Hydrogeochemistry of arsenic, fluoride, and other trace elements in groundwater in northern Tanzania: Occurrence, distribution, and impacts on drinking water quality
| العنوان: | Hydrogeochemistry of arsenic, fluoride, and other trace elements in groundwater in northern Tanzania: Occurrence, distribution, and impacts on drinking water quality |
|---|---|
| المؤلفون: | Ligate, Fanuel Josephat |
| المساهمون: | Bhattacharya, Prosun, Professor, 1962, Mtalo, Felix W, Professor, Maity, Jyoti Prakash, Professor, Routh, Joyanto, Professor |
| المصدر: | DAFWAT TRITA-ABE-DLT. |
| مصطلحات موضوعية: | Arsenic, Fluoride, Groundwater, Lake Victoria basin, Risk assessment, Sanya alluvial plain, Tanzania., Aseniki, Bonde la Ziwa Victoria, Floridi, Maji yaliyopo ardhini, Tanzania, Tathmini ya hatari, Uwanda wa Aluvia ya Sanya., Arsenik, Fluorid, Grundvatten, Viktoriasjön, Riskbedömning, Sanya alluvial slätt, Mark- och vattenteknik, Land and Water Resources Engineering |
| الوصف: | The occurrence of arsenic (As), fluoride (F-), and other trace elements (TEs) with potential toxicity in groundwater is a global environmental concern. According to the National water resource mapping database, about 76 % of the drinking water supply in Tanzania is abstracted from groundwater sources. In northern Tanzania groundwater accounts for more than 80 % of the drinking water supply. Albeit the importance of groundwater in northern Tanzania, its quality concerning geogenic contaminants is not optimally understood. The present study focused on estimating the groundwater quality using analytical, geochemical modeling, statistical, and GIS techniques which were carried out to better understand the chemical quality of groundwater in the framework of safe drinking water supply in Tanzania. Fluoride was established as the principal geogenic groundwater contaminant in northern Tanzania, particularly in the Pangani and internal drainage basins, parts of the East Africa Rift Valley (EARV) system. About 8 % and 57.6 % of the water samples collected from Geita and Sanya alluvial plain have indicated F- concentration above the WHO guidelines value (1.5 mg/L) for drinking water. The high F- concentration in groundwater originates from F- rich minerals and ash deposits from the granitic and alkaline volcanic parent rocks. The consumption of elevated concentrations of F- in groundwater has been responsible for dental, skeletal, and crippling fluorosis. In the Lake Victoria basin (LVB) goldfields, As was reported to be the main geogenic contaminant of health concern. The concentration of As in 50 % and 82 % of the groundwater samples from Tarime and Geita respectively exceeded the WHO guidelines (10 µg/L). The high concentration of As in groundwater from the LVB was highly associated with natural geochemical processes as well as gold mining activities. Results from geochemical modeling revealed that As mobilization was influenced by oxidative and/or reductive dissolution of As-containing sulfide and iron minerals, respectively from the parent rocks. The concentrations of other TEs (aluminum, chromium, cobalt, copper, iron, manganese, nickel, and zinc) were observed below the WHO drinking water guideline. The spatial variability of As and F- concentration from drinking groundwater sources was associated with the different groundwater levels, screened depths, and contact time of groundwater interaction with the As and F-- containing rock minerals in the aquifers. Furthermore, irrigation water sourced from the F- contaminated boreholes poses risks of contaminating the shallow aquifers that are easily accessible for human and domestic animals’ consumption. The current WHO recommended guidelines of 10 µg As/L and 1.5 mg F-/L intake for humans are open to further epidemiological scrutiny, especially considering chronic/long-term exposure in the region. The present study highlights the need for large-scale hydrogeochemical and human health risk investigations concerning geogenic contaminants in the region. The findings contribute to the local, regional, and global initiatives toward sustainable exploitation of groundwater resources in conformity with the Sustainable Development Goal (SDG) 6 for universal access to safe water and sanitation for all. Förekomsten av arsenik (As), fluorid (F-) och andra spårämnen (TE) med potentiell toxicitet i grundvattnet är ett globalt miljöproblem. Enligt den nationella kartläggningsdatabasen för vattenresurser kommer omkring 76 % av dricksvattenförsörjningen i Tanzania från grundvattenkällor. I norra Tanzania står grundvattnet för mer än 80 % av dricksvattenförsörjningen. Även om grundvattnets stora betydelse i norra Tanzania, grundvattenkvalitet med avseende på geogena föroreningar är inte optimalt förstått. Denna studie fokuserade på att uppskatta grundvattenkvaliteten med hjälp av analytiska, geokemiska modellerings-, statistiska och GIS-teknik som utfördes för att belysa grundvattnets kemiska kvalitet för att säkerställa dricksvattenförsörjning i Tanzania. Fluor etablerades som den främsta geogena grundvattenföroreningen i norra Tanzania, särskilt i avrinningsområden Pangani och Internal Drainage Basin, delar av Östafrikanska gravsänkesystemet (East Africa Rift Valley-system, EARV). Cirka 8 % och 57.6 % av vattenproverna från Geita och Sanya alluvial slätt har visat F- koncentration över WHO:s riktlinjer (1.5 mg/L) för dricksvatten. Den höga F- koncentrationen i grundvattnet härrör från F-rika mineraler och askavlagringar från de granitiska och alkaliska vulkaniska moderbergarterna. Konsumtionen av förhöjda koncentrationer av F- i grundvatten har orsakat omfattande tand-, skelett- och förlamande fluoros bland lokala befolkning. I guldfälten i Lake Victoria Basin (LVB) rapporterades As som den främsta forekommande geogena föroreningen med konsekvent hälsoproblem bland befolkning i området. Arsenik koncentrationen i 50 % och 82 % av grundvattenproverna från Tarime respektiv Geita översteg WHO:s riktlinjer (10 µg/L). Den höga koncentrationen av As i grundvattnet från LVB var starkt förknippad med naturliga geokemiska processer såväl som guldbrytningsaktiviteter. Resultat från geokemisk modellering visade att As-mobilisering påverkades av oxidativ och/eller reduktiv upplösning av As-innehållande sulfidmineraler respektive As-innehållande järnmineraler från moderbergarterna. Koncentration av andra spårämnen så som aluminium, krom, kobolt, koppar, järn, mangan, nickel och zink var under WHO:s riktlinjer för dricksvatten. Den rumsliga variationen av As och F- koncentrationen från dricksvattentäkter var relaterade till de olika grundvattennivåerna, djupet till brunnskärm och kontakttid för grundvattnets interaktion med de As och F-innehållande mineralerna i berg under grundvattenflödet. Dessutom bevattningsvatten från de F- förorenade grundvatten som används från borrade brunnar utgör risker för att förorena de grunda akvifererna som är lättillgängliga för konsumtion av människor och husdjur. De nuvarande WHO rekommenderade riktlinjerna för 10 µg As/L och 1.5 mg F-/L intag för människor är öppna för ytterligare epidemiologisk granskning, särskilt med tanke på kronisk/långvarig exponering i regionen. Den föreliggande studien belyser behovet av storskaliga utredningar för hydrogeokemiska och mänskliga hälsorisker när det gäller geogena föroreningar i regionen. Resultaten bidrar till de lokala, regionala och globala initiativen mot hållbart utnyttjande av grundvattenresurser i enlighet med Sustainable Development Goal (SDG) 6 för universell tillgång till rent vatten och sanitet för alla. Utokeaji wa aseniki (As), floride (F- ), na elementi nyingine (TEs) zenye sumukwenye maji yaliyopo ardhini ni suala mtambuka la kimazingira duniani. Kwamujibu wa kanzidata ya taifa ya upatikanaji wa rasilimali maji, takribani 76% yamaji ya kunywa yanayosambazwa nchini Tanzania hupatikana kwenye vyanzovya maji yaliyopo ardhini. Katika upande wa kaskazini mwa Tanzania majiyaliyopo ardhini hutumika kwa zaidi ya 80% kwa ajili ya kunywa. Licha yaumuhimu wa maji hayo kaskazini mwa Tanzania, ubora wake kuhusiana nauchafu wa kijiojeniki bado haujafahamika vizuri. Utafiti huu ulijikita kukadiriaubora wa maji yaliyopo ardhini kwa kutumia uchambuzi, modeli ya jiokemikali,kitakwimu, na Mifumo ya Taarifa za Kijiografia (GIS) ili kuelewa zaidi ubora wakikemikali wa maji yaliyopo ardhini katika kiunzi cha usambazaji wa maji yakunywa nchini Tanzania. Floridi iliripotiwa kama kichafuzi kikuu cha kijiojenikicha maji yaliyopo ardhini kaskazini mwa Tanzania hususani katika bonde laPangani, ambayo ni sehemu ya ukanda wa bonde la ufa la Afrika Mashariki.Takribani 8% na 57.6% ya sampuli za maji yaliyokusanywa Geita na kwenyeuwanda wa aluvia ya Sanya yameonesha ukolezi wa F- , zaidi ya kipimo chamwongozo wa shirika la afya duniani, (WHO) ambacho ni 1.5mg/L kwa maji yakunywa. Ukolezi mkubwa wa F- katika maji yaliyopo ardhini huanzia kwenyemadini yenye F- nyingi na tope la umajivu kutoka kwenye miamba mikuu yakivolkano ya graniti na alikali. Matumizi ya maji yaliyopo ardhini yenye kiwangokikubwa cha F- yamechangia udhoofu wa meno na mifupa. Katika migodi yadhahabu kwenye Bonde la Ziwa Victoria (LVB), As iliripotiwa kama kichafuzikikuu cha kijiojeniki cha masuala ya kiafya. Ukolezi wa As kwa 50% na 82%katika sampuli za maji yaliyopo ardhini kutoka Tarime na Geita mtawalia zilizid imwongozo wa WHO (10 μg/L). Kiwango kikubwa cha As kwenye maji yaliyopoardhini kutoka LVB kilihusishwa sana na michakato asilia ya kijiokemikalipamoja na shughuli za uchimbaji wa dhahabu. Matokeo ya modeli ya jiokemikaliyamebainisha kuwa ujitokezaji wa As ulichochewa na uoksidishaji na/auuyeyukaji wa taratibu wa madini ya salfidi na chuma mtawalia yenye As kutokakwenye miamba mikuu. Elementi nyingine (alminiamu, kromiamu, kobalti,shaba, chuma, manganizi, nikeli na zinki zilionekana kuwa chini ya kiwangokilichopendekezwa katika muongozo wa maji ya kunywa uliotolewa na WHO.Ubadilikajibadilikaji wa kimazingira wa ukolezi wa As na F- kutoka kwenyevyanzo vya maji ya kunywa kutoka ardhini ilihusianishwa na ngazi mbalimbali zamaji yaliyopo ardhini, vina na muda wa kuchanganya maji yaliyopo ardhini namiamba ya madini ya As na F- kwenye vyanzo vya maji. Aidha, umwagiliaji wamaji yaliyotoka kwenye visima vilivyochafuliwa na F- huweka uwezekano wakuvichafua vyanzo vya maji vyenye vina vifupi ambavyo hufikiwa kirahisikwenye shughuli za kibinadamu na matumizi ya nyumbani. Mapendekezo ya sasaya mwongozo wa WHO ya 10 μg As/L na 1.5 mg F- /L kwa ajili ya matumizi yabinadamu yanahitaji tafiti za kitabibu zaidi, hasa kwa kuzingatia matumizi yamuda mrefu ya maji ya kunywa. Utafiti huu unadokeza mahitaji makubwa yakuchunguza madhara ya haidrojiokemikali pamoja na afya za binadamu kuhusuuchafu wa kijiojeniki katika eneo husika. Matokeo ya utafiti huu yanachangiakwenye jitihada za kitaifa, kikanda na kidunia kuhusu matumizi sahihi yarasilimali maji yaliyopo ardhini kwa kuzingatia Lengo namba 6 la MaendeleoEndelevu (SDG 6) kwa ajili ya upatikanaji wa maji safi na salama kwa watu wote. |
| وصف الملف: | electronic |
| الوصول الحر: | https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-324673Test https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1742725/FULLTEXT01.pdfTest |
| قاعدة البيانات: | SwePub |
| الوصف غير متاح. |