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

技术摘要：尼日利亚伊巴丹 Lapite 垃圾填埋场附近土壤与地下水的重金属污染

问题陈述
发展中国家（特别是尼日利亚伊巴丹）的城市固体废物（MSW）管理在环境方面面临着重大挑战，这主要归因于不受控制的处置方式。Lapite 垃圾填埋场是一个开放式、无衬垫的设施，服务于快速增长的城市人口，缺乏足够的围护措施。因此，含有毒重金属的渗滤液通过土壤基质渗透到地下含水层及附近住宅井水的风险极高。虽然之前的研究已经确定了此类环境中的重金属污染，但仍需评估燃烧过程和长期积累对不同深度土壤剖面及地下水质量的具体影响，并进行十年的监测。

研究方法
本研究采用了对比分析法，对来自 Lapite 垃圾填埋场和对照点（植物园的处女地）的土壤和水样进行了研究。

• 采样时间线： 数据收集于 2010 年 5 月，并在 2020 年 7 月再次采集，以评估金属浓度的随时间的变化。
• 土壤采样： 在垃圾填埋场随机选取了 10 个位置，使用土壤钻杆在三个深度（0–15 cm、15–30 cm 和 30–45 cm）进行采样。对照样本取自植物园的两个位置。
• 水样采集： 从靠近垃圾填埋场的 8 户家庭采集了井水。
• 分析程序：
  • 理化性质： 使用电极法测量土壤 pH 值，并通过 Bouyoucos 沉降法测定颗粒级配。
  • 消解： 土壤样本按照 US EPA 方法 3050B 使用 HNO3-HCl (1:3, v/v) 进行消解。水样使用浓硝酸进行消解。
  • 定量分析： 使用 Shimadsu AA-6200 火焰原子吸收分光光度计对铬 (Cr)、镉 (Cd)、铅 (Pb)、镍 (Ni)、锌 (Zn)、铜 (Cu) 和锰 (Mn) 的浓度进行分析。
  • 统计分析： 使用描述性统计（平均值 ± 标准差）和皮尔逊相关系数来建立土壤与水水平之间的关系。计算了地球累积指数 ($I_{geo}$) 以量化污染程度。

关键结果

• 土壤特征： Lapite 垃圾填明场的土壤主要为沙质（73.2–87.2%），与富粘土土壤相比，其保持溶解污染物的能力较低。土壤 pH 值在 6.0 至 6.5 之间，呈现出与对照点相似的酸性条件。
• 土壤重金属浓度（2020 年）：
  • 研究发现，与对照点相比，垃圾填埋场土壤中的重金属水平升高。浓度趋势为 Mn > Zn > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd。
  • 2020 年的具体平均浓度包括：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) 以及 Cd (2.14 ± 1.1 µg/g)。
  • 时间趋势： 在十年期间，金属水平呈现不同程度的增长：Cr (19.4%)、Cd (50.7%)、Pb (7.5%)、Ni (18.8%)、Zn (1.33%) 和 Mn (3.0%)。
  • 深度分布： 通常情况下，金属浓度在表层土壤（0–15 cm）最高，并在不同深度表现出复杂的变化；尽管在 2010 年，某些金属（Cr, Pb, Ni）在 15–30 cm 处浓度较高，这可能是由于生物混合（如毛虫活动）或淋溶模式所致。
• 地下水污染：
  • 靠近垃圾填埋场的井水样本中含有高浓度的 Cr、Pb、Ni、Zn、Cu 和 Mn，超过了世界卫生组织（WHO）的指南标准。
  • 镉是唯一低于检测限（0.001 µg/mL）的金属。
  • 对于大多数金属而言，土壤水平与井水中的相应水平之间存在显著的正相关关系，但铅 (Pb) 除外。
• 污染指数： 地球累积指数 ($I_{geo}$) 表明，该土壤在锌和铜方面属于“高度污染”，在镉和铅方面属于“中度污染”，而在锰方面属于“未污染至中度污染”。

意义与主张
论文断言，Lapite 垃圾填埋场是已证实的重金属污染源，影响了当地的土壤剖面和居民使用的地下水。研究强调，废物的受控燃烧以及填埋场缺乏围护措施，导致有毒金属淋溶进入含水层。

作者得出结论，如果不进行妥善管理，持续使用该垃圾填埋场会对人类健康和环境产生有害影响。具体而言，地下水的污染使其不适合作为饮用水。该研究强调，需要对垃圾填埋场周边进行监测，以防止重金属从土壤转移到水体，进而通过摄入进入人体系统。这些发现为理解伊巴丹管理不善的固体废物造成的长期环境退化提供了关键的基准。