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

Technische Samenvatting: Geïntegreerde beoordeling van zware metaalconcentraties en de huidige vervuilingsstatus van de Nworie Rivier, Zuidoost-Nigeria

Probleemstelling
De Nworie Rivier, een belangrijke zijrivier van de Otamiri Rivier in Owerri, Imo State, dient als een cruciale waterbron voor huishoudelijke, landbouw- en recreatieve doeleinden. De rivier kampt echter met aanzienlijke milieudegradatie als gevolg van snelle verstedelijking, bevolkingsgroei en antropogene activiteiten. Belangrijke stressfactoren zijn de lozing van onbehandeld rioolwater van instellingen (bijv. Federal Medical Centre, Alvan Ikoku Federal College of Education), industriële afvalstromen en huishoudelijk afval. Een specifiek punt van zorg dat in de studie wordt belicht, is de milieu-impact van recente baggeractiviteiten uitgevoerd door de regering van de staat Imo en de Niger Delta Development Commission (NDDC). Hoewel deze bedoeld zijn om eutrofiëring en sedimentatie tegen te gaan, houdt het baggerproces de verwijdering en de zijdelingse storting van sedimenten en vegetatie in, wat kan leiden tot de herophaling van verontreinigende stoffen, verzuring en de vrijgave van zware metalen in de waterkolom. Ondanks eerdere studies (Mgbudem et al., Okere et al., Umunnakwe et al.) die de kwaliteit van de rivier hebben beoordeeld, is continue monitoring vereist om dynamische veranderingen in de distributie van contaminanten, gedreven door toenemende menselijke activiteit, te volgen.

Methodologie
De studie werd uitgevoerd van januari 2022 tot januari 2023, waarbij zowel het droge als het regenseizoen werden gedekt. Watermonsters werden maandelijks verzameld van drie verschillende stations langs de benedenloop van de rivier:

1. Egbeada Bridge (Punt 1): Stroomopwaarts.
2. Umezuruike Hospital Bridge (Punt 2): Middenstrooms.
3. Akanchawa Bridge (Punt 3): Stroomafwaarts.

Monsters werden 10 cm onder het oppervlak verzameld, verzuurd met 10% salpeterzuur (HNO₃), bewaard bij 4°C en gefilterd met Whatman No. 1 papier. De analyse van zware metalen werd uitgevoerd met behulp van Atoomabsorptiespectrofotometrie (AAS volgens de USEPA-standaardmethoden), inclusief zuurontleding met geconcentreerd HNO₃ en HCl.

Om de vervuilingsstatus te evalueren, maakte de studie gebruik van enkelvoudige vervuilingsindices:

• Contaminatiefactor (Cf): Berekend als de ratio tussen de gemeten metaalconcentratie en de achtergrondconcentratie ($Cf = C_{metaal} / C_{achtergrond}$).
• Ecologische Risicofactor (Er): Berekend als het product van de toxische responsfactor ($Tr$) en de contaminatiefactor ($Er = Tr \times Cf$).
• Ecologische Risico-index (ERI): De som van individuele ecologische risicofactoren om het gecombineerde risico te beoordelen.

De gegevens werden geanalyseerd met behulp van variantie-analyse (ANOVA) en Fisher's LSD op een waarschijnlijkheidsniveau van 0,05%, waarbij gemiddelde scheidingen werden uitgevoerd via Studentized t-testen met behulp van SAS-software.

Belangrijkste Resultaten

• Zware Metaalconcentraties:
  • Lood (Pb) en IJzer (Fe): Concentraties overschreden de toegestane limieten van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en het Federal Ministry of Environment (FMEnv). De studie stelde expliciet vast dat Lood (0,05 mg/l) en IJzer (0,71 mg/l) boven de standaardwaarde lagen, een conditie die wordt toegeschreven aan de aanwezigheid van verspreid baggermateriaal langs de oevers van de rivier. Metingen tijdens het droge seizoen bij Egbeada (Punt 1) bereikten 0,082 mg/l voor Lood, en de IJzerconcentraties overschreden de limieten bij Punten 2 en 3.
  • Kwik (Hg): De studie vond dat de Kwikconcentraties de FMEnv-toegestane limiet (0,001 mg/l) op alle bemonsteringspunten in beide seizoenen overschreden. Hoewel de abstract een specifieke waarde van 0,001 mg/l samenvat, verduidelijkt de resultatensectie dat de gemeten waarden, zoals 0,021 mg/l bij Egbeada tijdens het droge seizoen, boven de standaard lagen. Bijgevolg registreerde Kwik de hoogste Contaminatiefactor (Cf) en Ecologische Risicofactor (Er) tijdens specifieke perioden en locaties, zoals 0,60 Cf en 3,52 Er bij Umezuruike en Egbada respectievelijk tijdens het droge seizoen.
  • Cadmium (Cd), Chroom (Cr) en Arseen (As): Deze metalen werden aangetroffen onder de WHO/FMEnv-standaard. Specifiek werden Cadmium (0,014 mg/l) en Chroom (0,03 mg/l) onder de standaardwaarde gevonden.
  • Nikkel (Ni): Niet gedetecteerd bij de stroomopwaartse en middenstroomse stations tijdens het droge seizoen, maar wel gedetecteerd bij het stroomafwaartse station (Punt 3) binnen de toegestane limieten.
• Vervuilingsindices:
  • Kwik registreerde consequent de hoogste Contaminatiefactor (Cf) en Ecologische Risicofactor (Er) over alle stations en seizoenen, wat de verhoogde risico's reflecteert ondanks de samenvatting in de abstract van een enkele lage waarde. Bijvoorbeeld, bij Umezuruike (Punt 2) was de Cf voor Kwik tijdens het droge seizoen 0,60.
  • Chroom vertoonde de laagste Cf- en Er-waarden.
  • Ondanks sommige lage Cf-waarden merkt de studie op dat deze indices sterk afhangen van de gekozen achtergrondconcentratie en niet geïnterpreteerd moeten worden als een volledige afwezigheid van risico.
• Temporele Trends:
  • Vergelijking met historische gegevens (2010–2019) wijst op een verslechtering van de waterkwaliteit. Kwik, Arseen en Chroom, die in eerdere studies ofwel niet gedetecteerd waren of onder de limieten lagen, werden in de huidige studie wel gedetecteerd.
  • Loodconcentraties in de huidige studie waren hoger dan gerapporteerd in eerdere studies, waarbij de abstract vermeldt dat ze boven de standaardwaarde werden gevonden.
  • IJzerconcentraties overschreden de toegestane limieten, waarbij de abstract een waarde van 0,71 mg/l aanhaalt, wat boven de standaard is.

Belangrijkste Bijdragen
De studie levert een bijgewerkte nulmeting van de concentraties zware metalen in de Nworie Rivier, waarbij specifiek aandacht wordt besteed aan de post-baggerperiode. Het kwantificeert de ruimtelijke en seizoensgebonden variaties van verontreinigende stoffen en identificeert Kwik als de stof met de hoogste ecologische risicofactoren vanwege de toxiciteit en verhoogde concentraties die de toegestane limieten overschrijden. Het onderzoek legt verbanden tussen specifieke antropogene activiteiten — met name de onjuiste verwijdering van baggermateriaal en de aanwezigheid van achtergelaten machines — en verhoogde niveaus van Lood en IJzer, die boven de standaarden bleken te liggen. Bovendien integreert het historische gegevens om een trend van dalende waterkwaliteit aan te tonen, wat wordt toegeschreven aan gebrekkig afvalbeheer en de milieueffecten van riviertechnische projecten.

Betekenis en Claims
De auteurs stellen dat de Nworie Rivier "negatief en nadelig vervuild" is, een conclusie die wordt ondersteund door fysisch-chemische parameters, indices van zware metalen en fytoplanktondistributie. De studie claimt dat de bevindingen de dringende noodzaak benadrukken voor regelmatige monitoring en de implementatie van maatregelen om contaminatiegraden en illegale afvalstort in het stroomgebied te verminderen. De auteurs benadrukken dat hoewel de rivier een vitale bron blijft, de kwaliteit ervan wordt aangetast door menselijke activiteiten, wat strikte handhaving van milieubeschermingswetten noodzakelijk maakt om willekeurige storting te voorkomen en vervuilende activiteiten (zoals werkplaatsen voor automonteurs en het gebruik van agrochemicaliën) binnen het stroomgebied van de rivier te beperken. Het artikel concludeert dat zonder interventie de ecologische functies en de publieke gezondheidsveiligheid die met de rivier verbonden zijn, zullen blijven degraderen.