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

Sintesi Tecnica: Valutazione Integrata delle Concentrazioni di Metalli Pesanti e dello Stato di Inquinamento Attuale del Fiume Nworie, Sud-est della Nigeria

Problematica
Il fiume Nworie, un importante affluente del fiume Otamiri a Owerri, nello Stato di Imo, funge da fonte idrica critica per scopi domestici, agricoli e ricreativi. Tuttavia, il fiume affronta un significativo degrado ambientale dovuto alla rapida urbanizzazione, alla crescita demografica e alle attività antropiche. Gli stressor chiave includono lo scarico di acque reflue non trattate da parte di istituzioni (ad es. Federal Medical Centre, Alvan Ikoku Federal College of Education), effluenti industriali e rifiuti domestici. Una preoccupazione specifica evidenziata dallo studio è l'impatto ambientale delle recenti attività di dragaggio condotte dal Governo dello Stato di Imo e dalla Niger Delta Development Commission (NDDC). Sebbene tali attività siano volte a mitigare l'eutrofizzazione e la sedimentazione, il processo di dragaggio comporta la rimozione e lo smaltimento sui bordi di sedimenti e vegetazione, il che può portare alla risospensione degli inquinanti, all'acidificazione e al rilascio di metalli pesanti nella colonna d'acqua. Nonostante studi precedenti (Mgbudem et al., Okere et al., Umunnakwe et al.) abbiano valutato la qualità del fiume, è necessario un monitoraggio continuo per tracciare i cambiamenti dinamici nella distribuzione dei contaminanti guidati dal crescente impegno umano.

Metodologia
Lo studio è stato condotto da gennaio 2022 a gennaio 2023, coprendo sia la stagione secca che quella delle piogge. I campioni d'acqua sono stati raccolti mensilmente da tre stazioni distinte lungo il corso inferiore del fiume:

1. Ponte di Egbeada (Punto 1): Monte.
2. Ponte dell'Ospedale Umezuruike (Punto 2): Mezzo corso.
3. Ponte di Akanchawa (Punto 3): Valle.

I campioni sono stati raccolti a 10 cm sotto la superficie, acidificati con acido nitrico (HNO₃) al 10%, conservati a 4°C e filtrati utilizzando carta Whatman n. 1. L'analisi dei metalli pesanti è stata eseguita tramite Spettrofotometria di Assorbimento Atomico (AAS) seguendo i metodi standard USEPA, che prevedono la digestione acida con concentrato di HNO₃ e HCl.

Per valutare lo stato di inquinamento, lo studio ha impiegato indici di inquinamento singolo:

• Fattore di Contaminazione (Cf): Calcolato come il rapporto tra la concentrazione misurata del metallo e la concentrazione di fondo ($Cf = C_{metallo} / C_{fondo}$).
• Fattore di Rischio Ecologico (Er): Calcolato come il prodotto del fattore di risposta tossica ($Tr$) e del fattore di contaminazione ($Er = Tr \times Cf$).
• Indice di Rischio Ecologico (ERI): La somma dei singoli fattori di rischio ecologico per valutare il rischio combinato.

I dati sono stati analizzati mediante ANOVA e Fisher's LSD con un livello di probabilità dello 0,05%, con separazioni delle medie effettuate tramite t-test di Student via software SAS.

Risultati Chiave

• Concentrazioni di Metalli Pesanti:
  • Piombo (Pb) e Ferro (Fe): Le concentrazioni hanno superato i limiti consentiti dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) e dal Ministero Federale dell'Ambiente (FMEnv). Lo studio ha esplicitamente rilevato che il Piombo (0,05 mg/l) e il Ferro (0,71 mg/l) sono sopra il valore standard, una condizione attribuita alla presenza di materiale di dragaggio accumulato lungo le rive del fiume. Le misurazioni della stagione secca ad Egbeada (Punto 1) hanno raggiunto 0,082 mg/l per il Piombo, e le concentrazioni di Ferro hanno superato i limiti nei Punti 2 e 3.
  • Mercurio (Hg): Lo studio ha rilevato che le concentrazioni di Mercurio hanno superato il limite consentito dal FMEnv (0,001 mg/l) in tutti i punti di campionamento in entrambe le stagioni. Sebbene l'abstract riassuma un valore specifico di 0,001 mg/l, la sezione dei risultati chiarisce che i valori misurati, come 0,021 mg/l a Egbeada durante la stagione secca, erano superiori allo standard. Di conseguenza, il Mercurio ha registrato il più alto Fattore di Contaminazione (Cf) e il più alto Fattore di Rischio Ecologico (Er) durante periodi e località specifiche, come 0,60 Cf e 3,52 Er a Umezuruike e Egbada rispettivamente durante la stagione secca.
  • Cadmio (Cd), Cromo (Cr) e Arsenico (As): Questi metalli sono risultati al di sotto dello standard OMS/FMEnv. Nello specifico, il Cadmio (0,014 mg/l) e il Cromo (0,03 mg/l) sono stati trovati al di sotto del valore standard.
  • Nichel (Ni): Non rilevato nelle stazioni di monte e di mezzo corso durante la stagione secca, ma rilevato nella stazione a valle (Punto 3) entro i limiti consentiti.
• Indici di Inquinamento:
  • Il Mercurio ha costantemente registrato i valori più elevati di Fattore di Contaminazione (Cf) e Fattore di Rischio Ecologico (Er) in tutte le stazioni e stagioni, riflettendo il suo elevato rischio nonostante il riassunto dell'abstract riporti un singolo valore basso. Ad esempio, a Umezuruike (Punto 2), il Cf della stagione secca per il Mercurio era 0,60.
  • Il Cromo ha mostrato i valori di Cf ed Er più bassi.
  • Nonostante alcuni valori di Cf bassi, lo studio nota che tali indici dipendono fortemente dalla concentrazione di fondo selezionata e non devono essere interpretati come una completa assenza di rischio.
• Tendenze Temporali:
  • Il confronto con i dati storici (2010–2019) indica un deterioramento della qualità dell'acqua. Mercurio, Arsenico e Cromo, che erano non rilevati o sotto i limiti negli studi precedenti, sono stati rilevati nello studio attuale.
  • Le concentrazioni di Piombo in questo studio sono state superiori a quelle riportate negli studi precedenti, con l'abstract che nota come siano state trovate sopra il valore standard.
  • Le concentrazioni di Ferro hanno superato i limiti consentiti, con l'abstract che cita un valore di 0,71 mg/l, superiore allo standard.

Contributi Chiave
Lo studio fornisce una base aggiornata delle concentrazioni di metalli pesanti nel fiume Nworie, affrontando specificamente il periodo post-dragaggio. Quantifica le variazioni spaziali e stagionali degli inquinanti, identificando il Mercurio come il elemento con i più alti fattori di rischio ecologico a causa della sua tossicità e delle concentrazioni elevate che superano i limiti consentiti. La ricerca collega specifiche attività antropiche — in particolare lo smaltimento improprio dei materiali di dragaggio e la presenza di macchinari abbandonati — ai livelli elevati di Piombo e Ferro, che sono risultati superiori agli standard. Inoltre, integra i dati storici per dimostrare una tendenza al declino della qualità dell'acqua, attribuendola a una gestione inadeguata dei rifiuti e agli effetti ambientali collaterali dei progetti di ingegneria fluviale.

Significatività e Rivendicazioni
Gli autori affermano che il fiume Nworie è "negativamente e avversamente inquinato", una conclusione supportata dai parametri fisico-chimici, dagli indici dei metalli pesanti e dalla distribuzione del fitoplancton. Lo studio sostiene che i risultati evidenziano l'urgenza di un monitoraggio regolare e dell'implementazione di misure per ridurre i tassi di contaminazione e lo scarico illegale di rifiuti nel bacino idrografico. Gli autori sottolineano che, sebbene il fiume rimanga una risorsa vitale, la sua qualità è compromessa dalle attività umane, rendendo necessaria una stretta applicazione delle leggi di protezione ambientale per prevenire lo smaltimento indiscriminato e per limitare le attività inquinanti (come gli officine meccaniche e l'uso di agrochimici) all'interno del bacino idrografico del fiume. Il documento conclude che, senza intervento, le funzioni ecologiche e la sicurezza della salute pubblica associate al fiume continueranno a degradarsi.