Health risk assessment of nitrate pollution in shallow groundwater: a case study in Changchun New District, China

Abstract

High concentrations of nitrate in groundwater pose a threat to human health. To quantify groundwater nitrate pollution in China's Changchun New District and evaluate its human health risks, 98 groundwater samples were collected and analyzed. The spatial distribution of groundwater chemical components was variable with concentrations descending from TDS > HCO₃ ⁻> Ca²⁺> NO₃ ⁻> SO₄ ^2-> Na⁺> Cl⁻> Mg²⁺> K⁺> NO₂ ⁻ > NH₄ ⁺. Notably, NO₃ ⁻ concentrations ranged from 0.02–492.72 mg/L and averaged 98.62 mg/L. Over 50% of samples exceeded the Quality Standard for Groundwater of China Class III N threshold (20 mg/L). Principal component analysis determined that NO₃ contamination was primarily due to the excessive use of fertilizers in agriculture. A human health risk assessment model was used to assess the potential health risks of groundwater NO₃ ⁻ via drinking water and skin contact pathways. Approximately 90% of adults, 66% of children, and 45% of infants had acceptable health risks in the study area. NO₃ ⁻ exposure risk in the towns of Longjia and Xiyingcheng was the highest, while urban areas tended to have lower exposures. The health risks of residents, especially minors and infants, were concerned.

Les fortes concentrations en nitrates dans les eaux souterraines sont une menace pour la santé humaine. Pour évaluer la pollution par les nitrates des eaux souterraines dans le Nouveau District de Changchun en Chine, et évaluer le risque pour l'homme, 98 échantillons d'eau souterraine ont été recueillis et analysés. La distribution spatiale des composés chimiques s'est avérée variable avec des concentrations en ions décroissantes selon la séquence suivante : HCO₃ ⁻ > Ca²⁺ > NO₃ ⁻ > SO₄ ²⁻ > Na⁺ > Cl⁻ > Mg²⁺ > K⁺ > NO₂ ⁻ > NH₄ ⁺. L'ion NO₃ ⁻ présentait des concentrations échelonnées entre 0.02 et 492.72 mg/L avec une moyenne à 98.62 mg/L. Plus de 50 % des échantillons dépassaient le standard de qualité pour l'azote (classe III) qui est en Chine de 20 mg/L. L'analyse des autres composants montra que la contamination en nitrates était due principalement à l'usage excessif d'engrais par l'agriculture. Un modèle d'évaluation du risque pour la santé humaine a été utilisé pour estimer le risque potentiel lié à l'eau de boisson et au contact avec la peau. Environ 90 % des adultes, 66 % des enfants et 45 % des nourrissons se trouvent soumis à des risques acceptables dans la zone d'étude. L'exposition au risque nitrates dans les villes de Longjia et Xiyingcheng était le plus élevé, alors que les périphéries urbaines étaient moins exposées. L'exposition des populations résidentes, surtout les enfants et les bébés, est un vrai sujet.

Keywords:

• nitrate
• groundwater pollution
• health risk
• assessment

Mots clés:

• nitrate
• pollution
• eaux souterraines
• risque santé
• évaluation