Assessing Groundwater Quality, and Non-Carcinogenic Health Risks from Fluoride and Nitrate Contamination: A Case Study in the Kherlen River Basin, Mongolia

Authors

  • Togtokhbayar Enkhjargal Division of Water Resources and Water Utilization, Institute of Geography and Geo-Ecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia. https://orcid.org/0000-0002-3563-5917
  • Enkhbaatar Uchral Department of Meteorology and Hydrology, School of Science, National University of Mongolia, Ulaanbaatar, Mongolia
  • Batdelger Odsuren Division of Water Resources and Water Utilization, Institute of Geography and Geo-Ecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia
  • Zorigt Byambasuren Division of Water Resources and Water Utilization, Institute of Geography and Geo-Ecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia.
  • Sukhbaatar Chinzorig Division of Water Resources and Water Utilization, Institute of Geography and Geo-Ecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia
  • Batsukh Munkhtur Division of Water Resources and Water Utilization, Institute of Geography and Geo-Ecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia

DOI:

https://doi.org/10.5564/mjgg.v60i44.2926

Keywords:

Groundwater consumption, fluoride, nitrate, health risk

Abstract

In arid and semi-arid regions, where groundwater serves as the main source of drinking and domestic water for the population. Continuous consumption of water that does not meet drinking water standards can have a negative effects on human well-being. The purpose of this study is to investigate the quality and composition of groundwater in the Kherlen river basin, as well as to estimate the risk of non-cancerous diseases caused by fluoride and nitrate pollution to human health. Fieldwork was conducted in June 2023, and a total of 37 samples were collected and analyzed from the deep and shallow groundwater in the study area. Water quality (major ions) was analyzed according to approved standard methods and procedures. The assessment of non-carcinogenic health risks rising from nitrate and fuoride in different age groups (infants, children, and adults) using the methodology outlined by the United States Environmental Production Agency (USEPA). The findings revealed that 73% (27 out of 37 samples) failed to meet the requirements outlined in the drinking water standard MNS 0900:2018 and the World Health Organization (WHO) recommendations for various parameters, including pH, electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS), fluoride, nitrate, total hardness, calcium, and magnesium. Specifically, 43.2% of all samples exhibited fluoride concentrations higher (ranging from 1.57 to 7.9 mg/l) than the MNS 0900:2018 and WHO-recommended levels (0.7-1.5 mg/l). Moreover, 21.6% fell below the specified limits, registering fluoride concentrations ranging from 0.29 to 0.67 mg/l. The nitrate concentration in the studied wells ranged from 1.0 to 582.3 mg/l, with 24.3% of all samples exceeding the MNS 2018 standard (50 mg/l) and only 2.7% surpassing the WHO-recommended limit of 45 mg/l. Human health risk indices (HI) were calculated for different age groups. The resulting HIs ranged from 0.182 to 12.985 for adult males, 0.224 to 22.209 for females, and 0.261 to 28.582 for children. Notably, 78.34% of children, 67.57% of adult women, and 64.86% of men exhibited HI values greater than 1, indicating a potential risk to human health posed by fluoride and nitrate-induced non-carcinogenic diseases.

Газрын доорх усны чанар, фтор болон нитратын хүний эрүүл мэндэд учирч болзошгүй эрсдэлийн судалгаа: Хэрлэн голын сав газрын жишээн дээр

ХУРААНГУЙ: Хуурай, хагас хуурай бүс нутагт газрын доорх ус нь хүн амын унд, ахуйн усны гол эх үүсвэр болдог. Чанарын шаардлага хангаагүй усыг тогтмол хэрэглэх нь хүний эрүүл мэндэд сөргөөр нөлөөлдөг. Энэхүү судалгааны зорилго нь Хэрлэн голын татамд орших газрын доорх усны чанар, найрлагыг судлахаас гадна фтор, нитратын бохирдлоос үүдэлтэй хүний эрүүл мэндэд учруулж болзошгүй хавдрын бус өвчлөл үүсгэх эрсдэлийг тооцоход оршино. Тус судалгааны хээрийн ажлыг 2023 оны 6-р сард хийж гүйцэтгэсэн бөгөөд судалгааны талбайд орших гүний болон бага гүний газрын доорх уснаас нийт 37 сорьц цуглуулан шинжлэн дүгнэлээ. Усны чанарыг (үндсэн ионууд) батлагдсан стандарт арга, аргачлалын дагуу шинжилсэн ба фтор, нитратын хавдрын буc өвчлөл үүсгэх эрсдэлийн хор аюулын үзүүлэлт (HQ) болон хор аюулын индексийг (HI) АНУ-ын байгаль орчныг хамгаалах агентлаг (USEFA 2018)-ийн стандарт аргын дагуу янз бүрийн насны бүлгүүдэд тооцлоо. Судалгааны дүнгээр нийт 37 сорьцоос 27 нь буюу 73% нь рН, EC, TDS, фтор, нитрат, нийт хатуулаг, кальци, магни зэрэг үзүүлэлтүүдээр ундны усны стандарт MNS 0900:2018 болон ДЭМБ (2017)-ийн зөвлөмж стандартын шаардлага хангахгүй байна. Фторын агууламжаар нийт сорьцын 43.2% нь MNS 0900:2018 болон ДЭМБ (0.7-1.5)-ын зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс их (F 1.57-7.9 мг/л), 21.6% нь бага (F 0.29-0.67 мг/л) байна. Ундны усан дахь нитратын агууламжийг MNS 2018 стандартад 50 мг/л, ДЭМБ-ийн зөвлөмжид 45 мг/л гэж заасан байдаг бөгөөд судалгаанд хамрагдсан худгуудад нитрат (NО3-)-ын агууламж 1.0-582.3 мг/л илэрсэн. Энэ нь нийт сорьцын 24.3% нь MNS 2018 стандарт, 2.7% нь ДЭМБ-ийн зөвлөмжид заасан хязгаараас хэтэрсэн байна. Хор аюулын чанарын индекс (HI)-ийн тооцоогоор HI нь насанд хүрсэн эрэгтэйд 0.182-12.985, эмэгтэйд 0.224-22.209, хүүхдэд 0.261-28.582-ын хооронд байна. Фтор, нитратаас шалтгаалсан хавдрын бус өвчлөл үүсгэх HI-ийн утга нь насны бүлгүүдэд ялгаатай байна. HI нь хүүхдэд 78.34%, насанд хүрсэн эмэгтэйчүүдэд 67.57%, эрэгтэйчүүдэд 64.86% нь (HI>1)-ээс дээш их байгаа нь хүний эрүүл мэндэд эрсдэл учруулах магадлал өндөр байна.

Түлхүүр үгс: Газрын доорх усны хэрэглээ, фтор, нитрат, эрүүл мэндийн эрсдэл

Abstract
46
PDF
72

References

. Байгаль орчин, ногоон хөгжлийн яам, “Улсын усны нөөцийн нэгдсэн менежментийн төлөвлөгөө боловсруулахад зориулсан судалгааны эмхэтгэл”, Хоёрдугаар дэвтэр, Улаанбаатар, 2012.

. Монголын гидрогеологичдын холбоо. “Хэрлэн голын сав газрын усны нөөцийн нэгдсэн менежментийн төлөвлөгөө”, Улаанбаатар, 2016.

. Q.Y.Zhang, P.P.Xu, H.Qian. “Assessment of groundwater quality and human health risk (HHR) evaluation of nitrate in the central-western Guanzhong Basin, China. J. Environ. Res. Public Health 16, 4246. 2019, https://doi.org/10.3390/ijerph16214246

. А.Баатарсүх, Л.Мягмарсүрэн, Д.Гэрэлчулуун, “Монгол зүүн өмнөд регионы газрын доорх усны фторын агууламж түүний тархалтын онцлог”. Усны бодлогын Хүрээлэн, Улаанбаатар, 1991.

. V.Kimambo, P.Bhattacharya, F.Mtalo, J.Mtamba, A.Ahmad, “Fluoride occurrence in groundwater systems at global scale and status of defluoridation – State of the art”, Groundwater for Sustainable Development, Volume 9, October 2019, 100223, ISSN 2352-801X, https://doi.org/10.1016/j.gsd.2019.100223

. WHO, (2017). WHO guidelines for drinking-water quality, 4th Ed. World Health Organization, Geneva.

. Q.Zhang, H.Qian, P.Xu, W.Li, W. Feng, R.Liu, “Effect of hydrogeological conditions on groundwater nitrate pollution and human health risk assessment of nitrate in Jiaokou Irrigation District”, Journal of Cleaner Production, Volume 298, 2021, 126783, ISSN 0959-6526, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126783

. Wu, Jun, et al. "Severe nitrate pollution and health risks of coastal aquifer simultaneously influenced by saltwater intrusion and intensive anthropogenic activities." Archives of environmental contamination and toxicology 77 79-87. 2019. https://doi.org/10.1007/s00244-019-00636-7

. Zhai, Yuanzheng, et al. "Groundwater nitrate pollution and human health risk assessment by using HHRA model in an agricultural area, NE China." Ecotoxicology and environmental safety 130-142. 2017. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.11.010

. USEPA (United States Environmental protection Agency), “2018 Edition of the Drinking Water Standards and Health Advisories” EPA 822-F-18-0018, Office of Water U.S. Environmental Protection Agency Washington, DC, 2018.

. Chen, Jie, Hao Wu, Hui Qian, and Yanyan Gao. "Assessing nitrate and fluoride contaminants in drinking water and their health risk of rural residents living in a semiarid region of Northwest China." Exposure and Health 9 (2017): 183-195. https://doi.org/10.1007/s12403-016-0231-9

. Tran, Dang An, et al. "Groundwater quality evaluation and health risk assessment in coastal lowland areas of the Mekong Delta, Vietnam." Groundwater for Sustainable Development 15 (2021): 100679. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2021.100679

. Стандарт, Хэмжилзүйн Газар, “Ундны ус эрүүл ахуйн шаардлага, түүнд тавих хяналт MNS 0900:2018”.

. Хот, суурины ус хангамж, ариутгах татуургын ашиглалт үйлчилгээг зохицуулах зөвлөл, ШУА-ийн Газарзүй, Геоэкологийн хүрээлэн. “Хэнтий аймгийн ундны усны чанарын судалгаа, дүгнэлт, зөвлөмж”, “Гарьд Дизайн” хэвлэх үйлдвэр, 2022.

. Хот, суурины ус хангамж, ариутгах татуургын ашиглалт үйлчилгээг зохицуулах зөвлөл, ШУА-ийн Хими-хими технологийн хүрээлэн. “Дорнод аймгийн ундны усны чанарын судалгаа, дүгнэлт, зөвлөмж”, “Гарьд Дизайн” хэвлэх үйлдвэр, 2022.

. “Усны шинжилгээний нэгтгэсэн дүнгийн материал”, ШУА-Геоэкологийн хүрээлэн, Улаанбаатар, 2009-2022. https://igg.ac.mn/c/1003754?content=1384186

. https://www.1212.mn/mn/statistic/statcate/48171303/table-view/DT_NSO_0300_039V1

. Б.Дариймаа, Д. Мөнхзул, Ц.Соёл-Эрдэнэ нар (2020) “Монгол орны төвийн бүсийн зарим ундны усны найрлага, эрүүл мэндэд үзүүлж болзошгүй эрсдэлийн судалгаа”, МОГЗА №41, х.367-374.

. З.Цэлмүүн. “Сэлэнгэ, Дархан-Уул аймгийн усны чанарын судалгаа” магистрын зэрэг горилсон бүтээл, МУИС, ХШУИС, Хүрээлэн Буй Орчин Ойн Инженерчлэлийн Тэнхим 2021 он. Е07120101.

. Nakazawa K, Nagafuchi O, Okano K, Osaka K, Hamabata E, Tsogtbaatar J, Choijil J. Non-carcinogenic risk assessment of groundwater in South Gobi, Mongolia. J Water Health. 2016 Dec;14(6):1009-1018. https://doi.org/10.2166/wh.2016.035

Downloads

Published

2023-12-28

How to Cite

Enkhjargal, T., Uchral, E., Odsuren, B., Byambasuren, Z., Chinzorig, S., & Munkhtur, B. (2023). Assessing Groundwater Quality, and Non-Carcinogenic Health Risks from Fluoride and Nitrate Contamination: A Case Study in the Kherlen River Basin, Mongolia. Mongolian Journal of Geography and Geoecology, 60(44), 80–92. https://doi.org/10.5564/mjgg.v60i44.2926

Issue

Section

Articles