Geochemical Investigation of Arsenic in Drinking Water Sources in Proximity of Gold Mining Areas within the Lake Victoria Basin, in Northern Tanzania

Abstract

Access to safe drinking water is a challenge for rural communities in many developing countries. Drinking contaminated water endangers human health and impairs social and economic development. Arsenic (As) is a metalloid widely distributed into the environment and is highly toxic in its trivalent inorganic form. The natural occurrence of As in groundwater used for drinking has been associated to the insurgence of skin disorders and respiratory diseases in many parts of the world. Arsenic is frequently found in the form of sulphide in gold deposits. Human exposure to As via drinking water has resulted from gold mining activities in some instances in USA, Asia, South America and Africa. The problem of As in drinking water has been brought to attention in Tanzania only few years ago and further investigation are therefore needed to enable an early detection of harmful exposures. This study aims to assess occurrence, source and mobilization mechanisms of As in some drinking water sources within the Lake Victoria Basin, in Northern Tanzania. Rural communities living in areas known for artisanal and large-scale gold mining activities were the target of the present study. Fifty-four water samples were collected from a variety of drinking water sources (spring, borehole, river and shallow well) in Mara and Geita region during October 2016. pH, electrical conductivity (EC), Redox potential (Eh) and As were measured in situ. Major ions, dissolved organic carbon (DOC) and trace elements, including As, were analysed in the sampled water at KTH-Royal Institute of Technology, in Sweden. 53% of the sampled water do not comply with the WHO recommended limit of 10 μg/L, representing a serious health risk for some rural communities within the Lake Victoria Basin. The spatial distribution of As in the area under investigation is highly heterogeneous and it is mainly influenced by local geology and proximity to the mining sites (approx. < 5 km). Lower As levels in boreholes than in rivers and shallow wells indicates contamination of surface drainage by mining activities and suggest that deep groundwater ( > 40 m) generally represent a source of safer drinking water. The field-measured Redox potential indicates oxidising conditions, suggesting that oxidation-dissolution of arsenic sulphide minerals is a major mechanism of arsenic mobilization in groundwater. However, this study reveals that several geochemical processes control fate and mobility of As, once it has been released into the aquatic environment. Large discrepancies between field and laboratory measurements of As indicates a strong partition of the metalloid into the particulate fraction. As revealed by the geochemical modelling, co-precipitation with iron /aluminium hydroxides and adsorption on clay minerals are presumed to be the major sinks for dissolved As. Moreover, a good match between peaks in As and dissolved organic carbon concentrations suggests that complexation by humic acids is responsible for enhanced As mobility. Overall, the present study has led to a better understanding of the problem of arsenic in proximity of gold mining areas in Tanzania and it calls for the development of affordable and sustainable solutions which would provide safe drinking water to the affected population.Tillgången till rent, säkert vatten är en utmaning på landsbygdssamhällen i många utvecklingsländer. Åtgång på förorenat vatten riskerar människors hälsa och skadar social och ekonomisk utveckling. Naturlig förekomst av arsenik (As) i grundvatten är ett globalt miljöproblem, vilket utgör en allvarlig risk för människors hälsa på grund av metalloidens höga toxicitet. Med tanke på att arsenic sulfids mineraler är en viktigt del av guld insättning, har guldgruva aktiviteter anvisas som en orsak till att föroreningar av dränering och grundvatten i flera länder. Problemet med As i dricksvatten har uppmärksammats i Tanzania för några år sedan och det krävs ytterligare undersökning för att möjliggöra tidig upptäckt av skadliga exponeringar. Denna studie syftar till att bedöma förekomsten, källan och mobiliseringsmekanismerna för arsenik i vissa dricksvattenkällor i Lake Victoria Basin, i norra Tanzania. Landsbygdssamhällen som är kända för hantverksmässiga och storskaliga guldgruva arbeten var målet för den nuvarande studien. Femtiofyra vattenprover samlades från källvatten, borehålsvatten, floder och grundbrunn i Mara och Geita-regionen under oktober 2016. pH, redoxpotential (Eh), temperatur och elektrisk konduktivitet (EC) mättes i fält. Vattenprovernas koncentration av an- och katjoner, spårämnen (bl.a. arsenik), As(III) samt löst organiskt kol (DOC) analyserades i Sverige på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH). Femtiotre procent av det provtagna vattnet överensstämmer inte med WHO:s rekommenderade gräns på 10 μg / l, vilket utgör en allvarlig hälsorisk fö vissa landsbygdssamhälen i Victoria-sjö. Den geografiska fördelningen av As i det undersökta området är högst heterogen och påverkas huvudsakligen av lokal geologi och närhet till gruvplatserna (ca <5km). Lägre As-nivår i borehål än i floder och grunda brunnar visar att föroreningar av dränering pågrund av gruvverksamhet och föeslår att djupt grundvatten (> 40m) i allmähet utgör en källa till säkrare dricksvatten. Däremot, visar denna studie att flera geokemiska processer kontrollerar förutbestämmelse och röligheten för As, nä det har blivit frisläppts ut i vattenmiljö. Stora skillnader mellan fält- och labbmäningar av As indikerar en stark partition av metalloid i partikelfraktionen. Som avslöjas av geokemisk modellering antas, samutfällning med järn / aluminiumhydroxider och adsorption på lermineraler vara de huvudsakliga sänkorna fö upplöst As. Dessutom antyder en bra matchning mellan toppar i As och upplösta organiska kolkoncentrationer att komplexbildning med humana och fulviska syror är ansvarig för föbättrad rölighet