadecuada de materiales dragados y la presencia de maquinaria abandonada— con los niveles elevados de Plomo y Hierro, que se encontraron por encima de los estándares. Además, integra datos históricos para demostrar una tendencia de declive en la calidad del agua, atribuyéndolo a una gestión inadecuada de residuos y a los efectos ambientales secundarios de los proyectos de ingeniería fluvial.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que el río Nworie está "negativamente contaminado de forma adversa", una conclusión respaldada por los parámetros fisicoquímicos, los índices de metales pesados y la distribución del fitoplancton. El estudio sostiene que los hallazgos resaltan la necesidad urgente de un monitoreo regular y la implementación de medidas para reducir las tasas de contaminación y el vertido ilegal de desechos en la cuenca. Los autores enfatizan que, si bien el río sigue siendo un recurso vital, su calidad se ve comprometida por las actividades humanas, lo que requiere una aplicación estricta de las leyes de protección ambiental para prevenir el vertido indiscriminado y restringir las actividades contaminantes (como los talleres mecánicos y el uso de agroquímicos) dentro del área de captación del río. El documento concluye que, sin intervención, las funciones ecológicas y la seguridad de la salud pública asociadas con el río continuarán degradándose.