Determination of arsenic in groundwater of Thessaloniki area and probable influence on human health

In the present work, it has been studied, the existence of arsenic in potable water coming from 68 drillings of 7 municipalities in the Thessaloniki county, considering, also, parameters like dissolved ingredients, geological characteristics, geographic place of municipalities and human activities. In addition to that, the deposition of Arsenic in hair of young students has been studied in relation to the arsenic existence in schools’ potable water and the age of the students. The first part of the thesis (theoretical) contains a literature review on the existence of arsenic in nature, in human environment and in the underground bearing water. Past theoretical and experimental studies show the interaction between arsenic and other water substances, explaining, also, the reason of arsenic existence in potable water. Other recent studies analyse the toxicity of Arsenic and possible ways of entering the human body. As a result of that, the main problems caused by arsenic are analytically reported. The literature research concludes with past cases showing the deposition of arsenic on human or animal hair. The experimental part of the present thesis includes the development of a technique for measuring Arsenic and other substances in potable water and human hair. The third part presents the findings of the research, including the measurements per municipality and the features of each drilling. In detail, the measurements in potable water from schools of 7 municipalities and the concentrations of Arsenic in students’ hair coming from three apartments of three of the municipalities are presented. Graphic representation of the measurements makes apparent the wide differentiation between municipalities, drillings, or even seasonal times of taking the samples. Additionally, graphic representations show the arsenic concentration in potable water of schools, related to its concentration in students’ hair. Statistical treatment of the results, showed the effect of water substances to the concentration of arsenic, in addition the relation between arsenic concentration in students’ hair, their age, and school water. The conclusions of the study are listed below: 1. The quality of potable water is influenced by the geographic place of municipalities in certain parameters, without being able to exclude with confidence the rest of the regions. Municipalities of Chalastra and Axios show high concentrations of arsenic, manganese and chloride ions, while they have low concentrations of nitric, calcium and magnesium ions. Municipalities of Ayios Athanasios, Lagadas and Thermaikos present problems in few drillings with high concentration of nitric ions and manganese. Municipality of Basilika does not present problem in any substance, while Echedoros municipality’s few drillings show high concentration of manganese salts and chloride ions. 2. The concentration of arsenic appears to be influenced by manganese concentration, as referred, also, in other studies. In certain drillings the concentration of certain ions acts negatively to the concentration of arsenic. 3. The quality of potable water is influenced by the season of taking the sample. 4. Any civil activities do not appear to influence the quality of potable water, at least during the time period of taking the samplings in the particular drillings, whose depth is in excess of 150 meters. 5. The quality of potable water of school faucets is similar with the quality of drillings. 6. Arsenic appeared to be higher in concentration in students’ hair, for students attending school with potable water richer in arsenic. The correlation of the two parameters has shown an appreciable proportion. 7. The cross-correlation of concentration of Arsenic in children’ hair and their age, showed that the Arsenic concentration decreases with increasing age.Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η ύπαρξη του αρσενικού στο πόσιμο νερό 68 γεωτρήσεων από 7 δήμους της ευρύτερης περιοχής Θεσσαλονίκης και συσχετίσθηκε με άλλες παραμέτρους, όπως διαλυμένα συστατικά, η γεωλογική δομή των περιοχών, η γεωγραφικής θέσης των δήμων και οι ανθρώπινες δραστηριότητες. Επίσης μελετήθηκε η εναπόθεση αρσενικού στις τρίχες των μαλλιών μαθητών σαν ένδειξη πρόσληψής του με το πόσιμο νερό, σε σχέση με την ύπαρξη αρσενικού στο πόσιμο νερό των κρουνών των σχολείων, καθώς επίσης και της ηλικίας των μαθητών. Στο πρώτο μέρος της εργασίας (θεωρητικό) αναπτύχθηκε βιβλιογραφικά η ύπαρξη του αρσενικού στη φύση, στο περιβάλλον του ανθρώπου και στον υπόγειο υδροφορέα. Παρουσιάζονται μελέτες που εξηγούν την ύπαρξη αρσενικού στο πόσιμο νερό και την επίδραση που πιθανόν να έχουν άλλα συστατικά του, με βάση θεωρητικά και πειραματικά δεδομένα. Από μελέτες που έχουν δημοσιευθεί στο πρόσφατο παρελθόν, αναπτύσσεται η τοξικότητα του αρσενικού και οι τρόποι πρόσληψής του από τον άνθρωπο. Επίσης αναφέρονται τα προβλήματα που προκαλεί το αρσενικό εισερχόμενο στον ανθρώπινο οργανισμό. Τέλος αναφέρονται περιπτώσεις μελετών που έχουν πραγματοποιηθεί για την εναπόθεση αρσενικού στις τρίχες είτε ανθρώπων είτε ζώων. Στο δεύτερο μέρος (πειραματικό) αναπτύσσεται η τεχνική των μετρήσεων του αρσενικού τόσο στο πόσιμο νερό όσο και στις τρίχες των μαθητών, καθώς και των μετρήσεων άλλων παραμέτρων του πόσιμου νερού. Στο τρίτο μέρος παρουσιάζονται σε πίνακες οι μετρήσεις ανά δήμο, που έχουν πραγματοποιηθεί στο πόσιμο νερό και τα χαρακτηριστικά των γεωτρήσεων. Παρουσιάζονται οι μετρήσεις στο πόσιμο νερό των σχολείων των 7 δήμων και οι συγκεντρώσεις αρσενικού στις τρίχες μαθητών από τρία δημοτικά διαμερίσματα τριών δήμων. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων παρουσιάζονται σε γραφικές παραστάσεις, ώστε να γίνεται εμφανής η διαφοροποίηση που υπάρχει από δήμο σε δήμο, από γεώτρηση σε γεώτρηση, καθώς επίσης και από εποχή σε εποχή. Σε γραφικές παραστάσεις παρουσιάζονται και οι συγκεντρώσεις αρσενικού τόσο στο πόσιμο νερό των σχολείων, όσο και στις τρίχες των μαλλιών των μαθητών. Ακολούθησε στατιστική επεξεργασία των μετρήσεων, ώστε να εντοπισθεί πιθανή επίδραση διαφόρων παραμέτρων του νερού, στη συγκέντρωση του αρσενικού και η σχέση συγκέντρωσης αρσενικού στις τρίχες, με τη συγκέντρωση αρσενικού στο πόσιμο νερό και την ηλικία των παιδιών. Κατά τη συζήτηση των αποτελεσμάτων εξήχθησαν τα κάτωθι συμπεράσματα. 1. Η ποιότητα του πόσιμου νερού σε ορισμένες παραμέτρους επηρεάζεται από τη γεωγραφική θέση των δήμων, χωρίς όμως αυτό να αποκλείει και τις άλλες περιοχές να παρουσιάζουν προβλήματα ποιότητας. Οι δήμοι Χαλάστρας και Αξιού παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις αρσενικού, μαγγανίου και χλωριούχων ιόντων, ενώ έχουν χαμηλές συγκεντρώσεις νιτρικών ιόντων και σκληρότητας. Οι δήμοι Αγίου Αθανασίου, Λαγκαδά και Θερμαϊκού παρουσιάζουν προβλήματα σε λίγες γεωτρήσεις με υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών ιόντων και μαγγανίου. Ο δήμος Βασιλικών δεν παρουσιάζει πρόβλημα σε καμία παράμετρο, ενώ ο δήμος Εχεδώρου παρουσιάζει σε λίγες γεωτρήσεις υψηλές συγκεντρώσεις μαγγανίου, χλωριούχων ιόντων και υψηλές τιμές σκληρότητας. 2. Η συγκέντρωση αρσενικού φαίνεται να επηρεάζεται από τη συγκέντρωση μαγγανίου, όπως αναφέρεται και σε άλλες μελέτες, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις γεωτρήσεων οι συγκεντρώσεις ορισμένων ιόντων δρουν αρνητικά στη συγκέντρωση αρσενικού. 3. Η ποιότητα του πόσιμου νερού επηρεάζεται από την εποχή που γίνεται η δειγματοληψία σε μικρότερη ή μεγαλύτερη κλίμακα, ανάλογα με τη παράμετρο. 4. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες δεν φαίνεται να επηρεάζουν τη ποιότητα των πόσιμων νερών, τουλάχιστον τη χρονική περίοδο που έγιναν οι δειγματοληψίες και στις συγκεκριμένες γεωτρήσεις, που το βάθος τους ξεπερνά τα 150 μέτρα. 5. Η ποιότητα του πόσιμου νερού των κρουνών των σχολείων είναι παρόμοια με τη ποιότητα των γεωτρήσεων. 6. Η συγκέντρωση αρσενικού στις τρίχες των μαλλιών των μαθητών ήταν υψηλότερη για τους μαθητές που το πόσιμο νερό των σχολείων τους περιείχε υψηλές συγκεντρώσεις αρσενικού. Από το συσχετισμό των δύο μεγεθών παρατηρήθηκε μία αξιόλογη αναλογία. 7. Η συσχέτιση της συγκέντρωσης αρσενικού στις τρίχες των μαλλιών των μαθητών και της ηλικίας τους, έδειξε ότι όσο αυξάνεται η ηλικία, τόσο μειώνεται η συγκέντρωση αρσενικού στις τρίχες των μαλλιών τους