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

기술 요약: 나이지리아 동남부 누오리 강의 중금속 농도 및 현재 오염 상태에 대한 통합 평가

문제 제기
이모 주 오웨리시의 오타미리 강의 주요 지류인 누오리 강은 가정용, 농업용 및 레크리에이션 목적으로 사용되는 중요한 수자원이다. 그러나 이 강은 급격한 도시화, 인구 증가 및 인위적 활동으로 인해 심각한 환경 저하에 직면해 있다. 주요 스트레스 요인으로는 기관(예: 연방 의료 센터, 알반 이코쿠 연방 교육 대학)에서 배출되는 미처리 하수, 산업 폐수, 생활 폐수 등이 있다. 본 연구에서 강조된 구체적인 우려 사항은 이모 주 정부와 니제르 델타 개발 위원회(NDDC)가 실시한 최근의 준설 작업의 환경적 영향이다. 준설 작업은 부영양화와 퇴적을 완화하기 위한 목적이지만, 준설 과정에서 퇴적물과 식생을 제거하고 강둑에 배치하는 과정이 포함되며, 이는 오염 물질의 재부유, 산성화 및 수계로의 중금속 방출을 초연할 수 있다. 강 수질을 평가한 기존 연구들(Mgbudem 등, Okere 등, Umunnakwe 등)에도 불구하고, 증가하는 인간 활동에 의해 주도되는 오염물질 분포의 역동적인 변화를 추적하기 위해 지속적인 모니터링이 필요하다.

연구 방법
본 연구는 2022년 1월부터 2023년 1월까지 건기와 우기를 모두 포함하여 수행되었다. 수질 샘플은 하류 지역의 세 지점에서 매월 수집되었다:

1. 에그베아다 브리지 (지점 1): 상류.
2. 우메주리이케 병원 브리지 (지점 2): 중류.
3. 아칸차와 브리지 (지점 3): 하류.

샘플은 표면 아래 10cm 지점에서 채취되었으며, 10% 질산(HNO₃)으로 산성화한 후 4°C에서 보존되었고, Whatman No. 1 종이로 여과되었다. 중금속 분석은 농축된 HNO₃와 HCl을 이용한 산 분해 과정을 포함하는 USEPA 표준 방법을 따라 원자 흡수 분광 광도법(AAS)으로 수행되었다.

오염 상태를 평가하기 위해 본 연구는 단일 오염 지수를 사용하였다:

• 오염 계수 (Cf): 측정된 금속 농도와 배경 농도의 비율로 계산된다 ($Cf = C_{metal} / C_{background}$).
• 생태학적 위험 계수 (Er): 독성 반응 계수($Tr$)와 오염 계수의 곱으로 계산된다 ($Er = Tr \times Cf$).
• 생태학적 위험 지수 (ERI): 결합된 위험을 평가하기 위해 개별 생태학적 위험 계수의 합을 구한다.

데이터는 ANOVA 및 Fisher's LSD를 사용하여 분석되었으며, 평균 분리는 SAS 소프트웨어를 통한 Studentized t-test를 통해 수행되었다.

주요 결과

• 중금속 농도:
  • 납(Pb) 및 철(Fe): 농도가 세계보건기구(WHO) 및 연방 환경부(FMEnv)의 허용 한도를 초과했다. 본 연구는 특히 납(0.05 mg/l)과 철(0.71 mg/l)이 기준치를 초과했음을 명시적으로 밝혔으며, 이는 강둑을 따라 발견된 준설 자재의 방치된 상태 때문인 것으로 분석되었다. 건기 에그베아다(지점 1)에서의 납 농도는 0.082 mg/l에 달했으며, 철 농도는 지점 2와 3에서 기준치를 초과했다.
  • 수은(Hg): 본 연구에서는 모든 샘랩 지점에서 건기와 우기 모두 FMEnv 허용 한도(0.001 mg/l)를 초과하는 수은 농도를 발견했다. 초록에서는 특정 값인 0.001 mg/l를 요약하고 있으나, 결과 섹션에서는 건기 에그베아다에서의 0.021 mg/l와 같은 측정값이 기준치를 상회함을 명확히 하고 있다. 결과적으로 수은은 특정 시기와 장소(예: 건기 우메주리이케 지점의 0.60 Cf 및 에그베아다의 3.52 Er)에서 가장 높은 오염 계수(Cf)와 생태학적 위험 계수(Er)를 기록했다.
  • 카드뮴(Cd), 크로뮴(Cr) 및 비소(As): 이 금속들은 WHO/FMEnv 기준보다 낮게 나타났다. 구체적으로 카드뮴(0.014 mg/l)과 크로뮴(0.03 mg/l)은 기준치 미만으로 조사되었다.
  • 니켈(Ni): 건기 동안 상류 및 중류 지점에서는 검출되지 않았으나, 하류 지점(지점 3)에서는 허용 범위 내에서 검출되었다.
• 오염 지수:
  • 수은은 낮은 수치를 보인 지점들과 상관없이 모든 지점과 계절에서 일관되게 가장 높은 오염 계수(Cf)와 생태학적 위험 계수(Er)를 기록하였으며, 이는 낮은 수치를 요약한 초록의 내용에도 불구하고 높은 독성과 농도를 반영한다. 예를 들어, 우메주리이케(지점 2)의 건기 수은 Cf는 0.60이었다.
  • 크로뮴은 가장 낮은 Cf 및 Er 값을 나타냈다.
  • 일부 낮은 Cf 값에도 불구하고, 본 연구는 이러한 지수가 선택된 배경 농도에 크게 의존하며, 이를 위험의 완전한 부재로 해석해서는 안 된다고 언급한다.
• 시간적 추세:
  • 과거 데이터(2010–2019)와의 비교를 통해 수질 악화가 확인되었다. 이전 연구에서는 검출되지 않았거나 기준치 미만이었던 수은, 비소, 크로뮴이 본 연구에서는 검출되었다.
  • 본 연구의 납 농도는 이전 연구에서 보고된 것보다 높았으며, 초록에서는 납이 기준치를 초과했다고 언급했다.
  • 철 농도는 허용 한도를 초과했으며, 초록에서는 0.71 mg/l라는 값을 인용하며 이것이 기준치 이상임을 밝혔다.

주요 기여
본 연구는 준설 이후의 시점을 다루며 누오리 강의 중금속 농도에 대한 업데이트된 기초 자료(baseline)를 제공한다. 연구는 오염물질의 공간적, 계절적 변화를 정량화하여, 독성과 높은 농도로 인해 가장 높은 생태학적 위험 요인을 가진 수은을 식별하였다. 또한, 본 연구는 준설 자재의 부적절한 처리 및 방치된 기계류와 높은 수준의 납 및 철 농도 사이의 연관성을 규명하였다. 본 연구는 역사적 데이터를 통합하여 수질 저하 추세를 입증하였으며, 이를 부적절한 폐기물 관리와 하천 공학 프로젝트의 환경적 부작ผล에 기인한 것으로 설명하였다.

의의 및 주장
저자들은 물리화학적 파라미터, 중금속 지수 및 식물 플랑크톤 분포를 근거로 누오리 강이 "부정적으로 악화되어 오염되었다"고 단언한다. 본 연구는 이러한 결과가 오염률을 줄이기 위한 조치와 불법 폐기물 투기를 방지하기 위한 정기적인 모니터링의 시급성을 강조한다고 주장한다. 저자들은 강이 여전히 중요한 자원이지만, 인간의 활동으로 인해 그 질이 훼st되고 있음을 강조하며, 무분별한 투기를 방지하고 (정비소 및 농약 사용과 같은) 오염 활동을 제한하기 위해 환경 보호법의 엄격한 집행이 필요하다고 강조한다. 논문은 개입이 없다면 강의 생태적 기능과 공중 보건 안전이 계속해서 저하될 것이라고 결론짓는다.