Source Apportionment and Toxicological Risk of Potentially Toxic Elements in River Osun Ecosystem Within Ilesha Gold Belt

Technische Samenvatting: Brontoewijzing en Toxicologische Risico's van Potentieel Toxische Elementen in het Rivier-Osun-ecosysteem binnen de Ilesha-goudbelt

Probleemstelling
De studie behandelt de milieu- en volksgezondheidsrisico's die verband houden met potentieel toxische elementen (PTE's) in het rivier-Osun-ecosysteem, specifiek binnen de Ilesha-goudbelt in de staat Osun, Nigeria. Goudmijnactiviteiten, in het bijzonder artisanale operaties, worden geïdentificeerd als significante bronnen van zware metaalverontreiniging die in water en sediment vrijkomen door industriële processen, smelting en onjuiste afvalverwerking. Het onderzoek richt zich op het karakteriseren van de fysisch-chemische parameters en metaalconcentraties in deze matrices om de ecologische risico's en de potentiële gevaren voor de menselijke gezondheid te evalueren die voortvloeien uit langdurige blootstelling, specifiek door ingestie.

Methodologie
Het onderzoek maakte gebruik van een veelzijdige aanpak bestaande uit veldmonstername, laboratoriumanalyse en statistische modellering:

• Monstername: Water- en sedimentmonsters werden verzameld in september 2024 op vier verschillende locaties binnen de goudbelt: twee locaties nabij Ora (ORS1 en ORS2), één bij Oke-Ibode (OKS) en één bij Osogbo (OSS). Sediment werd verzameld van een diepte van 0–25 cm met behulp van een Ekman-grab.
• Fysisch-chemische Analyse: In-situ metingen voor pH, opgeloste zuurstof, totaal opgeloste vaste stoffen, elektrische geleidbaarheid en totale hardheid werden uitgevoerd met een multi-parameter sonde.
• Monsterpreparatie en Digestie: Watermonsters werden gedigesteerd met geconcentreerd salpeterzuur (HNO₃) en zoutzuur (HCl) bij 90°C. Sedimentmonsters werden aan de lucht gedroogd, gezeefd (2 mm) en geëxtraheerd met een mengsel van HCl, HNO₃ en fosforzuur (H₃PO₄).
• Instrumentele Analyse: Concentraties van zware metalen werden gekwantificeerd met behulp van Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) met een Agilent 720-ES systeem.
• Statistische en Risicoanalyse:
  • Brontoewijzing: Principal Component Analysis (PCA) met varimax-rotatie werd gebruikt om patronen te identificeren, elementen met vergelijkbare geochemische trends te groeperen en onderscheid te maken tussen natuurlijke geologische processen en antropogene inputs.
  • Ecologisch Risico: De Potential Ecological Risk Index (ERI) werd berekend op basis van contaminatiefactoren en toxische responsfactoren (Hakanson, 1980).
  • Risico voor de Menselijke Gezondheid: Een niet-carcinogene risicoanalyse werd uitgevoerd met behulp van modellen van de United States Environmental Protection Agency (USEPA, 2011). Dit omvatte het berekenen van de Chronische Dagelijkse Inname (CDI) en de Hazard Quotient (HQ) voor volwassen blootstelling via ingestie.

Belangrijkste Resultaten

• Metaalconcentraties:
  • Water: Significante variaties werden waargenomen over de locaties. ORW1 vertoonde opvallend hogere concentraties van Kalium (2,59 mg/L), Calcium (3,59 mg/L), Barium (4,59 mg/L) en Vanadium (5,59 mg/L) vergeleken met andere locaties. IJzer (Fe) en Mangaan (Mn) niveaus varieerden ook, waarbij ORW1 de hoogste Fe-concentratie (1,30 mg/L) vertoonde.
  • Sediment: De ORS1-locatie vertoonde de hoogste gemiddelde concentraties voor verschillende elementen, waaronder Natrium (4,92 mg/kg), Magnesium (7,48 mg/kg) en Aluminium (1077,82 mg/kg). ORS2 vertoonde verhoogde niveaus van Zilver (8,88 mg/kg) en Cadmium (0,38 mg/kg).
• Brontoewijzing (PCA): Drie hoofdcomponenten werden geïdentificeerd.
  • Component 1 verklaarde het merendeel van de variantie en groepeerde elementen zoals Na, Mg, K, Ba, V, Fe, Ni, Cu, Al, Se, Th en U, wat wijst op een gemeenschappelijke geochemische of mineralogische oorsprong.
  • Component 2 benadrukte variaties in overgangsmetalen en calciumrijke verbindingen (Ca, Mn, Fe, Co, Pb, Cd).
  • Component 3 werd gekenmerkt door Cr, Ag, Cd en Th, wat duidt op specifieke sporenmetaalverdelingen die mogelijk gelinkt zijn aan industriële of milieufactoren. Zilver (Ag) werd geïdentificeerd als een uitschieter die anders gedrag vertoonde dan de gegroepeerde elementen.
• Ecologisch Risico: De Ecological Risk Index (ERI) gaf aan dat Cadmium (Cd) en Lood (Pb) significante ecologische risico's vormden, met name in sedimentmonsters.
• Risico voor de Menselijke Gezondheid:
  • De Hazard Quotient (HQ) analyse onthulde dat Cadmium (Cd), Lood (Pb) en Nikkel (Ni) significante risico's vormden door langdurige ingestie.
  • Specifieke HQ-waarden voor sedimentingestie overschreden de eenheid voor verschillende elementen, waaronder Kobalt (Co: 1,789), Nikkel (Ni: 1,897), Koper (Cu: 1,765), Zink (Zn: 1,876) en Uranium (U: 1,548), wat wijst op potentiële niet-carcinogene gezondheidsrisico's voor volwassenen die aan deze sedimenten worden blootgesteld.

Significantie en Claims
Deze studie stelt vast dat de concentraties zware metalen in het water en sediment van de Ilesha-goudbelt variërende niveaus van verontreiniging vertonen, waarbij specifieke locaties (met name ORS1 en ORS2) tekenen vertonen van significante tot extreme verontreiniging. De auteurs concluderen dat de waargenomen elementaire variaties worden gedreven door een combinatie van mijnbouwactiviteiten en natuurlijke geologische processen.

De primaire significantie van het werk ligt in de identificatie van specifieke toxicologische risico's. De bevindingen suggereren dat regelgevende maatregelen noodzakelijk zijn in regio's waar mijnbouwactiviteiten plaatsvinden om de volksgezondheid te beschermen. Het artikel roept expliciet op tot continue monitoring van zware metaalconcentraties om milieurisico's te beperken en de waterkwaliteit te waarborgen. Bovendien pleit het voor de adoptie van duurzame mijnbouwmethoden en passende afvalbeheersingsstrategieën om de verontreinigingsniveaus die geassocieerd worden met de goudmijnactiviteiten in de regio te verminderen. De studie stelt geen nieuwe experimentele protocollen of toekomstige toepassingen voor buiten deze regelgevende en beheeradviezen.