Contamination of Soil and Groundwater with Toxic Heavy Metals near Lapite Dumpsite in Ibadan, Nigeria

Technische Samenvatting: Verontreiniging van bodem en grondwater met toxische zware metalen nabij de Lapite-stortplaats in Ibadan, Nigeria

Probleemstelling
Het beheer van stedelijk vast afval (MSW) in ontwikkelingslanden, in het bijzonder in Ibadan, Nigeria, vormt aanzienlijke milieuproblemen vanwege ongecontroleerde verwijderingspraktijken. De Lapite-stortplaats, een open, niet-geïsoleerde faciliteit die een snel groeiende stedelijke populatie bedient, mist adequate opvangmaatregelen. Als gevolg hiervan is er een hoog risico dat percolaat dat zware metalen bevat, door de bodemmatrix in de onderliggende aquifers en het nabijgelegen water uit residentiële putten sijpelt. Hoewel eerdere studies verontreiniging met zware metalen in dergelijke omgevingen hebben geïdentificeerd, was er een behoefte om de specifieke impact van verbrandingsprocessen en langdurige accumulatie op zowel bodemprofielen (op verschillende diepten) als de kwaliteit van het grondwater over een periode van tien jaar te beoordelen.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een vergelijkende analyse van bodem- en watermonsters verzameld bij de Lapite-stortplaats en een controlemateriaal (een botanische tuin met ongerepte grond).

• Tijdslijn van monsterneming: Gegevens werden verzameld in mei 2010 en opnieuw bezocht in juli 2020 om temporele veranderingen in metaalconcentraties te evalueren.
• Bodemmonsterneming: Tien willekeurige locaties op de stortplaats werden bemonsterd op drie dieptes (0–15 cm, 15–30 cm en 30–45 cm) met behulp van een bodemboor. Controlesamples werden genomen van twee locaties in de botanische tuin.
• Watermonsterneming: Putwater werd verzameld uit acht huishoudens in de nabijheid van de stortplaats.
• Analytische procedures:
  • Fysisch-chemisch: De bodem-pH werd electrometrisch gemeten en de deeltjesgrootteverdeling werd bepaod via de Bouyoucos-hydrometer methode.
  • Digestie: Bodemmonsters werden gedigesteerd met HNO3-HCl (1:3, v/v) volgens de US EPA-methode 3050B. Watermonsters werden gedigesteerd met geconcentreerd salpeterzuur.
  • Kwantificering: Concentraties van Chroom (Cr), Cadmium (Cd), Lood (Pb), Nikkel (Ni), Zink (Zn), Koper (Cu) en Mangaan (Mn) werden geanalyseerd met een Shimadsu AA-6200 vlam-atomaire absorptiespectrofotometer.
  • Statistische analyse: Beschrijvende statistiek (gemiddelde ± SD) en Pearson's correlatiecoëfficiënten werden gebruikt om relaties tussen metaalgehalten in de bodem en het water vast te stellen. De Geoaccumulatie-index ($I_{geo}$) werd berekend om vervuilingsniveaus te kwantificeren.

Belangrijkste Resultaten

• Bodemkenmerken: De bodem bij de Lapite-stortplaats is overwegend zandig (73,2–87,2%), wat de capaciteit om opgeloste verontreinigingen vast te houden vermindert in vergelijking met kleirijke bodems. De bodem-pH varieerde van 6,0 tot 6,5, wat wijst op zure condities vergelijkbaar met de controlemateriaal.
• Zware metaalconcentraties in de bodem (2020):
  • De studie vond verhoogde niveaus van zware metalen in de bodem van de stortplaats vergeleken met de controlemateriaal. De concentratietrend was Mn > Zn > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd.
  • Specifieke gemiddelde concentraties voor 2020 waren: Mn (1580 ± 21 µg/g), Zn (1520 ± 10 µg/g), Cu (710 ± 12 µg/g), Pb (120 ± 5 µg/g), Cr (30,1 ± 4,3 µg/g), Ni (28,4 ± 3,6 µg/g) en Cd (2,14 ± 1,1 µg/g).
  • Temporele trends: Over de tienjarige periode namen de metaalgehalten in wisselende mate toe: Cr (19,4%), Cd (50,7%), Pb (7,5%), Ni (18,8%), Zn (1,33%) en Mn (3,0%).
  • Diepteverdeling: Over het algemeen waren de metaalconcentraties het hoogst in de toplaag (0–15 cm) en vertoonden ze complexe variaties met de diepte, hoewel sommige metalen (Cr, Pb, Ni) in 2010 hogere concentraties vertoonden op 15–30 cm, mogelijk door biologische menging (activiteit van larven/rupsen) of uitloogpatronen.
• Grondwaterverontreiniging:
  • Watermonsters uit putten nabij de stortplaats bevatten verhoogde concentraties Cr, Pb, Ni, Zn, Cu en Mn, die de richtlijnen van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) overschrijden.
  • Cadmium was het enige metaal onder de detectiegrens (0,001 µg/mL) in de watermonsters.
  • Er werd een significante positieve correlatie waargenomen tussen de metaalgehalten in de bodem en de overeenkomstige niveaus in het putwater voor de meeste metalen, met uitzondering van Lood (Pb).
• Indexering van vervuiling: De Geoaccumulatie-index ($I_{geo}$) gaf aan dat de bodem "zeer verontreinigd" was met Zink en Koper, "matig verontreinigd" met Cadmium en Lood, en "onverontreinigd tot matig verontreinigd" met Mangaan.

Betekenis en Claims
Het artikel stelt dat de Lapite-stortplaats een bevestigde bron is van zware metaalverontreiniging die zowel het lokale bodemprofiel als het grondwater beïnvloedt. De studie benadrukt dat de ongecontroleerde verbranding van afval en het gebrek aan opvang bij de stortplaats hebben geleid tot het uitlogen van toxische metalen in aquifers.

De auteurs concluderen dat het voortgezette gebruik van de stortplaats zonder goed beheer schadelijke effecten heeft op de menselijke gezondheid en het milieu. Specifiek maakt de verontreiniging van het grondwater het onhygiënisch voor consumptiedoeleinden. Het onderzoek onderstreept de dringende noodzaak van toezicht rondom stortplaatsen in ontwikkelingslanden om de overdracht van zware metalen van de bodem naar het water en vervolgens naar het menselijk systeem door ingestie te voorkomen. De bevindingen dienen als een cruciale baseline voor het begrijpen van de langdurige milieuverslechtering veroorzaakt door onbeheerd vast afval in Ibadan.